Nucleoside-5’-triphosphates (NTPs) and their analogs are building blocks of DNA and are important compounds in both pharmaceutical and molecular biology applications. Currently, commercially available base or sugar modified NTPs are mainly synthesized chemically. Since the chemical production of NTPs is time-consuming and generally inefficient, alternative approaches are under development. Here we present a simple, efficient and generalizable enzymatic synthesis method for the conversion of nucleosides to NTPs. Our one-pot method is modular, applicable to a wide range of natural and modified nucleotide products and accesses NTPs directly from cheap nucleoside precursors. Nucleoside kinases, nucleoside monophosphate (NMP) kinases and a nucleoside diphosphate (NDP) kinase were applied as biocatalysts. Enzymes with different substrate specificities were combined to produce derivatives of adenosine and cytidine triphosphate with conversions of 4 to 26%. The implementation of a (deoxy)ATP recycling system resulted in a significant increase in the conversion to all NTP products, furnishing 4 different NTPs in quantitative conversion. Natural (deoxy)NTPs were synthesized with 60 to >99% conversion and sugar- and base-modified NTPs were produced with 69 to >99% and 27 to 75% conversion, respectively. The presented method is suitable for the efficient synthesis of a wide range of natural and modified NTPs in a sustainable one-pot process.

中文翻译：

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使用 (d) ATP 再生系统进行核苷酸的模块化酶促级联合成

核苷 5'-三磷酸 (NTP) 及其类似物是 DNA 的组成部分，是药物和分子生物学应用中的重要化合物。目前，市售的碱基或糖修饰的NTPs主要是化学合成的。由于 NTP 的化学生产耗时且通常效率低下，因此正在开发替代方法。在这里，我们提出了一种将核苷转化为 NTPs 的简单、有效和可推广的酶促合成方法。我们的一锅法是模块化的，适用于各种天然和修饰的核苷酸产品，并直接从廉价的核苷前体中获取 NTP。核苷激酶、核苷单磷酸 (NMP) 激酶和核苷二磷酸 (NDP) 激酶被用作生物催化剂。结合具有不同底物特异性的酶以产生转化率为 4% 至 26% 的腺苷和三磷酸胞苷衍生物。（脱氧）ATP 回收系统的实施导致向所有 NTP 产品的转化率显着增加，在定量转化中提供了 4 种不同的 NTP。天然（脱氧）NTP 的合成转化率为 60% 至 >99%，糖和碱基修饰的 NTP 分别以 69% 至 >99% 和 27% 至 75% 的转化率生产。所提出的方法适用于在可持续的一锅法中有效合成各种天然和改性 NTP。（脱氧）ATP 回收系统的实施导致向所有 NTP 产品的转化率显着增加，在定量转化中提供了 4 种不同的 NTP。天然（脱氧）NTP 的合成转化率为 60% 至 >99%，糖和碱基修饰的 NTP 分别以 69% 至 >99% 和 27% 至 75% 的转化率生产。所提出的方法适用于在可持续的一锅法中有效合成各种天然和改性 NTP。（脱氧）ATP 回收系统的实施导致向所有 NTP 产品的转化率显着增加，在定量转化中提供了 4 种不同的 NTP。天然（脱氧）NTP 的合成转化率为 60% 至 >99%，糖和碱基修饰的 NTP 分别以 69% 至 >99% 和 27% 至 75% 的转化率生产。所提出的方法适用于在可持续的一锅法中有效合成各种天然和改性 NTP。