Nucléotides
Nucléosides diphosphates (NDP)

Structure des nucléosides diphosphate

1. Les nucléosides diphosphates (NDP) sont composés :

a. d'une base hétérocyclique azotée ou nucléobase, responsable des propriétés d’appariement et de reconnaissance moléculaire dans les acides nucléiques :

• 

  soit une base purique, l'adénine (A) ou la guanine (G) principalement,
• soit une base pyrimidique, la cytosine (C), la thymine (T) spécifique à l'ADN, ou l'uracile (U) spécifique à l'ARN.

b. d'un pentose, ose à 5 carbones,

• ribose pour les ribonucléotides,
• désoxyribose pour les désoxyribonucléotides.

c. de deux groupes phosphate.

2. Les NDP sont des polyacides forts qui peuvent libérer 3 protons (acides polyprotiques).

a. Une liaison phosphoester (ou ester phosphate) relie le phosphate α à l'oxygène 5' du ribose ou du désoxyribose.

L'hydrolyse de cette liaison phosphoester libère $\ce{\Delta G'0}$ (énergie libre ou énergie de Gibbs) d'environ -3,4 kJ.mole^-1, insuffisante pour permettre le transfert spontané de phosphate.

b. une liaison phosphoanhydride (ou pyrophosphate) qui relie les phosphates α et β, qui font des NDP des composés " riches en énergie ".

L'hydrolyse de cette liaison libère -30,5 kJ.mole^-1.

Remarque : les phosphates sont désignés depuis le ribose vers l'extérieur par les lettres grecques α (alpha) et β (bêta).

Nucléosides diphosphates (NDP)

Les nucléosides diphosphates, à deux groupes phosphate, les plus courants sont les suivants.

Nucléosides pyrimidiques diphosphates

À base de cytosine

Les NDP à base de cytosine sont :

• la cytidine-diphosphate (CDP) ;
• la désoxycytidine-diphosphate (dCDP) ;

1. Ces composés interviennent notamment dans la synthèse de structures complexes comme les glycoprotéines, les polysaccharides ou certains phospholipides membranaires.

2. Le CDP est impliqué dans :

a. l'activation de certains oses ou dérivés,

• Par exemple, le CDP-ribitol est un exemple de dérivé d'ose activé.
• Le ribitol est un pentose-alcool issu de la réduction du ribose, et non un ose, utilisé notamment dans la synthèse de glycoprotéines et la biosynthèse de composants de la paroi cellulaire chez certaines bactéries, comme le CDP-glucose.

b. dans la synthèse des glycérophospholipides des membranes cellulaires :

• le CDP-DAG (CDP-diacylglycérol) est impliqué dans la synthèse de la cardiolipine, phospholipide essentiel des membranes mitochondriales,
• la voie de la CDP-choline (voie de Kennedy) intervient dans la synthèse de la phosphatidylcholine et de la phosphatidyléthanolamine.

À base d'uracile

1. Les NDP à base d'uracile sont :

• l'uridine-diphosphate (UDP);
• la désoxyuridine-diphosphate (dUDP).

2. Les UDP-oses sont essentiels au métabolisme et interviennent :

a. comme donneur d'unités glycidiques lors de :

• la biosynthèse des osides,
• la glucurono-conjugaison traitée avec les acides uroniques,
• la glycosylation des protéines, traitée dans des chapitres spécifiques.

b. dans l'interconversion entre oses,

3. Le plus important est l'UDP-glucose pour le métabolisme ( rôles des nucléotides-oses).

Remarque : outre les processus précédents, il active le glucose lors de l'étape 4 de la glycogénogenèse pour permettre son incorporation dans la chaîne de glycogène.

4. De manière identique, on trouve d'autres nucléotides d'oses comme :

• d'autres UDP-oses comme l'UDP-galactose (UDP-Gal)…
• des UDP-dérivés d'oses comme l'UDP-acide glucuronique (UDP-GlcA) pour la glucuronoconjugaison.

À base de thymine

Les NDP à base de thymine sont :

• la thymidine-diphosphate (TDP ou dTDP), précurseur du TTP,

On emploie TDP ou dTDP, par souci de cohérence avec la nomenclature des autres nucléotides, bien que le pentose soit toujours le désoxyribose.

• la ribothymidine-diphosphate (rTDP) ou 5-méthyluridine-diphosphate (M⁵UDP) rare, est un dérivé de la ribothymidine retrouvée dans la boucle TΨC des ARN de transfert (ARNt), non impliquée dans la transcription.

