Révisé par : Todd Smith, PhD

Nucléotide Définition

nom, pluriel : Nucléotides
(nu-cle-o-tide, ˈnjuːklɪəˌtaɪd)

C’est l’élément de base de l’acide nucléique ; un composé organique constitué d’une base azotée, d’un sucre et d’un groupe phosphate.

Les nucléotides fournissent également de l’énergie chimique sous la forme de leurs nucléosides triphosphates. De plus, ils participent à la signalisation cellulaire et forment un second messager dans les processus cellulaires.

Etymologie : « nucléo »- (« noyau ») + -ide (suffixe chimique)

Aperçu

Un nucléotide est considéré comme l’élément de base de l’acide nucléique (par exemple, l’ADN et l’ARN). Un acide nucléique, à son tour, est l’un des principaux groupes de biomolécules (les autres sont les glucides, les protéines et les acides aminés). Les acides nucléiques sont impliqués dans la préservation, la réplication et l’expression de l’information héréditaire.

Caractéristiques

Un nucléotide est un composé organique constitué de trois sous-unités : une base azotée, un sucre à cinq carbones et un groupe phosphate. Le composant sucre peut être soit du ribose, soit du désoxyribose. Le ribose est le composant sucre des nucléotides qui constituent l’ARN. Le sucre désoxyribose est le composant sucre de l’ADN. Chaque groupe phosphate relie les anneaux de sucre de deux monomères nucléotidiques adjacents. Les groupes phosphates et les fragments de sucre forment le squelette d’un acide nucléique. Dans l’ADN, les deux brins sont orientés dans des directions opposées. Ceci afin de permettre l’appariement complémentaire des bases entre les constituants nucléobasiques. En dehors de la longue chaîne des acides nucléiques, les nucléotides se présentent également sous des formes cycliques. Les nucléotides cycliques se forment lorsque le groupe phosphate est lié deux fois à la partie sucre, en particulier aux deux groupes hydroxyle du sucre constitutif.

A part le rôle des nucléotides en tant que sous-unités des acides nucléiques, ils sont aussi des transporteurs d’énergie. Ils transportent de l’énergie chimique que la cellule utilise pour alimenter diverses activités cellulaires. L’adénosine triphosphate (ATP) est de loin le plus utilisé.

Nucléosides vs Nucléotides

Les nucléotides ne doivent pas être confondus avec les nucléosides, qui sont également des sucres à 5 carbones avec une base azotée. Les nucléosides ne possèdent pas de groupe phosphate. Lorsqu’un nucléoside est lié à un groupe phosphate, il donne un nucléotide. (Réf. 1) Ainsi, un nucléotide est également appelé nucléoside monophosphate (s’il ne comporte qu’un seul groupe phosphate), nucléoside diphosphate (avec deux groupes phosphates) ou nucléoside triphosphate (avec trois groupes phosphates). Selon le composant sucre pentose, un nucléoside peut être un ribonucléoside ou un désoxyribonucléoside. Un ribonucléoside est un nucléoside avec un ribose (composant sucre). En fonction du composant nucléobase, le ribonucléoside peut être l’adénosine, la guanosine, la cytidine, l’uridine ou la 5-méthyluridine. Un désoxyribonucléoside est un nucléoside avec du désoxyribose. De même, en fonction du composant nucléobase, un désoxyribonucléoside peut être la désoxyadénosine, la désoxyguanosine, la désoxycytidine, la désoxythymidine ou la désoxyuridine. De plus, en fonction du composant nucléobase, les nucléosides peuvent être regroupés en purine à « double anneau » ou en pyrimidine à « simple anneau ».

Classification

Les nucléotides fondamentaux sont divisés en purines et pyrimidines en fonction de la structure de la base azotée. Les bases puriques comprennent l’adénine et la guanine tandis que les bases pyrimidiques sont la thymine et la cytosine, et l’uracile. Dans l’ARN, l’uracile remplace la thymine (la thymine est produite en ajoutant du méthyle à l’uracile). (Réf. 2)

Les nucléobases qui composent l’acide nucléique servent à distinguer les molécules d’ADN de celles d’ARN. Dans l’ADN, la thymine s’apparie de façon complémentaire avec l’adénine alors que dans l’ARN, l’uracile s’apparie avec l’adénine. Les appariements des nucléobases C-G et A-T (ou A-U dans l’ARN) sont appelés compléments de base.

