O DNA é composto por quatro nucleotídeos ligados por seus fosfatos. Assim, para saber como o DNA é sintetizado, precisamos saber como são sintetizados os nucleotídeos. Primeiramente, são feitos os nucleotídeos de RNA (ribonucleotídeos), que somente então são transformados em deoxinucleotídeos (DNA).
O primeiro ingrediente do ribonucleotídeo é a ribose-5-fosfato, um produto de uma via alternativa da glicólise. Logo após a transformação de glicose em glicose-6-fosfato, há a possibilidade de um desvio de rota para a via das pentoses, que termina na ribose-5-fosfato. Essa ribose ainda precisa ser transformada em fosforibosil pirofosfato (PRPP), o substrato comum tanto na via de síntese das purinas quanto pirimidinas.
Os outros substratos dependem de qual nucleotídeo será sintetizado. Se for uma purina, são necessárias 11 enzimas, além de 3 aminoácidos diferentes (glutamina, aspartato e glicina), para formar o precursor comum (inosinato). Se for uma pirimidina, são necessárias 5 enzimas, além de carbamoil fosfato (feita na mitocôndria, após reação entre bicarbonato e amônia) e aspartato, para formar o precursor comum (uridilato).
O ATP é o nucleosídeo mais disponível nas reservas celulares (~3000 μM), seguido de GTP e UTP (~500 μM) e CTP (~250 μM). Os dNTPs estão em quantidade bem inferior, presentes somente durante a replicação celular. Os níveis são um tanto diferentes, com maiores concentrações de dTTP (37 μM), seguido de dCTP (29 μM), dATP (24 μM), dGTP (5,2 μM) e dUTP (0,2 μM). Esses dados são de um estudo em células de mamíferos, publicado em 1994 por Traut.
Por fim, para a transformação de um nucleosídeo em deoxinucleosídeo, é necessário primeiramente obter um nucleosídeo difosfato (a enzima ribonucleotídeo redutase age somente nas formas difosfato). Para isso, a seguinte reação é catalisada pela enzima nucleosídeo monofosfato quinase:
Isso serve para qualquer nucleosídeo monofosfato, como o adenilato, uridilato, citidilato ou guanilato. Em seguida, o NDP é transformado em dNDP pela enzima ribonucleotídeo redutase. Contudo, com o deoxitimidilato é um pouco diferente, pois precisa ser transformado a partir do deoxiuridilato, devido à ação da enzima timidilato sintase, que é capaz de transformar uridina em timidina somente na forma monofosfato.
Para a incorporação no DNA, todas as bases devem estar na forma trifosfato (dNTP), o que é adquirido em etapas sucessivas de fosforilação pelas enzimas nucleosídeo quinases, intercaladas pela redução da ribose.
