Rouxel Pauline et Bernard Josselin 2 novembre 2010 Biochimie

Rouxel Pauline et Bernard Josselin
2 novembre 2010
Biochimie, Métabolisme des purines et des pyrimidines, Claude Bendavid.
Diapo bientôt disponible sur le réseau pédagogique, retenir principalement les pathologies pour l’examen,
les formules sont moins importantes. Les différentes étapes du métabolisme des bases puriques sont à
connaitre.
Métabolisme des purines et des pyrimidines
Principalement le métabolisme des purines (car importance des pathologies associées), le métabolisme
des pyrimidines ne font pas l’objet d’autant d’anomalies.
I. Définition
Il existe des bases libres (ou bases propres) : les bases puriques et pyrimidiques, mais aussi des bases
combinés : les nucléosides et les nucléotides.
II. Rôles biologiques : constituant cellulaires
essentiels
Ce sont des molécules importantes puisqu’elles entrent dans la constitution d’un grand de molécules
essentielles à l’organisme : les acides nucléiques (ADN et ARN).
D’autre part, elles permettent la mise en réserve d’énergie sous forme d’ATP, nécessaire pour le
mécanisme cellulaire.
Enfin, elles sont retrouvées dans la composition de coenzymes indispensables au fonctionnement de
certaines enzymes.
Elles ont d’autres fonctions :
 Précurseurs métaboliques
 Messagers de la signalisation cellulaire (via l’AMPc et le GMPc) : ce sont des médiateurs
métaboliques.
 Effecteurs allostériques (rôle moins important)
Ce qu’il faut surtout retenir, c’est que le métabolisme des bases puriques est impliqué dans de nombreuses
pathologies congénitales ou acquises. Par ailleurs, ce sont des constituants de certains médicaments,
notamment d’agents thérapeutiques antirétroviraux.
III. Caractéristiques structurales
A.
Les bases libres
Ce sont des composés azotés, hétérocycliques et aromatiques.
1. Bases puriques
a. Noyau purine
b. Bases dérivées
Il est important de connaitre les bases puriques impliquées dans la synthèse d’ADN et d’ARN :
Adénine (NH2 en C6)
Guanine (NH2 en C2 et OH en C6)
6-amino-purine
2-amino-6-hydroxy-purine
Il existe d’autres bases puriques :
Hypoxanthine
Xanthine
6-hydroxy-purine
2,6-dihydroxy-purine
Acide urique
2,6,8-trihydroxy-purine
Ce sont des intermédiaires et des dérivés de ces molécules. Certains médicaments agissent à différents
endroits de leur métabolisme.
2. Bases pyrimidiques
a. Noyau pyrimidine (N en C1 et en C3)
b. Bases dérivées
Il y a 3 bases dérivées :
Cytosine (ADN et ARN)
Uracile (ARN)
2-hydroxy-4-aminopyrimidine
2,4-dihydrocy-pyrimidine
B.
Thymine (ADN)
5-méthyl-uracile
Bases combinées
1. Nucléosides
Association d’une base et d’un sucre (pentose).
Dans la logique biologique, l’ADN est 100 fois plus stables que l’ARN. En effet, l’ADN est le support de
l’information génétique, il doit donc perdurer au cours des générations. L’ARN quant à lui est temporaire.
2. Nucléotides
C’est un nucléoside avec un acide phosphorique ajouté à l’extrémité du sucre.
IV. Caractéristiques métaboliques.
A.
Purines et pyrimidines.
Elles sont indispensables aux cellules. La vie n’est pas possible si elles sont absentes (exemples : ADN et
ARN).
B.
L’approvisionnement
mécanismes.
se
fait
selon
deux
Capacité de double approvisionnement :
 Recyclage et alimentation
 Biosynthèse de novo
1. Recyclage des bases libres.
C’est la voie d’épargne. Le recyclage se fait après destruction de l’ADN et de l’ARN. Ce mécanisme
comprend également l’apport alimentaire des purines et des pyrimidines (facultatif car il existe une
biosynthèse de novo).
2. Biosynthèse
précurseurs.
de
nucléotides
à
partir
de
C’est la biosynthèse de novo. Intervient si le mécanisme précédent n’est pas assez efficace. Cependant,
ce n’est pas le mécanisme privilégié par l’organisme : il est coûteux en énergie.
La vie cellulaire est impossible s’il y a carence de ces molécules.
C.
Schéma général du métabolisme.
On a un recyclage des nucléotides d’origine alimentaire et d’origine endogène, ainsi qu’une synthèse de
novo.
La synthèse de novo se fait à partir d’AA et de petites molécules simples (précurseurs), mais ce
mécanisme est coûteux en énergie, il est donc utilisé le moins possible.
