Biochimie Les nucléotides
LES PYRIMIDINES
Elles sont essentielles :
 éléments de structure : ce sont des précurseurs monomérique
 de l’ADN (maintien de l’information)
 de l’ARN (expression de l’information)
 précurseurs énergétique
 dans le métabolisme des sucres : UDPGlucose, UDPGalactose.
 dans le domaine des lipides : CDP acyl glycérol.
 de nombreux analogues synthétiques sont utilisés en thérapeutique comme inhibiteurs de la
synthèse du DNA ou du RNA
 5 fluoro uracile pour tumeur à croissance rapide et leucémies
 arabinosyl cytosine
 AZT : azido thymidine inhibiteur de la reverse transcriptase dans le sida...
A.
STRUCTURE DES PYRIMIDINES
Elles se définissent comme étant un noyau hétérocyclique à 6 atomes : 4 C et 2 N.
H
C
3
5
4
N
N
CH
HC
CH
2
6
N
N
1
Noyau pyrimidine
On a deux types de bases pyrimidiques (on parle de nucléobases) :
 celles de l’ADN : cytosine et thymine
 celles de l’ARN : cytosine et uracile.
1.
Bases pyrimidiques de l’ADN
NH 2
3
N
C
O
2
C
4
1
N
H
O
CH
HN
CH
C
6
2
Cytosine : 2 oxy 4 amino pyrimidine
2.
C
3
5
O
5
4
C
CH 3
CH
1
6
N
H
Thymine : 2,4 dioxy méthyl pyrimidine
Bases pyrimidiques de l’ARN
NH 2
3
N
C
O
2
C
4
1
N
H
O
3
5
C
5
CH
HN
4
CH
CH
C
2
1
CH
6
Cytosine : 2 oxy 4 amino pyrimidine
O
N
H
6
Uracile : 2,4 dioxypyrimidine
Ces bases sont associées à un sucre à 5 carbones formant un nucléoside
5 CH 2OH O
H
CH 2OH O
H
1
H
1
H
H
H
OH
H
H
OH
2
OH
2
OH
OH
le ribose dans l’ARN
H
le déoxyribose dans l’ADN
L’association base + sucre + ester phosphate (sur C5 du ribose) donne un nucléotide.
nucléobase
nucléoside
nucléotide
cytosine
cytidine
cytidilate
CMP
uracile
uridine
uridylate
UMP
cytosine
déoxycytidine
déoxycytidilate
dCMP
thymine
déoxythymine
deoxythymidilate
dTMP
ARN
ADN
B.
BIOSYNTHESE DE LA PYRIMIDINE
Plusieurs étapes qui présentent par rapport au métabolisme des purines des différences et des
similitudes
la synthèse commence par la pyrimidine puis il y a addition du sucre phosphate.
L’essentiel des réactions de cette biosynthèse (7 étapes) est coordonné au sein de complexes
enzymatiques multifonctionnels. Les trois premières et les deux dernières sont associées en
complexes multi-enzymatique. Les enzymes sont liées sur les mêmes chaînes
polynucléotidiques ce qui assure une meilleure efficacité.
Les précurseurs de la biosynthèse sont la glutamine, le CO2 et l’acide aspartique.
Glutamine
3
N
H
C
4
HC
2
5
CH
CH
N
acide aspartique
L’acide aspartique donnera naissance à
C4, C5, C6 et N1.
C2 vient du CO2.
N3 vient de la gluatmine.
6
1
CO2
1.
Première étape : formation du carbamyl phosphate
C’est l’association de CO2 et d’azote de la glutamine pour donner le carbamyl phosphate.
Dans l’uréogenèse, cette réaction se déroule dans les mitochondries hépatiques et le donneur
d’azote est NH4+. Dans la synthèse des pyrimidines, elle s’effectue dans le cytosol et l’azote
vient de la glutamine.
Il n’y a pas de cofacteur. L’enzyme est la carbamyl phosphate synthétase.
COOH
CH
COOH
CH
NH2
(CH 2)2
NH2
C
OH
NH2
O
(CH 2)2
2 ATP
a. Glutamique
2 ADP
O
C
C
NH2
O
Carbamyl Phosphate
Synthétas e
CO2
O
O
-
P
O
-
Pi
O
Glutamine
Carbamyl Phosphate
2.
Deuxième étape : formation du N carbamyl aspartate
Elle se fait par condensation du carbamyl phosphate et de l’aspartate. Cette réaction est
catalysée par l’aspartate transcarbamylase (ATC). Elle est couplée à la première enzyme.
COO -
COO NH 2
O
CH 2
CH 2
C
O
O
+
P
H2N
H2N
CH
COO -
Carbamyl Phosphate
C
Aspartate
transcarbamylase
N
H
CH
COO -
Aspartate
Carbamyl aspartate
L’ACTase subit une régulation allostérique comprenant deux effecteurs, l’un purique et
l’autre pyrimidique :
Vitesse de la réaction
2
 CTP est inhibiteur allostérique (produit de
fin de chaîne) : courbe 3.
