Nucléotide
Ne doit pas être confondu avec Nucléoside.
Un nucléotide est une molécule organique composée d'une base azotée (ou base nucléique), d'un ose à cinq atomes de carbone (pentose), dont l'association forme un nucléoside, et enfin de un à trois groupes phosphate.
L'adénosine triphosphate, dite ATP, est un nucléotide dont l'hydrolyse sous forme d'ADP et de phosphate libère une quantité d'énergie utilisée dans l'activité de la cellule. Plus généralement les nucléotides, sous la forme de dNTP (ATP, GTP, CTP, UTP), jouent un rôle central dans le métabolisme. Ils participent également à la signalisation cellulaire. Certains sont des cofacteurs ou coenzymes de réactions biochimiques.
Les nucléotides sont aussi les éléments de base des acides nucléiques (ADN et ARN). La diversité des nucléotides est une indication du degré de polymorphisme ou de variation génétique au sein d'une population. Elle est calculée à partir de séquences d'ADN ou estimée à partir de marqueurs moléculaires[1].
Structure
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Un nucléotide est composé de trois parties :
- une base azotée variable en fonction du type de nucléotide (purine ou pyrimidine) fixé à l'atome de carbone 1' du désoxyribose ;
- un sucre à cinq atomes de carbone (pentose), désoxyribose pour l'ADN et ribose pour l'ARN ;
- un groupe phosphate (ou acide phosphorique), identique pour les nucléotides de l'ADN et de l'ARN, fixé sur l'atome de carbone 5' du désoxyribose, (et à l'atome de carbone 3' du désoxyribose du nucléotide suivant)[2].
Les nucléotides sont appelés ribonucléotides si le sucre est du ribose, ou des désoxyribonucléotides si le sucre est du désoxyribose.
Voie métabolique de formation
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– N1 est issu du groupe amine de l'acide aspartique
– C2 et C8 sont issus du formiate
– N3 et N9 sont issus du groupe amide de la glutamine
– C4, C5 et N7 sont issus de la glycine
– C6 est issu de l'hydrogénocarbonate (HCO3−).
In vivo, les nucléotides peuvent être synthétisés de novo, ou recyclés par des voies de recyclages. Les nucléotides subissent une dégradation de telle sorte que des parties utiles peuvent être réutilisées dans des réactions de synthèse pour créer de nouveaux nucléotides. Le foie est le principal organe de la synthèse de novo des quatre nucléotides.
Les composants utilisés dans la synthèse nucléotidique de novo sont dérivés de précurseurs biosynthétiques du métabolisme des glucides et des acides aminés, ainsi que de l'ammoniac et du dioxyde de carbone. La synthèse de novo des pyrimidines et des purines suit deux voies différentes.
- Les pyrimidines sont d'abord synthétisées à partir d'aspartate et de carbamyl-phosphate dans le cytoplasme, jusqu'à la structure cyclique précurseur commune de l'acide orotique, sur laquelle une unité ribosyle phosphorylée est liée de manière covalente.
- Cependant, les purines sont d'abord synthétisées à partir de la matrice de sucre sur laquelle la synthèse cyclique se produit.
Pour référence, les synthèses des nucléotides purine et pyrimidine sont réalisées par plusieurs enzymes dans le cytoplasme de la cellule, et non au sein d'un organite spécifique.
Nucléotides dans l'ADN et l'ARN
modifierLes nucléotides constituent l'élément de base d'un acide nucléique tels que l'ADN ou l'ARN. Ces deux types sont respectivement constitués uniformément de désoxyribose et de ribose, la base azotée étant en revanche variable.
Le sucre (ou ose, plus précisément ici un pentose) présent dans l’ADN est le β-D-2'-désoxyribose. Le préfixe « désoxy » signifie qu’il y a un groupe hydroxyle (-OH) en moins. En fait, sur la position 2 de tous les sucres composant l’ADN, l'hydroxyle est remplacé par un atome d'hydrogène (H). En revanche, l'hydroxyle demeure présent dans l’ARN, où l'ose est le ribose.
Les nucléotides sont liés les uns aux autres par des liaisons phosphodiester. L’enzyme assurant la liaison est l'ADN-polymérase dans le cas de l'ADN, qui duplique un brin existant d'ADN, et l'ARN-polymérase pour l'ARN, qui crée un brin d'ARN à partir d'un modèle d'ADN.