Nucléosides puriques
diphosphates

À base d'adénine

Les nucléosides diphosphates à base d'adénine sont :

• l'adénosine-diphosphate (ADP),
• la désoxyadénosine-diphosphate (dADP),

1. L'ADP est un composé organique important dans le métabolisme et le flux énergétique des cellules vivantes qui peut être converti en ATP (adénosine triphosphate) ou en AMP (adénosine monophosphate).

a. En outre, l'ADP est incorporé dans d'autres composés biologiques.

Nom du composé	Type	Rôle biologique principal
ATP	Nucléotide triphosphate	Transport d'énergie Signalisation
NAD+/NADH	Cofacteur redox	Transferts d'électrons dans les voies métaboliques
NADP+/NADPH	Cofacteur redox	Métabolisme anabolique Stress oxydatif
FAD/FADH2	Cofacteur redox	Cycle de Krebs Chaîne respiratoire
Coenzyme A (CoA)	Cofacteur enzymatique	Transport de groupes acyle (acétyl-CoA…)
ADP-ribose	Dérivé de NAD+	Signalisation cellulaire Modifications post-traductionnelles
ADP-ribose cyclique (cADPR)	Second messager	Signalisation calcique (mobilisation du Ca++ à partir du RE)
ADP-actine	Complexe protéine–nucléotide	Dynamique des filaments d’actine Remodelage du cytosquelette
ADP-ribosylation	Modification post- traductionnelle	Réparation de l'ADN Régulation transcriptionnelle
Poly(ADP-ribose) (PAR)	Polymère d'ADP-ribose	Réponse au stress oxydatif et aux cassures de l'ADN
3′-Phospho- ADP-sulfate (PAPS)	Cofacteur sulfonateur	Donneur de sulfate dans les sulfatations

b. L'ADP intervient dans la signalisation par l'intermédiaire des récepteurs purinergiques P2Y.

2. La désoxyadénosine-diphosphate (dADP) est un intermédiaire dans le métabolisme des nucléotides désoxyribonucléotidiques.

Elle joue un rôle dans la régulation des pools de nucléotides nécessaires à la réplication et à la réparation de l'ADN.

À base de guanine

Les nucléosides diphosphates à base de guanine sont :

• le guanosine-diphosphate (GDP),
• le désoxyguanosine-diphosphate (dGDP), intermédiaire crucial dans la voie de biosynthèse des désoxyribonucléotides.

Les concentrations de dGDP (et des autres dNDP) participent à la régulation allostérique de la ribonucléotide réductase (RNR), pour équilibrer la production des dNTP selon les besoins de la cellule.

1. Le GDP, qui provient de l'hydrolyse du GTP par les GTPases, est essentiel à de nombreux processus biologiques.

a. La signalisation cellulaire, par le fonctionnement des protéines G qui agissent comme des interrupteurs moléculaires, est essentielle à :

• la transduction du signal comme dans les récepteurs couplés aux protéines G (GPCR),
• la migration cellulaire et d’autres fonctions régulées par les petites GTPases,
• la régulation de la croissance cellulaire…

b. la synthèse des protéines car le GDP est un sous-produit de la translocation du ribosome pendant la traduction.

La protéine EF-G, i.e. Elongation Factor G (chez les procaryotes) ou eEF2, i.e. eukaryotic Elongation Factor 2 (chez les eucaryotes) utilise du GTP pour faire avancer le ribosome.

c. le métabolisme par les GDP-oses, donneurs d'oses :

• dans la synthèse des polysaccharides, comme le GDP-glucose,
• dans la construction des glycoprotéines et des glycolipides,
  • par la N-glycosylation, comme le GDP-mannose (GDP-Man),
  • par la O-glycosylation par le GDP-fucose.

À partir d'autres bases puriques

Les nucléosides diphosphates à base d'autres bases puriques sont des intermédiaires métaboliques.

1. L'inosine-diphosphate (IDP), dérivée de l'hypoxanthine, est un intermédiaire métabolique rare, mais potentiellement impliqué dans certaines voies de dégradation ou de sauvetage des purines.

2. la xanthosine-diphosphate (XDP), dérivée de la xanthine, peut apparaître comme intermédiaire transitoire dans le métabolisme des purines, notamment lors de la dégradation ou de modifications enzymatiques de la guanosine ou de l’inosine.

Nucléosides triphosphates (NTP)