 ATP est activateur allostérique : courbe 2.
On a mis en évidence deux sous-unités :
 une de type catalytique
 une de type régulatrice : capable de se lier à
l’ATP ou à la CTP. La CTP est inhibibiteur.
L’ATP est capable de déplacer la CTP, de
lever l’inhibition. Pour une même
concentration d’aspartate, les vitesses
diffèrent selon qu’on est en présence d’ATP
ou de CTP.
Cela permet un équilibre entre biosynthèse des
pyrimidines et des purines.
1
3
[aspartate]
3.
Troisième étape : formation du dihydro orotate
Une dihydroorotase catalyse la cyclisation. Elle fait partie du même complexe enzymatique
multifonctionnel appelé le CAD : Carbamyl phosphate synthétase - Aspartate
transcarbamylase - Dihydro orotase.
COO -
O
O
CH 2
C
dihydro orotase
H2N
C
N
H
HN
CH 2
CH
CH
C
COO -
Carbamyl aspartate
H2O
O
N
H
Dihydro orotate
COO -
4.
Quatrième étape : formation de l’orotate
C’est une déshydrogénation. L’enzyme qui intervient est une déshydrogénase qui utilise le
NAD comme coenzyme. L’enzyme est indépendante, non liée à un complexe. Il apparaît une
double liaison entre C5 et C6.
O
O
C
HN
C
NAD+
CH 2
CH
C
HN
COO dihydro orotate
déshydrogénase
COO -
C
N
H
O
Dihydro orotate
5.
CH
C
N
H
O
NADH + H +
Orotate
Cinquième étape : formation de l’OMP.
O
O
C
HN
C
CH
HN
Orotate
C
C
COO
-
C
N
H
O
P-O-CH 2
PP
P-O-CH 2
C
COO
-
N
O
PRPP
transférase
O
CH
O
OH
O-P-O-P
OH
OH
OH
OH
Orotidine 5' monophosphate
(OMP)
ou acide orotidylique
PRPP
Elle fait appel au transfert d’un sucre phosphate activé : le PRPP ou phospho ribosyl
pyrophosphate.
L’enzyme est une PRPP transférase. Cette étape est liée à la suivante.
6.
Sixième étape : formation de l’uridylate monophosphate
Une orotidylate décarboxylase donne par départ d’un CO2 le premier véritable nucléotide à
pyrimidine : UMP.
O
C
HN
CH
C
CH
N
O
P-O-CH 2
O
+ CO 2
OH
OH
OH
Uridine 5' m onophosphate
(UMP)
ou acide uridylique
Le deuxième complexe multifonctionnel , catalysant les étapes 5 et 6 est appelé UMP
synthétase.
Chez les eucaryotes, ce type de complexe multiforme est relativement fréquent. Cette fusion
d’enzymes multifonctionnelles a probablement évolué grâce au brassage d’exons. Il permet le
regroupement dans une même finalité de plusieurs chromosomes.
Avantages de ce système :
 biosynthèse coordonnée des différentes enzymes nécessaires à une même voie
biosynthétique.
 assemblage cohérent des différentes enzymes qui donne un complexe fonctionnel
 minimise les réactions annexes : si les enzymes sont regroupées, il y a une canalisation des
substrats d’un site actif au suivant.
 ce complexe, sous forme liée par des liaisons covalentes, a une plus grande stabilité qu’un
système qui serait lié par des liaisons non covalentes.
7.
Septième étape : formation du CTP
Elle se fait par amination de l’UTP.
Deux phosphorylations successives transforment UMP en UTP par des kinases spécifiques :
ATP
ATP
UMP
Glutamine
UDP
kinase
Glutamate
UTP
CTP
Cytidine triphosphate
kinase
ATP
ADP + Pi
L’enzyme est la CTP synthétase. Elle est allostérique et est rétro-inhibée par le produit de fin
de réaction : le CTP.
8.
Etape 8 : formation d’un déoxyribonucléotide
Une réduction des ribonucléotide intervient grâce à la ribonucléotide diphospho réductase.
Elle contient trois protéines différentes qui transforment le ribonucléotide en
déoxyribonucléotide :
 la thioredoxine (T) petite protéine de PM = 12000 possède 2 cystéines voisines permettant
la formation d’un pont disulfure quand elle est oxydée : elle joue le rôle de donneur ou
d’accepteur d’électrons ce qui lui permet d’osciller entre un état réduit : SH-SH ou oxydé :
S S.
 la thioredoxine réductase (TR) qui admet comme cofacteur le NADPH + H+ (relation avec
la voie des pentoses), permet de réduire la thioredoxine et rend le cycle donneur accepteur d’électrons fonctionnel. La thioredoxine a un rôle dans la photosynthèse
(fixation d’azote).
 la ribonucléotide réductase (RR) qui transforme un ribonucléotide diphosphate en déoxy
ribonucléotide diphosphate : XDP  dXDP.
