Les pyrimidines

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.
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
Cytosine : 2 oxy 4 amino pyrimidine
Thymine : 2,4 dioxy méthyl pyrimidine
2. Bases pyrimidiques de l’ARN
Cytosine : 2 oxy 4 amino pyrimidine
Uracile : 2,4 dioxypyrimidine
Ces bases sont associées à un sucre à 5 carbones formant un nucléoside
N
HC NCH
CH
H
C
1
2
345
6
N
N
N
CN
H
CH
CH
C
O
NH2
1
2
345
6
HN
CN
H
CH
C
C
O
O
CH3
1
2
34
6
5
N
CN
H
CH
CH
C
O
NH2
1
2
345
6
HN
CN
H
CH
CH
C
1
2
345
6
O
O

le ribose dans l’ARN
le déoxyribose dans l’ADN
L’association base + sucre + ester phosphate (sur C5 du ribose) donne un nucléotide.
nucléobase
nucléoside
nucléotide
ARN
cytosine
cytidine
cytidilate
CMP
uracile
uridine
uridylate
UMP
ADN
cytosine
déoxycytidine
déoxycytidilate
dCMP
thymine
déoxythymine
deoxythymidilate
dTMP
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.
L’acide aspartique donnera naissance à
C4, C5, C6 et N1.
C2 vient du CO2.
N3 vient de la gluatmine.
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.
O
OH
H H
OH
H
OH
CH2OH
H
1
2
5
O
OH
H H
H
H
OH
CH2OH
H
1
2
N
HC NCH
CH
H
C
1
2
345
6
acide aspartique
CO2
Glutamine

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.
L’ACTase subit une régulation allostérique comprenant deux effecteurs, l’un purique et
l’autre pyrimidique :
Vitesse de la réaction
[aspartate]
 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.
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.
COOH
CH NH2
(CH2)2
C
O
NH2
COOH
CH NH2
(CH2)2
C
O
OH
NH2
C
O O P
O
O-
O-
Carbamyl Phosphate
Synthétase
a. Glutamique
CO2
Glutamine Carbamyl Phosphate
Pi
2 ATP 2 ADP
NH2
C
O O P+H2NCH
COO-
CH2
COO-
N
HCH
COO-
CH2
COO-
C
O
H2N
Carbamyl Phosphate Aspartate Carbamyl aspartate
Aspartate
transcarbamylase
N
HCH
COO-
CH2
COO-
C
O
H2N
Carbamyl aspartate
H2O
HN
CN
H
CH
CH2
C
O
O
COO-
Dihydro orotate
dihydro orotase
1
2
3

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.
5. Cinquième étape : formation de l’OMP.
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.
Le deuxième complexe multifonctionnel , catalysant les étapes 5 et 6 est appelé UMP
synthétase.
HN
CN
H
CH
CH2
C
O
O
COO-
Dihydro orotate
NAD+NADH + H+
dihydro orotate
déshydrogénase
HN
CN
H
C
CH
C
O
O
COO-
Orotate
O
OH OH
P-O-CH2
O-P-O-P
HN
CN
H
C
CH
C
O
O
COO-
HN
CNC
CH
C
O
O
COO-
O
OH OH
P-O-CH2
OH
PRPP
transférase
PP
PRPP
Orotate
Orotidine 5' monophosphate
(OMP)
ou acide orotidylique
HN
CNCH
CH
C
O
O
O
OH OH
P-O-CH2
OH
Uridine 5' monophosphate
(UMP)
ou acide uridylique
+ CO2

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 :
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 :
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.
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.
UMP
ATP
UDP
kinase
ATP
UTP
kinase
Glutamine Glutamate
ATP ADP + Pi
CTP Cytidine triphosphate
NADPH + H+
NADP+
FAD
FADH + H+TR S
S
TR SH
SH
TSH
SH
TSH
SH
RR S
S
RR SH
SH Ribonucléotide diP
Déoxy ribonucléotide diP
Thioredoxine réductase Thioredoxine Ribonucléotide réductase
UDP dUDP
RR dUMP gain de CH3(d)TMPThymidine monophosphate
Pi