Types

Exemples de nucléotides avec un seul groupe phosphate :

• adénosine monophosphate (AMP)
• guanosine monophosphate (GMP)
• cytidine monophosphate (CMP)
• . monophosphate d’uridine (UMP)
• monophosphate d’adénosine cyclique (cAMP)
• monophosphate de guanosine cyclique (cGMP)
• monophosphate de cytidine cyclique (cCMP)
• . monophosphate (cCMP)
• monophosphate d’uridine cyclique (cUMP)
• monophosphate de déoxyadénosine (dAMP)
• monophosphate de déoxy guanosine (dGMP)
• deoxtcytidine monophosphate (dCMP)
• (deoxy)thymidine monophosphate (dTMP)

Nucléotides avec deux groupes phosphates :

• adénosine diphosphate (ADP)
• guanosine diphosphate (GDP)
• cytidine diphosphate (CDP)
• uridine diphosphate (UDP)
• déoxyadénosine diphosphate. (dADP)
• déoxyguanosine diphosphate (dGDP)
• déoxycytidine diphosphate (dCDP)
• (déoxy)thymidine diphosphate (dTDP)

Nucléotides à trois groupes phosphates :

• adénosine triphosphate (ATP)
• guanosine triphosphate (GTP)
• cytidine triphosphate (CTP)

.

• uridine triphosphate (UTP)
• déoxyadénosine triphosphate (dATP)
• déoxyguanosine triphosphate (dGTP)
• déoxycytidine triphosphate (dCTP)
• (déoxy)thymidine triphosphate (dTTP)

Voie de synthèse de novo

Les nucléotides sont produits naturellement par la voie de synthèse de novo ou par des voies de récupération. (Réf. 4) Chez l’homme, la voie de synthèse de novo des nucléotides fondamentaux se produit principalement dans le foie. Dans la biosynthèse de la pyrimidine, le cycle se forme par une série d’étapes qui commencent par la formation du phosphate de carbamoyle. (Réf. 1) Tout d’abord, le phosphate de carbamoyle est produit à partir d’une réaction biochimique qui implique le bicarbonate, la glutamine, l’ATP (pour la phosphorylation) et une molécule d’eau. L’enzyme qui catalyse la réaction est la carbamoyl phosphate synthétase II située dans le cytosol. Ensuite, le carbamoyl phosphate est converti en carbamoyl aspartate par l’enzyme aspartate transcarbamylase. Ensuite, le cycle se ferme par condensation intramoléculaire, transformant le carbamoyl phosphate en dihydroorotate par l’enzyme dihydroorotase. Enfin, le dihydroorotate est oxydé par la dihydroorotate déshydrogénase (une protéine membranaire intégrale dans la membrane mitochondriale interne) pour se transformer en orotate. Après la formation du cycle pyrimidine, le 5-phospho-α-D-ribosyl 1-pyrophosphate (PRPP), un ribose phosphate, réagit avec l’orotate pour former l’orotidine-5-monophosphate (OMP). L’OMP est ensuite décarboxylée par l’enzyme OMP décarboxylase pour donner de l’uridine monophosphate (UMP). Finalement, l’uridine diphosphate (UDP) et l’uridine triphosphate (UTP) sont produits en aval de la voie de biosynthèse par les kinases et la déphosphorylation des ATP. L’UTP peut être converti en cytidine triphosphate (CTP) par amination de l’UTP via l’enzyme CTP synthétase. (Réf. 5)

Dans la biosynthèse des purines, les purines peuvent provenir du nucléotide inosine monophosphate (IMP). L’IMP, à son tour, est produit à partir d’un ribose phosphate préexistant qui se forme principalement à partir des acides aminés glycine, glutamine et acide aspartique. Le ribose 5-phosphate réagit avec l’ATP pour produire le 5-Phosphoribosyl-1-pyrophosphate (PRPP). La PRRP joue un rôle dans la synthèse des purines et des pyrimidines ; elle est également impliquée dans les voies de formation et de récupération du NAD et du NADP. Cependant, la PRRP s’engage particulièrement dans la biosynthèse des purines lorsqu’elle est convertie en 5-phosphoribosyl amine (en faisant remplacer le pyrophosphate de la PRRP par le groupe amide de la glutamine). (Réf. 6) L’IMP est ensuite converti soit en adénosine monophosphate (AMP), soit en guanosine monophosphate (GMP).

