Nucléotides
Nucléosides monophosphates (NMP)

Structure des nucléosides monophosphates

1. Les nucléosides monophosphates (NMP) 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. d'un groupe phosphate.

2. L'ion phosphate en lui-même de formule brute $\ce{-PO4^3-}$ comprend un atome de phosphore central entouré par quatre atomes d'oxygène formant un tétraèdre et contient trois charges négatives.

a. Le groupe phosphate ($\ce{PO4^{3-}}$) est lié par une liaison ester à un groupe hydroxyle ($\ce{-OH}$) de l'ose, généralement sur le carbone 5' (C5') du pentose ou sur C3'.

Les nucléotides sont donc des esters phosphoriques des nucléosides.

b. Ces NMP ne peuvent pas phosphoryler d’autres molécules car cette réaction n’est pas énergétiquement favorable.

Le potentiel de transfert de groupe phosphate est trop faible, i.e. $\ce{\Delta G'0}$ (énergie libre ou énergie de Gibbs) d'environ -3,4 kJ.mole^-1, contre -30,5 kJ.mole^-1 pour les liaisons phosphoanhydrides.

c. La présence de deux groupes hydroxyle ($\ce{-OH}$) non estérifiés sur le phosphate lui-même lui confère un caractère acide, ce qui explique leur nom : acide adénylique, acide guanylique…

4. Les nucléotides les plus couramment rencontrés sont les nucléotides-3' et les nucléotides-5'.

a. On peut trouver aussi des nucléotides 2', 3' ou cycliques 2,3', formés temporairement lors de l'hydrolyse alcaline des ARN.

• Ces formes cycliques résultent d’une liaison ester phosphorique intramoléculaire entre les groupes hydroxyles en position 2’ et 3’ du ribose.
• Cette cyclisation est possible car les deux groupes OH sont en configuration " cis " sur l’anneau du ribose, i.e. ils pointent dans la même direction.
• Ces intermédiaires instables peuvent ensuite être hydrolysés pour donner des nucléotides simples estérifiés soit en 2’, soit en 3’.

b. On trouve également des nucléotides cycliques 3'5' stables comme l'AMP cyclique 3’,5’ (AMPc), second messager dans de nombreuses voies de signalisation.

La liaison cyclique implique deux hydroxyles du pentose, généralement en 3’ et 5’, tous deux estérifiés par le même groupe phosphate.

Nucléosides monophosphates les plus courants

Les nucléosides monophosphates les plus courants sont les suivants.

Nucléosides pyrimidiques monophosphates

1. Les nucléosides monophosphates à base de cytosine sont :

• la cytidine-monophosphate (CMP) ou acide cytidilique, dans l'ARN,
• la désoxycytidine-monophosphate (dCMP) ou acide désoxycytidilique, dans l'ADN.

Remarque : des CMP-oses, comme CMP-Neu5Ac, i.e. CMP-acide N-acétylneuraminique, entrent dans la synthèse de structures complexes comme les glycoprotéines ou les polysaccharides ( nucléotides-oses).

2. Les nucléosides monophosphates à base d'uracile sont :

a. l'uridine-monophosphate (UMP) ou acide urydilique, présente dans l'ARN.

Remarque : ΨMP correspond au nucléotide monophosphate de la pseudouridine lorsqu’elle est intégrée dans l’ARN.

b. la désoxyuridine-monophosphate (dUMP) ou acide désoxyurydilique, est un intermédiaire métabolique dans la synthèse des désoxyribonucléotides, notamment du dTMP (synthèse du dTMP),

• Cette voie est différente de la synthèse des autres désoxyribonucléotides qui s’effectue directement sur les nucléosides diphosphates par la ribonucléotide réductase (RNR).
• En effet, il n’existe pas de ribonucléotide naturel contenant de la thymine, i.e. pas de TDP ou TTP d’origine ribosique.

3. Les nucléosides monophosphates à base de thymine sont :

• la thymidine-monophosphate (TMP ou dTMP) ou acide désoxythymidylique dans l'ADN principalement.

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

• la ribothymidine-monophosphate (rTMP) ou 5-méthyluridine-monophosphate (M⁵UMP) ou acide thymidylique, qui contient du ribose, est rare et se rencontre dans certains ARN de transfert (ARNt).

Nucléosides puriques monophosphates

À base d'adénine

Les nucléosides puriques monophosphates à base d'adénine comprennent les nucléotides suivants.

1. L'adénosine-monophosphate (AMP) ou acide adénylique joue un rôle important dans de nombreux processus métaboliques cellulaires.

Remarque : contrairement à l'ATP ou à l'ADP, l'AMP ne possède pas de liaison phosphoanhydride (ou pyrophosphate).

2. L'adénosine monophosphate cyclique (AMPc) est un second messager dans les voies de signalisation cellulaire.

3. La désoxyadénosine-monophosphate (dAMP) ou acide désoxyadénylique est présente dans l'ADN.

À base de guanine

Les nucléosides puriques monophosphates à base de guanine comprennent les nucléotides suivants.

1. La guanosine-monophosphate (GMP) ou acide guanylique, dans l'ARN, joue un rôle structurel dans la synthèse de l’ARN et dans le métabolisme des purines.

2. La guanosine-monophosphate cyclique (GMPc) joue un rôle dans :

• la transduction du signal, i.e. voies hormonales, vasodilatation via le NO,
• la régulation de canaux ioniques,
• la vision (photorécepteurs)…

Remarque : la di-guanosine-monophosphate cyclique (di-GMPc) est un second messager utilisé uniquement par les bactéries.

3. La désoxyguanosine-monophosphate (dGMP) ou acide désoxyguanylique est présente dans l'ADN.

À base d'autres bases puriques

On trouve des nucléosides puriques monophosphates à base d'autres bases puriques.

1. L'inosine-monophosphate (IMP) ou acide inosidique, formé à partir de l'hypoxanthine, est le nucléotide purique de base formé par la voie de novo, à partir duquel sont produits l'AMP et le GMP.

2. La xanthosine-monophosphate (XMP) ou acide xanthylique est un nucléotide purique intermédiaire dans la biosynthèse du GMP par l’IMP ( étape 1), mais n'est pas produit directement à partir de la xanthine.

Nucléosides diphosphates (NDP)