Transfert des électrons du NADPH au groupe sulfhydryle du site catalytique de la
ribonucléase réductase :
NADPH + H +
SH
TR
FAD
SH
SH
NADP+
FADH + H +
SH
T
RR
SH
S
S
SH
TR
S
SH
Thioredoxine réductase
Déoxy ribonucléotide diP
RR
T
S
Ribonucléotide diP
SH
Thioredoxine
Ribonucléotide réductase
9.
Etape 9 : méthylation de l’uracile donnant la thymine
La thymine est une base caractéristique de l’ADN. Tout cellule en croissance rapide ayant
besoin de multiplier son potentiel est tributaire d’une fourniture importante en thymine.
L’uracile est transformé en thymine en recevant un métyl. Le substrat doit être sous forme
diphosphate.
Pi
UDP
dUDP
RR
dUMP
gain de CH3
Thymidine monophosphate (d)TMP
Le déoxyuridylate dUMP est méthylé en déoxythymidilate par la thymidilate synthétase. Elle
est soumise à la régulation de la thymidine. En thérapeutique, on utilise des produits qui
interagissent comme le 5 fluoro uracile, proche structuralement de la thymidine. Il se combine
avec l’enzyme et le substrat et bloque la réaction. C’est un « inhibiteur suicide » : il ne peut
pas aller plus loin.
Le donneur de méthyle est ici un dérivé tétrahydrofolique et non pas la S-Adénosylméthionine. De façon spécifique, le carbone du méthyl vient du N5 - N10 méthylène
tétrahydrofolate. Il se transforme en dihydrofolate qui sera réduit en tétrahydrofolate par une
réductase spécifique à NADP. Cette dihydrofolate réductase est sensible au méthotrexate,
composé très actif utilisé en chimiothérapie anticancéreuse pour les cellules à renouvellement
rapide (leucémies). Il empêche la production de tétrahydofolate et donc de redonner le N5 N10 méthylène tétrahydrofolate avec la sérine.
5 fluoro uracile
Thymidilate
synthétase
dUMP
N5 N 10
méthylène
tétarahydrofolate
(d)TMP
dihydrofolate
DHF réductase
tétrahydrofolate
glycocolle
sérine
Méthotrexate
COOH
COOH
COOH CH2
CH
CH2
CH
NH2
NH2
O
NH2
a. Glutamique
(CH 2)2
2 ATP
C
C
2 ADP
O
O
-
P
NH2
O
-
O
Carbamyl Phos phate
Synthétase
CO2
O
Pi
Carbamyl Phos phate
Glutamine
COO
COO
O
O
C
CH2
H2N
H2N
CH
C
COO
-
C
N
H
H2O
CH
CH
COO
COO
N
H
O
CH2
As partate
transcarbamylas e
CH2
dihydro orotase
HN
-
-
-
-
Carbamyl aspartate
As partate
Dihydro orotate
O
dihydro orotate
déshydrogénas e
NAD+
NAD H + H
Biosynthèse des Pyrimidines
C
O
HN
C
C
CH
+
HN
CH
C
C
COO
P-O-CH 2
-
N
H
O
P-O-CH 2
OH
O
CO2
OH
O
OH
OMP décarboxylase
OH
OH
Orotidine 5' monophosphate
(OMP)
ou acide orotidylique
C
PRPP
HN
CH
C
CH
N
O
P-O-CH 2
Uridine 5' m onophosphate
UMP
ou acide uridylique
O
OH
OH
OH
-
O
PRPP
Transférase
O-P-O-P
COO
N
O
PP
Orotate
C
C.
VOIE DE SYNTHESE PAR RECUPERATION OU EPARGNE
Elle intéresse les nucléosides (base + sucre). Si on ajoute le phosphate, on obtient le
nucléotide fonctionnel.
3 enzymes spécifiques interviennent :
 l’uridine cytidine kinase permet la phosphorylation de l’uridine et de la cytidine :
ATP
ADP
UMP
Uridine
ATP
ADP
CMP
Cytidine
 la déoxycitidine kinase : elle phosphoryle la déoxycytidine pour donner dCMP
 la thymidine kinase aboutit au TMP
Cette voie est développée dans les corps à croissance rapide : plus la synthèse est active, plus
cette voie de récupération est importante.
D.
CATABOLISME
Il présente une spécificité marquée par rapport aux bases puriques qui donnent naissance à
l’acide urique, peu soluble.
Les catabolites des pyrimidines sont très solubles : peu de pathologies sont liées à ce
catabolisme. Il a lieu dans le foie.
La cytosine est désaminée en uracile puis le cycle s’ouvre, une décarboxylation et une
désamination génèrent le produit commun de la cytos
NH2
CH2
CH2
COOH
Elle est soluble, utile dans la biosynthèse du coenzyme A.
NH 2
CH 2
CH
COOH
CH 3
Elle donne naissance au succinyl CoA qui va au cycle de Krebs.