Puisque les phosphates et les sucres sont toujours les mêmes dans un acide nucléique donné, la nature du nucléotide est déterminée par la base nucléique qu’il contient. La séquence d'un brin d'ADN ou d'ARN peut donc se résumer à la succession des bases nucléiques présentes. Les cinq principaux nucléotides sont nommés selon leur base nucléique.
On trouve quatre bases nucléiques dans l'ARN : l'adénine, la guanine, la cytosine et l'uracile.
L'ADN est constitué de quatre désoxyribonucléotides différents correspondant à quatre bases nucléiques différentes :
- la dAMP, dont la base nucléique est l'adénine (A), une purine ;
- la dGMP, dont la base nucléique est la guanine (G), une purine ;
- la TMP[a], dont la base nucléique est la thymine (T), une pyrimidine ;
- la dCMP, dont la base nucléique est la cytosine (C), une pyrimidine.
Ils ont la particularité de s'unir deux à deux par complémentarité :
- la dAMP (adénine) avec le TMP (thymine) en établissant deux liaisons hydrogène ;
- la dCMP (cytosine) avec le dGMP (guanine) en établissant trois liaisons hydrogène.
L'ARN est constitué de quatre ribonucléotides différents correspondant à quatre bases nucléiques différentes :
- l'AMP, dont la base nucléique est l'adénine (A) ;
- la GMP, dont la base nucléique est la guanine (G) ;
- l'UMP, dont la base nucléique est l'uracile (U), une pyrimidine, il remplace le TMP qui n'apparaît que dans l'ADN ;
- la CMP, dont la base nucléique est la cytosine (C).
L'UMP s'apparie avec l'adénosine monophosphate (AMP).
La biologie de synthèse crée des nucléotides artificiels formant des paires de bases non naturelles à l'origine d'un code génétique étendu (en)[3].
ATP
modifierL'adénosine triphosphate, ou ATP, est un nucléotide de stockage de l'énergie dans les cellules vivantes. Cette énergie est libérée par hydrolyse des groupements phosphates.
Analogues des nucléotides
modifierComme pour les analogues de nucléosides, certaines molécules ont été synthétisées comme médicaments, constitués d'un nucléoside et d'un ou plusieurs groupes phosphates. Parmi ces molécules, on peut citer le sofosbuvir prescrit pour le traitement de l'hépatite C.
Codes IUPAC
modifierL'IUPAC a défini les codes suivants pour représenter les nucléotides des acides nucléiques et désoxyribonucléiques séquencés :
Notes et références
modifier- ↑ Les termes désoxythymidine et thymidine sont synonymes, de sorte que les nucléotides TMP, TDP et TTP sont des désoxynucléotides, dont les ribonucléotides correspondants sont les 5-méthyluridines ou ribothymidines, mono-, di- et triphosphate.
- ↑ (en) K. K. Kanaka, Nidhi Sukhija, Rangasai Chandra Goli, Sanjeev Singh, Indrajit Ganguly, S. P. Dixit et al., « On the concepts and measures of diversity in the genomics era », Current Plant Biology (d), vol. 33, , article no 100278 (DOI 10.1016/j.cpb.2023.100278
). - ↑ Bolsover S., Hyams K, Shephard E, White H. & Wiedeman C. (2006). Biologie moléculaire et cellulaire, Dunod.ed. 2e éd., trad. Cell Biology, a short course, second édition, John, Wiley & Son Inc., chapitre 4.
- ↑ (en) Denis A. Malyshev, Kirandeep Dhami et col, « A semi-synthetic organism with an expanded genetic alphabet », Nature, no 509, 15 mais 2014, p. 385-388 (DOI 10.1038/nature13314)
Voir aussi
modifierArticles connexes
modifierLiens externes
modifier- Ressources relatives à la santé :
- Notices dans des dictionnaires ou encyclopédies généralistes :
- ACNUC, outil de gestion et distribution des données des 3 grandes collections internationales de séquences nucléotidiques (GenBank et EMBL) ou protéiques (UniProtKB), maintenue par l'unité CNRS/UMR5558 (consulter la base de données)