Les nucléotides sont dégradés en nucléosides puis en bases libres. Ces dernières sont soit réinjectées dans
le métabolisme (voie d’épargne), soit éliminées dans les urines.
L’acide urique (AU) peut provoquer des crises de gouttes en cas de mauvaise élimination urinaire, c’est
pourquoi son dosage est fréquent.
Métabolisme des purines
I. Biosynthèse des ribonucléotides (RNT) puriques.
A.
Biosynthèse de novo.
1. Généralités
Surtout dans le foie, par les cellules hépatiques. Elle est très coûteuse en énergie et produit directement
des nucléotides. Il est plus intéressant de les apporter par l’alimentation.
Au niveau de cette synthèse, on a des RNT (ARN) synthétisés en premier, puis une enzyme va intervenir
pour les transformer en dRNT correspondant.
1.
2.
3.
4.
5.
Voie à localisation hépatique prépondérante.
Cytosolique
Consommatrice d’énergie
Production directe de nucléotide
La Biosynthèse de RNT précède celle des désoxy RNT (dRNT) correspondant.
2. Schéma général : 2 segments.
On a un tronc commun (1er secteur), qui part du ribose et qui comprend 2 intermédiaires :
 AIR
 IMP
Suite à ce tronc commun, on a deux voies différentes :
 Une pour l’adénine, qui aboutit à une production d’ATP.
 Une pour la guanine, qui aboutit à une production de GTP.
Ces 2 voies font partie du segment de transformation (2ème secteur).
3. Régulation de la biosynthèse de novo : à 2
niveaux.
a. Phosphorylosyl pyrophosphate (PRPP) amidotransférase :
Cette enzyme catalyse une réaction limitante au début du tronc commun. Elle régule l’ensemble du
métabolisme des bases puriques.
L’enzyme est inhibée par un feedback négatif (rétrocontrôle négatif par régulation allostérique) si une
base est en excès :
 D’une part par l’AMP, ADP, ATP
 D’autre part par le GMP, GDP, GTP
Ce contrôle s’exerce sur le tronc commun, il règle l’abondance absolue en nucléotides puriques dans
l’organisme.
b. Activation de la voie adénylique ou guanylique :
Activation ou non des synthèses respectives, le but de l’organisme est de maintenir un équilibre entre ces
deux bases :
 Un excès d’ATP active la synthèse de GMP (voie guanylique).
 Un excès de GTP active la synthèse d’AMP (voie adénylique).
Cette régulation fait que la disponibilité des deux bases est toujours identique.
D’autre part, l’AMP et le GMP inhibent leur propre production (rétroinhibition). L’objectif de cette
boucle de rétroinhibition est d’avoir toujours autant d’adénine que de guanine disponibles dans
l’organisme (répercussions dans l’ADN : quantités d’adénine et de guanine identiques).
C’est donc un dispositif réciproque qui équilibre l’abondance relative des nucléotides puriques (maintien
de la balance ATP-GTP). Cet équilibre peut être mis en défaut lors des pathologies.
Enfin, AMP, ADP, ATP, GMP, GDP et GTP inhibent la PRPP amido transférase, limitant ainsi la
production d’AIR, pour éviter la fatigue organique due à la synthèse de novo s’il y a un apport alimentaire
suffisant.
Schéma de la régulation.
B.
Biosynthèse selon la voie d’épargne.
1. Biosynthèse en un seul temps.
a. Mécanisme.
A partir de PRPP et d’une base purique, il y a formation d’un pyrophosphate et d’une purine
ribonucléotide, grâce à l’enzyme purine phosphate ribosyl transférase. Cette réaction est réversible.
Il y a transfert d’un ribose phosphate sur la base purique.
b. Deux enzymes apparentées.
Deux enzymes travaillent dans cette voie :
 APRT : adénine phosphate ribosyl transférase :
Adénine  AMP
 HGPRT : hypoxanthine guanine phosphate ribosyl transférase :
Hypoxanthine  IMP
Guanine  GMP
A retenir : Un déficit de cette enzyme est à l’origine de la maladie de Lesch Nyhan.
2. Biosynthèse en deux temps.
a. Mécanisme
A partir de ribose-1-phosphate et d’une base purique, il y a formation de phosphate et de purine
ribonucléoside grâce à la puirne nucléoside phosphorylase (PNP). Cette réaction est réversible.
La purine ribonucléoside ainsi formée réagit avec l’ATP via la purine nucléoside kinase (PNK) pour
former une purine ribonucléotide et de l’ADP. Cette réaction est réversible.
Il y a d’abord transfert d’un ribose sur la base purique, puis ajout d’un phosphate au robinucléoside
formé, de façon à obtenir un ribonucléotide.
b. Substrats.