O
COOH
CH2 CH2
C
SCoA
E.
REGULATION DE LA BIOSYNTHESE
Il y a beaucoup d’interactions dans la régulation de ces deux voies de biosynthèse ; elles sont
vitales. Il existe une stoechiomérie précise entre les deux.
ATP + ribose 5 phosphate
ATP + CO2 + NH2 glutamine
P ribosyl pyrophosphate
Carbamyl phosphate
aspartate
N Carbamyl aspartate
dihydro orotate
Nucléotides puriques
orotate
P ribosyl pyrophosphate
OM P
CO2
UM P
TDP
ATP
ADP
TM P
dUM P
dUDP
dUDP
UDP
ATP
ADP
UTP
CTP
Le TDP exerce une action sur le métabolisme des purines
le PRPP a une action activatrice sur la première voie biosynthétique.
Les composés puriques ont une action inhibitrice sur cette première étape.
Un rétrocontrôle des pyrimidine s’exerce sur les précurseurs pyrimidiques.
F.
LES DIFFERENCES ENTRE PYRIMIDINES ET PURINES - EVOLUTION
1.
Synthése
Pyrimidines : construction du cycle puis secondairement rattachement du ribose phosphate.
Purines : d’abord formation du ribose phosphate puis construction du cycle.
2.
Dégradation
Les pyrimidines sont très solubles : peu de pathologies leur sont associées.
Les purines conduisent à l’acide urique, insoluble. Une concentration trop élevée provoque la
goutte : dépôts de cristaux d’urates au niveau des articulations, du parenchyme rénal.
3.
Différences entre ribonucléotides et déoxynucléotides
 Tous les composants de l’ADN sont formés par modification de ribonucléotides.
 Aucun ribonucléotide n’est formé à partir de déoxynucléotide.
Les ribonucléotides sont apparus les premiers dans l’évolution. La thymidilate synthétase ou
la RR sont les vestiges d’un monde où l’ARN était omnipotent, gardien d’un patrimoine
génétique. Au cours de l’évolution l’ADN est devenu gardien de l’information génétique et
l’ARN le produit qui permet la transformation de l’information en protéine.
II.
METABOLISME DES PURINES
A.
GENERALITES
 Ce sont des éléments de structures : ce sont les deuxièmes composés essentiels des acides
nucléiques.
 Ils sont essentiels aussi dans tous les processus biochimiques :
 le fournisseur essentiel d’énergie, l’ATP est un nucléotide purique.
 L’équivalent de l’ATP pour la guanine est le GTP : rôle énergétique et rôle dans les
mouvements des macromolécules comme dans la synthèse des peptides.
 Les seconds messagers, comme l’AMPc et GMPc, qui transforment les signaux d’origine
hormonale en réponse cellulaire sont des médiateurs.
 Les phosphorylations induites par l’ATP dans la synthèse du cholestérol modifient les
activités des enzymes.
 De nombreux nucléotides à adénine sont des éléments constitutifs essentiels de coenzymes
: NAD, NADP, FAD, coenzyme A.
B.
STRUCTURE ET NOMENCLATURE
1.
Structure
Le noyau purine est l’association de deux noyaux, pyrimidique et imidazole.
Ce sont des molécules à 9 atomes : 5 C et 4 N.
H
C
1 N
7
5
6
N
C
CH
HC
2
C
N
9
8
N
H
4
3
noyau purine.
Les deux bases essentielles sont :
O
NH2
C
1 N
6
7
5
C
1
N
HN
C
6
7
5
C
N
CH
CH
HC
2
C
N
4
3
9
8
C
N
H
H2N
Adénine = 6 amino purine
2.
Nomenclature
nucléobase
2
C
N
4
3
9
8
N
H
Guanine = 2 amino 6 oxo purine
En fonction du pH, il y a ou non une double
liaison entre N1 et C6 (forme lactime et
lactame).
nucléoside
nucléotide
adénine
adénosine
adénylate
AMP
guanine
guanosine
guanylate
GMP
adénine
déoxyadénosine
déoxyadénylate
dAMP
guanine
déoxyguanine
deoxygaunylate
dGMP
ARN
ADN
C.
BIOSYNTHESE
Les précurseurs : plusieurs composés sont à l’origine des purines : des acides aminés, des
donneurs de NH2 (glutamine, acide aspartique).
CO 2
Glycocolle
fonction amine
de l'aspartate
H
C
1 N
7
5
6
N
C
CH
HC
N10 formyl
tétrahydrofolate
2
C
9
N10 formyl
tétrahydrofolate
N
H
4
N
8
3
Glutamine
 le glycocolle apporte C4, C5 et
N7.
 la glutamine : N3 et N9
 C2 et C8 viennent de N10
formyl tétrahydrofolate
 C6 vient du CO2 atmosphérique
 N1 vient de la fonction amine
de l’acide aspartique.
