Nucleobases

Atribui-se ao DNA a chave para a informação genética, pela codificação da sequência primária em enzimas. O DNA é um polímero, composto pela repetição de quatro unidades de nucleotídios: adenosina (A), timidina (T), citidina (C) e guanosina (G).

As funções dos nucleotídios vão além da informação. O ATP e GTP atuam na ativação de ligações químicas, formando intermediários reativos, os cofatores NAD, FAD, SAM e coenzima-A também apresentam nucleotídios na estrutura.

A estrutura de cada nucleotídios é composta de uma base nucleica baseada na purina ou na pirimidina, um açúcar e um fosfato. No DNA as bases são a adenina, guanina, citosina e timina, enquanto no RNA a timina é substituída pelo uracil, assim como o açúcar do RNA é a ribose, enquanto que no DNA é a deoxiribose.

A ligação entre o açúcar e a base ocorre entre o carbono-1 do açúcar e o nitrogênio N-9 da purina e o nitrogênio N-1 da pirimidina. A formação dessa ligação é um grande desafio do ponto de vista químico, porque o grupo OH do carbono-1 é pouco reativo, quando comparado ao grupo OH ligado ao C-5 da ribose. Assim, qualquer reação deveria ocorrer muito mais rápido em C-5 do que em C-1.

E a química para os seres vivos não é diferente. A reação envolve uma fosforilação da glicose, que ocorre sobre a hidroxila de C-5, que é a mais reativa, e na sequência ocorre a reação entre a hidroxila de C-1 e um ATP, transferindo um difosfato.

As próximas etapas revelam uma estratégia surpreendente do ponto de vista da química. A base é sintetizada a partir do açúcar. Um químico imaginaria que o açúcar ativado reagiria com uma base e formaria diretamente o nucleosídio (base + açúcar).

Porém, a baixa reatividade da posição de C-1 requer uma sequência de 11 passos até o inosilato, que é o precursor do adenilato e do guanilato.

A primeira etapa é a transferência de um grupo NH₂ de uma glutamina, formando um intermediário muito instável, a 5-fosforibosilamina, com uma meia vida de 30 s a pH 7,5.

A sequência sintética é complexa, e por isso a purina é uma colcha de retalhos. Os nove átomos do núcleo de purina vêm de sete moléculas diferentes: duas unidades de aminoácido glutamina fornecem dois nitrogênios, duas unidades de formiato fornecem dois carbonos, um outro carbono vem de um dióxido de carbono e um nitrogênio vem de um aminoácido aspartato.

Para a síntese atual da purina, é necessário um metabolismo de aminoácidos completamente definido, bem como a síntese do formiato e a captura de CO₂, isso sem contar um multitude de enzimas necessárias para as transformações.

É muito claro que esse caminho não teria sido o caminho inicial da síntese abiótica da purina.

A síntese dos nucleosídios com pirimidinas utiliza a reação do PRPP com o orotato, sintetizado a partir do aspartato.

Aqui temos um grande desafio que ainda não foi solucionado, embora anéis com purina e pirimidina tenham sido detectados em experimentos que tentavam simular uma atmosfera primitiva, não existe o menor indício sobre a forma que essas moléculas se ligaram à ribose para formar o nucleosídio. As evidências químicas mostram que a construção dessa ligação não ocorre de foma natural, e que os seres vivos usam uma rota extremamente complexa, utilizando materiais em pequenas concentrações em que a síntese espontânea desses materiais não ocorre, por restrições cinéticas e de reatividade.