Les nucléosides triphosphates (NTP), constitués d’une base azotée, d’un pentose et de trois groupes phosphate, sont des molécules riches en énergie indispensables à la synthèse des acides nucléiques, au métabolisme énergétique et à la signalisation cellulaire.
2. Les NTP sont des polyacides forts qui peuvent libérer 4 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.
a. Le CTP est un précurseur des ARN : il est utilisé par l’ARN polymérase pour incorporer un résidu de cytosine (CMP) lors de la transcription de l’ARN.
Le CMP est incorporé dans le brin d'ARN à l'extrémité 3'.
L’hydrolyse du pyrophosphate (PPi) déplace l’équilibre de la réaction vers la droite, favorisant ainsi l’incorporation du nucléotide dans la chaîne d’ARN.
Remarque : le dCTP est un précurseur pour des médicaments :
anticancéreux comme la cytarabine ou la gemcitabine, qui miment la cytidine, s'incorporent dans l'ADN et inhibent la synthèse nucléotidique ce qui entraine la mort cellulaire.
analogues antiviraux comme la lamivudine et l'emtricitabine, qui sont des inhibiteurs compétitifs des transcriptases inverses, enzymes qui transcrivent l'ARN viral en ADN et qui s'incorporent dans l'ADN de l'hôte et entraînent une terminaison prématurée de la chaîne.
À base d'uracile
Les nucléosides pyrimidiques triphosphates à base d'uracile sont :
Par exemple, l’UTP active le plus souvent le glucose-1-phosphate en UDP-glucose, un intermédiaire clé dans la synthèse des sucres activés, impliqué dans :
Remarque : la ribothymidine-triphosphate (rTTP) ou 5-méthyluridine-triphosphate (M5UTP) est un nucléotide théorique ou artificiel qui n’existe pas naturellement chez les organismes vivants, i.e. aucune ARN polymérase connue n’accepte rTTP comme substrat.
ADN polymérase et désoxyribonucléotides triphosphates
(Figure : vetopsy.fr)
Nucléosides puriques triphosphates
À base d'adénine
Les nucléosides puriques triphosphates à base d'adénine sont :
a. Son rôle principal est d'être utilisée par les ADN polymérases pour incorporer un résidu de désoxyguanosine (dGMP) dans un brin d'ADN nouvellement synthétisé.
b. Elle intervient aussi :
dans la réparation de l'ADN, i.e. excision, recombinaison, où elle sert à restaurer la séquence correcte,
dans une bien moindre mesure que l'ATP et le GTP, dans la signalisation cellulaire ou dans la régulation d'enzymes.
Par exemple, elle agit comme effecteur allostérique de la ribonucléotide réductase (RNR), afin de maintenir un pool équilibré de dNTP et d’éviter des erreurs lors de la réplication.
À base d'autres bases puriques
Les nucléosides pyrimidiques triphosphates à base d'autres bases puriques sont les suivants.
a. Il est produit par désamination de l'adénine de l’ATP, notamment dans des conditions de stress oxydatif ou d’instabilité métabolique.
b. Il peut être incorporé par erreur dans l’ADN ou l’ARN, ce qui est potentiellement mutagène.
L’organisme dispose de mécanismes de surveillance, notamment via l’inosine triphosphate pyrophosphatase (ITPase), i.e. EC 3.6.1.9, qui hydrolyse l’ITP en IDP pour éviter son incorporation erronée dans les acides nucléiques.
$\ce{ITP}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{IMP + PI}$
Une déficience en ITPase peut entraîner l’accumulation d’ITP, ce qui peut avoir comme conséquence une augmentation du risque de dommages génétiques, avec des implications possibles dans certaines pathologies ou sensibilités médicamenteuses.
2. La désoxyinosine-triphosphate (dITP) est générée par désamination du dATP, qui peut être spontanée ou enzymatique par les désaminases.
Les ADN polymérases peuvent l’incorporer dans l’ADN à la place d’ATP, ce qui provoque des mutations de type A ➞ G, à l'origine de blocages ou d’instabilités génomiques.
3. La xanthosine-triphosphate (XTP), dérivé de la xanthine, est un nucléotide qui peut apparaître par désamination spontanée du GTP ou par son oxydation par les ROS, ou par des phosphorylations accidentelles.
XTP doit être éliminée par l'ITPase pour éviter son incorporation dans l’ADN ou l'ARN, protégeant ainsi la cellule.
énergie libre ou énergie de Gibbs) d'environ -3,4 kJ.mole-1, insuffisante pour permettre le transfert spontané de phosphate.