Les voies biosynthétiques des purines font intervenir des complexes enzymatiques permettant
une synthèse coordonnée : le produit de réaction de l’étape précédente devient le substrat de la
réaction suivante. Trois complexes interviennent :
1. 2°, 3° et 5° réactions
2. 6°et 7° réactions
3. 9° et 10° réactions.
La différence par rapport à la biosynthèse des pyrimidines est que la construction se fait sur le
sucre phosphate activé.
1.
Première étape : formation de 5 P ribosylamine.
Un groupement amine de la glutamine se fixe sur le sucre phosphate activé : le phophoribosyl
pyrophosphate PRPP.
P O
CH 2
H
O
H 
O
H
H
OH
P O
pyrophosphate
P O
OH
P
O
9
NH 2

Amido P ribosyl
transférase
Glutamine
CH 2
H
H
OH
OH
H
acide glutamique
P ribosyl pyrophosphate
P ribosylamine
L’hydrolyse du pyrophosphate permet de déplacer l’équilibre vers la droite. C’est l’étape
d’engagement de la synthèse des purines.
2.
Formation du phospho ribonucléotide glycinamide
P O
CH 2
NH 2
O
H
H
+
Glycinamide ribonucléotide
synthétase
H
7 NH 3
5 CH 2
4 C
OH
OH
P ribosylamine
glycocolle
ATP
ADP + Pi
NH ribose P
9
O
P ribonucléotide glycinamide
L’énergie est apportée par l’ATP. On obtient un produit de condensation : une glycinamide
ribonucléotide phosphate.
3.
Addition d’un méthyl : formation du formyl glycinamide ribonucléotide P.
O
H
8 C
N 10 formyl tétrahydofolate
NH 3+
7 NH
formyl transférase
CH 2
5 CH 2
C NH ribose P
9
O
THF
O
formyl glycinamide
ribonucléotide P
P ribonucléotide glycinamide
4.
NH ribose P
4 C
Formation du formyl glycinamidine ribonucléotide P.
O
O
H
ATP
C
ADP + Pi
H
C
NH
NH
CH 2
CH 2
C NH ribose P
Glutamine
C NH ribose P
HN
acide glutamique
3
O
formyl glycinamide
ribonucléotide P
formyl glycinamidine
ribonucléotide P
5.
Cinquième étape : formation du 5 amino imidazole ribonucléotide P.
Elle permet la cyclisation par déshydratation et on génère la partie imidazole.
O
H
C
3
N
Cyclase
NH
C
CH
2
5
CH2
HN
4
CH
N
H2N
1
H2O
C NH ribose P
ribose P
formyl glycinamidine
ribonucléotide P
5 amino imidazole
ribonucléotide P
Les étapes 2, 3, 5 sont catalysées par un même complexe enzymatique.
6.
Formation du 4 carboxylate 5 amino imidazole ribonucléotide P
O
C
CH
H2N
CO 2
N
C
O
CH
CH
C
Carboxylase
N
N
CH
N
H2N
ribose P
ribose P
4 carboxylate 5 amino
imidazole ribonucléotide P
5 amino imidazole
ribonucléotide P
Addition d’une fonction amine de l’aspartate sur C4.
7.
O
O
C
OOC
ATP
O
CH
N
C
H2N
CH
ADP + Pi
C
N
H
CH
H2C
COO
CH
COO
N
OOC
ribose P
4 carboxylate 5 amino
imidazole ribonucléotide P
C CH
H2
Aspartate
8.
Elimination du fumarate
Enzyme : lyase.
NH 3
N
C
H2N
CH
N
ribose P
5 aminoimidazole
4N succino carboxamide
ribonucléotide P
H
COO
C
fumarate :
C
OOC
H
O
CH
OOC
O
C
N
H
CH
H2C
COO
N
C
H2N
CH
N
C
CH
N
CH
N
H2N
Fumarate
ribose P
5 aminoimidazole
4N succino carboxamide
ribonucléotide P
9.
C
H2N
ribose P
5 aminoimidazole
4 carboxamide ribonucléotide P
Réaction avec un N formyl THF
O
O
C
H2N
C
H2N
CH
CH
N
N 10 formyl tétrahydofolate
N
C
C
CH
formyl transférase
CH
N
HN
N
H2N
H
O
5 aminoimidazole
4 carboxamide ribonucléotide P
10.