Dégradation

Les purines guanine et adénine peuvent être dégradées comme suit :

En ce qui concerne le GMP, le composé est d’abord hydrolysé et converti en guanosine. Cette dernière est ensuite clivée en guanine libre. (Réf. 7)

• Guanine (via la guanase)  » xanthine (via la xanthine oxydase)  » acide urique
• Adenosine «  » inosine (via la purine nucléoside phosphorylase)  » hypoxanthine (via la xanthine oxydase)  » xanthine (via la xanthine oxydase)  » acide urique

En conséquence de la dégradation des purines, l’acide urique est produit. Chez l’homme, l’acide urique est libéré du foie et d’autres sources tissulaires dans la circulation sanguine par laquelle il atteint le rein. Il est ensuite excrété du corps par l’urine.

Les purines issues du catabolisme peuvent être récupérées et réutilisées comme suit : (Réf. 6)

• L’adénine est récupérée par l’enzyme adénine phosphoribosyltransférase (APRT), en la transformant en adénylate
• La guanine et l’hypoxanthine sont récupérées par l’enzyme hypoxanthine-guanine phosphoribosyltransférase (HGPRT), en formant du guanylate ou de l’IMP

Les pyrimidines qui sont dégradées peuvent être recyclées par une voie de récupération. (Réf. 1) Les nucléobases sont récupérées pour être réutilisées après la dégradation de l’ARN et de l’ADN. Les voies de récupération des pyrimidines sont les suivantes :

• La cytosine est convertie en uracile par désamination. Par l’uridine phosphorylase, l’uracile est converti en uridine en réagissant avec le ribose-1-phosphate. Par l’enzyme nucléoside kinase, l’uridine est convertie en uridine monophosphate (UMP).
• La thymine est convertie en thymidine par réaction avec le désoxyribose-1-phosphate et par l’enzyme thymidine phosphorylase. La thymidine est ensuite convertie en monophosphate de thymidine par l’enzyme nucléoside kinase. La thymidine kinase, en particulier, est une enzyme de la voie de récupération de la pyrimidine qui catalyse la phosphorylation de la thymidine en thymidine monophosphate. (Réf.8)

Fonctions biologiques

En plus de servir de précurseurs des acides nucléiques, les nucléotides servent également de cofacteurs importants dans la signalisation et le métabolisme cellulaires. Ces cofacteurs comprennent le CoA, le flavine adénine dinucléotide (FAD), le flavine mononucléotide, l’adénosine triphosphate (ATP) et le nicotinamide adénine dinucléotide phosphate (NADP). Les nucléosides triphosphates, en particulier, transportent des paquets d’énergie chimique qui sont utilisés dans de nombreuses activités cellulaires exigeant de l’énergie, par exemple la synthèse des acides aminés, la synthèse des protéines, la division cellulaire, les mouvements internes et intercellulaires, etc.

Voir aussi

• Acide nucléique
• Acide désoxyribonucléique
• Acide ribonucléique
• Nucléoside

1. PURINES ET PYRIMIDINES. (2020). Utah.Edu. https://library.med.utah.edu/NetBiochem/pupyr/pp.htm
2. Bera, P. P., Nuevo, M., Materese, C. K., Sandford, S. A., &Lee, T. J. (2016). Mécanismes de formation de la thymine dans des conditions astrophysiques et implications pour l’origine de la vie. Le journal de la physique chimique, 144(14), 144308. https://doi.org/10.1063/1.4945745
3. Nucléotides. (2020). Rpi.Edu. https://homepages.rpi.edu/~bellos/nucleotides.htm
4. Récupération des nucléotides – un aperçu | ScienceDirect Topics. (2018). Sciencedirect.Com. https://www.sciencedirect.com/topics/biochemistry-genetics-and-molecular-biology/nucleotide-salvage
5. Charma, K. & Somani, D. (2015). Biosynthèse de la pyrimidine. Récupéré du site Slideshare.net : www.slideshare.net/kskuldeep1995/pyrimidine-biosynthesis-46874172
6. Berg, J. M., Tymoczko, J. L., & Lubert Stryer. (2016). Les étapes clés de la biosynthèse des nucléotides sont régulées par une rétro-inhibition. Nih.Gov ; W H Freeman. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK22428/
7. Chapitre 21 : Biosynthèse des acides aminés, des nucléotides et des molécules apparentées. (2020). Bioinfo.Org.Cn. http://www.bioinfo.org.cn/book/biochemistry/chapt21/bio8.htm
8. He, Q., Mao, Y., &Wu, J. (2002). Expression immunohistochimique de la thymidine kinase cytosolique chez les patients atteints de carcinome du sein. Handbook of Immunohistochemistry and in Situ Hybridization of Human Carcinomas, 463-469. https://doi.org/10.1016/s1874-5784(04)80056-4

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