Nukleotidbiosynthese ist der Prozess, bei dem Nukleotide erzeugt oder synthetisiert werden. Dieser Prozess kann sowohl in lebenden Organismen als auch in einem Labor ablaufen. Wenn der Prozess in lebenden Zellen stattfindet, findet der Prozess im Zytoplasma der Zelle statt und nicht innerhalb einer bestimmten Organelle. Nukleotide sind besonders wichtige Moleküle in den Zellen aller lebenden Organismen, da sie die Moleküle sind, die zur Herstellung von DNA und RNA verwendet werden. Nukleotide werden auch verwendet, um Energiespeichermoleküle und Moleküle zu bilden, die für die Weitergabe von Signalen zwischen Zellen und zwischen Organellen innerhalb von Zellen notwendig sind.
Es gibt fünf verschiedene Nukleotide; Adenin, Cytosin und Guanin kommen sowohl in DNA als auch in RNA vor, Thymin kommt ausschließlich in DNA-Molekülen vor und Uracil kommt nur in RNA vor. Alle Nukleotide haben eine ähnliche Grundstruktur, nämlich eine stickstoffhaltige Base, die an ein Zuckermolekül und eine Phosphatgruppe gebunden ist. Sie werden basierend auf der Struktur dieser Basis in zwei Gruppen eingeteilt. Die stickstoffhaltige Base für Purine – Adenin und Guarnin – enthält eine Doppelringstruktur, während die in Pyrimidinen gefundene Base – Cytosin, Thymin und Uracil – nur eine einzelne Ringstruktur hat.
Innerhalb von Zellen treten zwei verschiedene Methoden der Nukleotidbiosynthese auf. Wenn ein Nukleotid aus einfacheren Verbindungen hergestellt wird, wird es als de novo Nukleotidbiosynthese bezeichnet. De novo ist lateinisch und bedeutet im Grunde von Anfang an oder von Grund auf neu. Die andere Art und Weise, wie Nukleotide gebildet werden, sind Salvage-Pfade. In dieser Situation werden Teile von Nukleotiden, die abgebaut wurden, recycelt und wiederverwendet, um neue Nukleotide zu bilden.
Jede Nukleotidgruppe durchläuft eine de novo Nukleotidbiosynthese auf unterschiedliche Weise. Bei Pyrimidin-Nukleotiden wird die Grundstruktur aus ihren Bestandteilen gebildet und dann an ein Ribose-Zuckermolekül angehängt. Im Gegensatz dazu werden Purinnukleotide erzeugt, indem die einfacheren Verbindungen direkt an das Ribosemolekül angeheftet werden. Bei der Salvage-Biosynthese wird eine bereits gebildete Base recycelt und wieder an eine Ribose-Einheit angelagert.
Die Nukleotidbiosynthese führt zur Bildung von Ribonukleotiden, bei denen es sich um Nukleotide handelt, die einen Ribosezucker enthalten. Ribonukleotide werden verwendet, um RNA-Stränge zu erzeugen, während DNA aus Desoxyribonukleotiden hergestellt wird. Daher müssen alle Nukleotide, die für DNA verwendet werden, einer weiteren Synthese unterzogen werden.
Um aus Ribonukleotiden Desoxyribonukleotide zu bilden, verliert der Ribosezucker ein Sauerstoffmolekül oder unterliegt einer Reduktionsreaktion. Um beispielsweise Uracil in Thymin umzuwandeln, wird dem Uracil-Nukleotid eine zusätzliche Methylgruppe hinzugefügt. Die Reduktion der Ribonukleotide erfolgt erst nach ihrer vollständigen Bildung.