ribose P
C
THF
ribose P
5 formamidoimidazole
4 carboxamide ribonucléotide P
Formation de IMP : inosinate
O
H2N
C
O
CH
N
Cyclase
C
N
HN
ribose P
C
O
CH
H
5 formamidoimidazole
4 carboxamide ribonucléotide P
N
HN
C
HC
C
CH
Déshydratase
H2O
N
N
ribose P
Inosinate
= ribose P + hypoxanthine
P O
CH2
H
O
pyrophosphate
H 
O
H
H
P O
P O
CH2
Amido P ribosyl
transférase
P
NH2

O
H
H
OH
OH
Glycinamide ribonucléotide
synthétase
H
glycocolle
OH
OH
Glutamine
acide glutamique
ATP
P ribosyl pyrophosphate
P ribosylamine
ADP + Pi
+
O
O
H
H
CH2
C
C
ATP
ADP + Pi
formyl transférase
NH
NH
C NH ribose P
O
CH2
CH2
N 10 formyl THF
C NH ribose P
HN C NH ribose P
P
ribonucléotide
glycinamide
O
formyl glycinamide
ribonucléotide P
acide glutamique Glutamine
formyl glycinamidine
ribonucléotide P
Biosynthèse des Purines
Cyclase
H2O
NH3
THF
O
OOC
ADP + Pi
O
C
O
CH
N
C
CO2
Carboxylase
N
H2N
H2N
CH
C CH
H2
CH
N
ribose P
COO
OOC
N
N
C
H2N
ribose P
ribose P
CH
COO
N
C
CH
C
N
H
H2C
ATP
CH
CH
5 aminoimidazole
4N succino carboxamide
ribonucléotide P
NH3
Aspartate
4 carboxylate 5 amino
imidazole ribonucléotide P
5 amino imidazole
ribonucléotide P
Fumarate
O
H2N
O
C
H2O
HN
C
HC
C
N
N
CH
N
C
Déshydratase
C
THF
CH
ribose P
C
O
CH
N
HN
ribose P
Inosinate
IMP
H2N
N
Cyclase
CH
N
O
H
5 formamidoimidazole
4 carboxamide ribonucléotide P
C
formyl transférase
N 10 formyl THF
H2N
CH
N
ribose P
5 aminoimidazole
4 carboxamide
ribonucléotide P
Les deux dernières étapes (9 et 10) sont catalysées par un même complexe enzymatique :
l’IMP synthétase. La base correspondant à l’IMP est l’hypoxanthine.
Les étapes 6 et 7 ont également un complexe enzymatique commun.
la régulation essentielle est au niveau de la première étape.
A partir de structure simples, on a des structures complexes. L’IMP est le précurseur commun
de l’AMP et du GMP. Il ne possède qu’une fonction carbonyle.
11.
Formation de l’Adénylate monophosphate
Elle se fait par condensation de l’IMP avec l’aspartate, catalysée par l’adénosuccinate
synthétase, moyennant une dépense d’énergie apportée par le GTP.
COO - CH 2
COO -
CH
NH 2
NH
O
COO - CH 2
CH
COO -
H2O
N
HN
N
C
HN
Adénylo succinate synthétase
CH
HC
C
CH
C
HC
C
N
N
GTP
N
N
GDP + PPi
ribose P
ribose P
IMP
Adénylo succinate
L’adénosuccinate lyase hydrolyse l’adénylo succinate avec libération de fumarate.
On obtient l’AMP : 6 amino purine.
COO - CH2
CH
COO -
NH
COO - CH
CH
Fumarate
NH2
COO -
N
HN
C
HC
C
N
Adénylo succinate lyase
HN
C
HC
C
CH
CH
N
N
N
N
ribose P
ribose P
AMP
Adénylo succinate
12.
Formation du Guanylate mono phosphate GMP
A partir de IMP, une déshydrogénation à NAD va transformer le C2 en carbonyle avec apport
de H2O :
O
O
N
HN
C
HC
C
N
H2O
CH
NAD+
ribose P
IMP
C
CH
C
N
N
HN
Déshydrogènase
NADH + H +
O
N
N
ribose P
Xanthine monoP
Pour obtenir le GMP, il y a transformation de ce groupement carbonyle en un groupement
aminé grâce au groupement amido de la glutamine. Cette réaction nécessite de l’ATP.
O
O
Glu
a. glutamique
N
HN
N
C
HN
C
CH
CH
C
O
C
N
N
ATP
H2N
ADP + Pi
N
N
ribose P
ribose P
2 amino 6 oxy purine
Xanthine monoP
GMP
 Le substrat énergétique nécessaire à la fabrication de l’adénine est la guanine ; le substrat
nécessaire à la synthèse de la guanine est l’adénine : il y a un équilibre entre les bases adénine
et guanine.
Pour former le GMP : consommation de 7 liaisons Phosphates riches en énergie.
Pour former l’AMP : consommmation de 8 liaisons Phosphates.
Etude de la transformation du groupement carbonyle en groupement aminé :
Cette réaction se rencontre au niveau :
 formyl glycinamidine
 GMP
 AMP
 UTP  CTP
 Ornithine  Citrulline
R
C
R'
R
O
Equilbre
tautomérique
C
R'
ATP
O
ADP
NH 3 (Asp
Glu)
O
R
C
O
P
O
R
O P
C
NH 2
R'
R'
O
formation
d'un groupement phosphorylester
R
C
formation
d'un composé tétraèdrique
Pi
NH 2
R'
Il existe un équilibre tautomèrique du groupement carbonyle.Secondairement se forme un
groupement phosphorylester par apport d’énergie. Ce dérivé est facilement déplacé et subit
une attaque nucléophile par l’azote (aspartate ou groupement amido de la glutamine) :
apparition d’un composé tétraèdrique.