Hypoxanthine  inosine  IMP
Guanine  guanosine  GMP
Efficacité de la voie d’épargne : récupération de 90% des purines libres.
II. Biosynthèse des dRNT puriques.
A.
Caractéristiques.
1. Implique la réduction en 2’ du ribose.
2. La biosynthèse part du ribonucléoside (RNS) diphosphate.
3. Elle est catalysée par un complexe enzymatique comportant :
a. La thioréduxine (Trx)
Elle peut se présenter sous 2 formes :
Oxydée (disulfure)
Réduite (di-thiol)
b. Deux enzymes associées


La RNS diphosphate réductase
La thioréduxine réductase
c. Un coenzyme : le NADPH+H+
Ce coenzyme apporte les protons nécessaires à la réduction de la thioréduxine oxydée.
Ce complexe enzymatique est dit accepteur de protons.
B.
Mécanisme.
Si la boucle est déficitaire, il y a alors synthèse d’ARN mais pas d’ADN.
III. Catabolisme des nucléotides puriques.
C’est une voie d’interconversion : système qui permet le passage d’une base purique à une autre.
A.
1.
2.
3.
4.
5.
Système enzymatique.
5’ nucléotidase (phosphatase)
Nucléosidase
Nucléoside phosphrylase (NP)
Désaminase
Xanthyne oxydase (XO) : importante pour la pthologie associée à cette enzyme.
La XO permet la synthèse de déchets organiques (AU). L’acide urique est dosé dans 1 ionogramme sur 4,
ce dosage n’est pas systématique à cause de son coût.
B.
Les voies cataboliques
En bas du schéma, l’acide urique constitue le déchet commun aux voies cataboliques.
L’acide urique augmente :
 Soit quand il y a une destruction trop importante de cellules (exemple : en cas de leucémie : fièvre
et taux d’AU trop fort  agir sans tarder).
 Soit quand il y a une consommation trop importante d’aliment riche en acide urique.
Une augmentation d’AU peut être retrouvée dans de nombreuses pathologies.
IV. Anomalies du métabolisme des purines.
Plus nombreuses que chez les pyrimidines.
A.
Les hyperuricémies primaires
1. La goutte commune
a. Manifestations cliniques
1. Crise de goutte aiguë :
 Arthrite aiguë (articulation métatarso-phalangienne)
 Présence de cristaux d’urate de sodium
C’est une pathologie fréquente qui se traduit par de l’arthrite (douleurs articulaires aiguës) provoquée par
des cristaux d’urate de sodium. Ces cristaux se présentent sous forme d’aiguilles, ce qui provoque
l’éclatement des globules blancs qui viennent les détruire.
2. Goutte latente.
3. Goutte chronique tophacée :
 Rhumatisme goutteux
 Lithiase urinaire urique : on retrouve des cristaux dans les urines
 Tophi : ce ne sont pas des caramels mais une accumulation de cristaux d’urate sous la
peau.
b. Manifestations biochimiques
Si on dose différents paramètres chez un patient, on voit :
1. Une hyperuricémie :
Référence :
 Homme : 330 60 micromoles/litre
 Femme : 270 60 micromoles/litre
2. Une hyperuraturie (uricurie, inconstante) : excrétion urinaire importante d’AU jusqu’à avoir des
cristaux dans les urines.
Il y a une prédisposition génétique à la crise de goutte, mais aussi une influence de l’alimentation.
c. Mécanisme pathologique.
Il y a un déséquilibre entre :
1. Une production de novo trop forte d’AU
2. Une excrétion urinaire d’AU (= uraturie) constante et non proportionnelle à la production.
La production d’AU est donc trop élevée par rapport à son éxcrétion.
d. Moyens thérapeutiques
1. Médicaments pour enrayer la crise douloureuse : colchicine (anti-inflammatoire articulaire),
sédatifs et antalgiques.
2. Traitements hypo-uricémiant :
 Conseils diététiques : augmentation des apports hydriques pour augmenter la diurèse et
régime alimentaire adapté, limitant les aliments riche en noyau purine.
 Uricosurique : inhibant la réabsorption tubulaire de l’AU, donc favorisant son éxcrétion
urinaire.
 Uricolytique (uricase, urate oxydase, uricozyrine ( ?)) : pour détruire les cristaux d’urate.
 Inhibiteur de l’uricosynthèse (allopurinol, zyloric) : pour bloquer la synthèse d’AU.
Les médicaments administrés sont des analogues structuraux des molécules vues précédemment :
exemple : l’allopurinol, analogue structural de l’hypoxanthine.
Alloxanthine : inhibiteur compétitif de la XO, elle bloque la production d’AU.