O
HN
C
HC
C
N
CH
NH2
N
-
COO CH2
CH
N
-
COO
ribose P
GTP
IMP
H2O
+
NAD
H2O
Adény lo succinate sy nthétase
Déshy drogénase
+
NADH + H
GDP + PPi
-
COO CH2
CH
-
COO
NH
O
HN
C
HC
C
N
HN
CH
CH
Biosynthèse
des
PURINES
N
N
ribose P
N
C
C
O
N
N
ribose P
Adény lo succinate
Xanthine monoP
AMPS
XMP
ATP
Glu
Adény lo succinate ly ase
-
COO CH
CH
-
COO
Fumarate
a. glutamique
ADP + Pi
NH2
O
HN
C
HC
C
N
HN
C
N
CH
N
N
CH
C
H2N
N
ribose P
AMP
6amino purine
N
ribose P
GMP
2 amino 6 oxy purine
D.
LA VOIE D’EPARGNE
Elle permet la synthèse en une étape d’un nucléotide purique par addition sur la base du sucre
phosphate par le donneur classique : PRPP.
Deux enzymes sont impliquées :
 la première permet la formation de l’AMP : Adényl phosphoRibosyl Transférase.
ART
Adénine + PRPP
AMP + PPi
Pyrophosphate
 la deuxième permet la synthèse de GMP : Hypoxanthine Guanine PhosphoRibosyl
Transférase : HGPRT.
Hypoxanthine
+ PRPP
XMP
HGPRT
GMP
Guanine
En pathologie, la déficience en HGPRT, essentiellement chez le garçon (mères porteuse non
atteinte) entraîne le syndrome de Lesch Nyhan : troubles neurologiques avec tendance à
l’automutilation (se mange les doigts, les lèvres...). De plus existent des anomalies liées au
catabolisme de ces bases puriques : augmentation de l’acide urique avec apparition d’une
goutte.
Le défaut de HGPRT provoque l’accumulation de PRPP. Il y a alors amplification de la
synthèse des purines de novo et augmentation de la dégradation des bases puriques,
augmentation de production d’acide urique.
E.
REGULATION DE LA BIOSYNTHESE DES NUCLEOTIDES PURIQUES
Pyrimidine : TDP
Gln
Ribose 5 P
IMP
AMP
GMP
PRPP
Glu
P ribosylamine
IMP
adénylosuccinate
XMP
AMP
GMP
ATP
GTP
Les deux voies d’engagement sont :
 5 P Ribose  PRPP
 PRPP  P ribosylamine.
Elles sont inhibées par GMP, AMP, IMP. Il y a donc rétrocontrôle sur les voies
d’engagement.
La TDP inhibe aussi l’activation du sucre.
F.
LA DEGRADATION
Elle est essentiellement hépatique et intestinale (muqueuse de l’intestin grêle). Elle aboutit à
la formation d’acide urique (3 groupements carbonyles).
H2O
NH4+
AMP
IMP
XMP
GMP
AMP désaminase
Purine
Nucléotidase
Pi
Adénosine
Pi
Adénosine
désaminase
H2O
Pi
Inosine
Pi
Xanthosine
Guanosine
NH4
Pi
Pi
Purine
Nucléoside
Phosphorylase
Pi
Rib.1P
Rib.1P
Rib.1P
Hypoxanthine
H2O + O 2
Guanine
Guani ne
Désaminase
Xanthine
oxydase
Xanthine
H2O2
H2O
NH4+
Xanthine
oxydase
H2O2
O
H
N
C
HN
C
C
C
O
O
C
N
H
N
H
acide urique
G.
ASPECTS DE BIOCHIMIE PATHOLOGIQUE
1.
Syndrome de Lesh Nyan : déficit en HGPRT
Le déficit entraîne des troubles du métabolisme de l’acide urique et des troubles
neurologiques (automutilation).
2.
Déficits en désaminases
H2O
NH4+
AMP
IMP
AMP désaminase
Purine
Nucléotidase
Adénosine
Pi
Pi
Adénosine
désaminase
H2O
NH4
Inosine
a)
Déficit en Adénosine désaminase
Il entraîne une syndrome sévère d’immunodéficience lymphocytaire (absence de tissu
lymphoïde), létal.
L’adénosine et son dérivé la désoxyadénine s’accumulent. Le tissus lymphoïde est riche en
phosphorylases : apparition en grande quantité d’ATP et de dATP.
Le dATP est un inhibiteur puissant de la ribonucléotide réductase : ceci empêche l’apparition
des précurseurs nécessaires à la synthèse de l’ADN (particulièrement dCTP) et donc la
prolifération cellulaire. Le tissu lymphoïde en renouvellement rapide est très sensible à cette
inhibition.
b)
Déficit en AMP désaminase
Les conséquences sont musculaires.
Quand il augmente son activité, le tissu musculaire squelettique a un besoin accru en
intermédiaires du cycle citrique. Il ne possède pas toutes les enzymes pour le faire. Il utilise le
fumarate généré par un cycle des nucléotides puriques :
H2O
NH 4+
AMP désaminase
AMP
IMP
Fumarate
GTP
Adénylo succinate
lyase
GMP
+ PPi
Aspartate
Adénylo succinate
synthétase
Adénylo
succinate
Les cellules musculaires bénéficient de la capacité de transformer l’aspartate en fumarate et
génèrent ainsi un des intermédiaires du cycle de KREBS dont ils ont besoin. Les trois
enzymes du cycle sont très actives dans le muscle par rapport aux autres tissus.
Bilan de la réaction :
Asp + GTP + H2O  fumarate + GMP + PPi + NH4+
En cas de déficience de la première enzyme, l’AMP désaminase, le tableau clinique est voisin
de la myopathie : fatigue musculaire, crampes répétitives.
H.
DESTINEES DE L’ACIDE URIQUE
 Chez l’homme, l’acide urique est le terme du catabolisme des nucléotides puriques,
résultant de l’hydrolyse des acides nucléiques. Il est excrété comme tel dans les urines.
 Chez la plupart des animaux, le catabolisme du noyau purique se poursuit :
 jusqu’au stade allantoïne (chez beaucoup de mammifères),
 juqu’au stade acide allantoïque (chez certains poissons)
 ou même jusqu’au stade urée et acide glyoxylique.
 Certaines bactéries possèdent une enzyme, l’uréase, capable d’hydrolyser l’urée en
CO2 et NH3.
O
H
N
C
HN
H2O
C
C
C
O
NH2
C
C
C
O
C
uricase
C
N
H
N
H
H
N
O
CO2
mammifères
O
O
N
H
N
H
allantoïne
acide urique
H2O
Allantoïnase
poissons
osseux
CHO
COOH
NH2
COOH
C
C
H2N
acide glyoxylique
NH2
2 H2O
NH3
2 CO2
uréase
invertébrés
marins
O
poissons
cartilagineux
C
urée
Allantoïcase
NH2
O
N
H
C
N
H
O
acide allantoïque
Du fait de l’évolution des espèces, chez les primates la dégradation des purines s’arrête à
l’acide urique : les autres enzymes ont disparu.
NB : chez les oiseaux, les reptiles terrestres et les insectes, l’azote provenant du catabolisme
protéique n’est pas éliminé sous forme d’urée mais d’acide urique.
I.
PATHOLOGIE INDUITE PAR L’AUGMENTATION DE L’ACIDE URIQUE
1.
Symptomes
L’augmentation de sa concentration dans le sang, les liquides synoviaux et l’urine va
provoquer des troubles :
 crises de goutte au niveau articulaire : formation de cristaux et de dépôts (tophus). Touche
surtout le gros orteil;
 calculs rénaux et à terme insuffisance rénale : l’acide urique est naturellement relativement
insoluble et tend à précipiter, surtout en pH acide (urines). Le traitement consistera entre
autres à alcaliniser les urines qui va augmenter le pourcentage d’urate de Na par rapport à
l’acide urique.
2.
Les causes de l’hyperproduction d’acide urique :
 déficience en HGPRT : syndrome de Lesh Nyhan. Cette déficience peut être partielle :
augmentation de l’acide urique par augmentation du PRPP qui active la synthèse et le
catabolisme des purines.
 déficience de la glucose 6 phosphatase : enzyme du métabolisme des glucides qui a pour
conséquence une augmentation du glucose 6 P. Cela a un effet sur la voie des pentoses :
augmentation du ribose 5P donc augmentation du PRPP : activation de la synthèse de novo
des purines et donc de la production d’acide urique.
3.
Traitement
Pour diminuer la concentration en acide urique, il a été utilisé un analogue synthétique de
l’hypoxantine, l’allopurinol (inversion des atomes 7 et 8) :
O
O
7
C
HN
C
C
N
HN
C
HC
C
H
C7
CH
HC
C
N
8
N
H
hypoxanthine
N8
N
N
H
allopurinol
Quand on donne ce produit, la cellule le reconnait comme l’hypoxanthine. La xanthine
oxydase peut le transformer en alloxanthine (au lieu de xanthine).
O
C
HN
C
C
C
H
C7
N8
O
N
alloxanthine
N
H
Le fonctionnement de la xanthine oxydase est
bloqué : ce type d’inhibition suicide est très
efficace : on bloque la formation d’acide
urique et on favorise la formation de xanthine
et d’alloxanthine qui sont plus solubles et
éliminés dans les urines.
On traite donc efficacement la maladie goutteuse mais pas les signes neurologiques de la
maladie de Lesch Nyhan. Ceci est une illustration du caractère possiblement léthal de la
déficience d’une seule enzyme (par exemple l’adénosine désaminase).