Nucléotides
Transformations
Phosphorylation des nucléotides (NMP ➞ NDP ➞ NTP)

Vue d'ensemble des phosphorylations des nucléotides

La conversion des nucléosides monophosphates (NMP) en leurs nucléosides triphosphates (NTP) correspondants s'effectue en deux étapes au cours desquelles le deuxième et le troisième groupe phosphate sont transférés successivement à partir de l'ATP.

Les réactions décrites dans cette page concernent uniquement la phosphorylation des nucléotides (NMP ➞ NDP ➞ NTP).

Transfert du groupe
phosphate sur les NMP

Les NMPK, Nucléosides MonoPhosphate Kinases, catalysent le transfert d'un groupe phosphate sur les nucléotides monophosphates (La famille des nucléosides monophosphate kinases : importance métabolique, structures et intérêts thérapeutiques 2006).

1. La nucléoside-phosphate kinase (EC 2.7.4.4), qui fait partie des transférases, en particulier les phosphotransférases, qui correspond dans la classification EC à une activité enzymatique générique regroupant plusieurs nucléoside monophosphate kinases, désigne l’activité enzymatique responsable de la phosphorylation des nucléosides monophosphates (NMP) en nucléosides diphosphates (NDP) :

$\ce{NMP + ATP}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{NDP + ADP}$

2. En pratique, cette activité enzymatique correspond à plusieurs kinases spécifiques de nucléotides qui phosphorylent aussi bien les ribonucléotides que les désoxyribonucléotides :

a. l'adénylate kinase (AK, ADK ou myokinase), EC 2.7.4.3 :

$\ce{AMP + ATP}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{ADP + ADP}$

$\ce{dAMP + ATP}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{dADP + ADP}$

Remarque : la désoxyadénylate kinase, EC 2.7.4.11, correspond à des isoformes spécifiques (1 et 2), surtout présentes chez les bactéries, les virus, ou les eucaryotes non mammaliens, avec une forte spécificité pour le dAMP.

b. la guanylate kinase (GK), EC 2.7.4.8 :

$\ce{GMP + ATP}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{GDP + ADP}$

$\ce{dGMP + ATP}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{dGDP + ADP}$

c. l'UMP/CMP kinase (CMPK), EC 2.7.4.14 :

$\ce{UMP+ ATP}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{UDP+ ADP}$

$\ce{dUMP+ ATP}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{dUDP+ ADP}$

$\ce{CMP+ ATP}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{CDP+ ADP}$

$\ce{dCMP + ATP}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{dCDP + ADP}$

d. la thymidylate kinase (TK ou TMPK), EC 2.7.4.9 :

$\ce{TMP + ATP}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{TDP + ADP}$

$\ce{dTMP + ATP}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{dTDP + ADP}$

Remarque : la nomenclature EC mentionne d'autres NMPK, i.e. EC 2.7.4.13, EC 2.7.4.12… qui peuvent être spécifiques à certains substrats ou espèces.

Transfert du groupe phosphate sur les NDP

1. La nucléoside-diphosphate kinase ou NDPK (EC 2.7.4.6) catalyse le deuxième transfert d'un groupe phosphate quel que soit le nucléotide diphosphate (NDP), purique ou pyrimidique, ribosique ou désoxyribosique :

$\ce{NDP + ATP}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{NTP + ADP}$

2. NDPK utilise souvent l’ATP comme donneur de phosphate, mais peut aussi utiliser d'autres NTP selon le contexte.

a. On parle aussi de réactions de type ping-pong, car elles permettent de maintenir un équilibre entre les différents nucléotides triphosphates selon la réaction générale, $\ce{X}$ et $\ce{Y}$ sont deux bases azotées différentes :

$\ce{XDP + YTP}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{XTP + YDP}$

b. Un exemple important de réaction catalysée par la nucléoside-diphosphate kinase est :

$\ce{GDP + ATP}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{GTP + ADP}$

3. Cette enzyme participe à de nombreux processus tels que :

• la prolifération cellulaire,
• la différenciation et le développement,
• la transduction du signal,
• le fonctionnement des récepteurs couplés à la protéine G (GPCR),
• l'endocytose,
• l'expression génique.

Remarque : la formation primaire d'ATP à partir de l'ADP dans la cellule nécessite l’énergie libérée par la chaîne respiratoire mitochondriale (phosphorylation oxydative).

$\ce{ADP + Pi}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{ATP}$

Une fois formé, l’ATP est utilisé par la NDPK pour convertir les autres NDP en NTP, assurant ainsi la distribution de l’énergie et la disponibilité des nucléotides triphosphates nécessaires au métabolisme.

Résumé des phosphorylation des nucléotides

La phosphorylation des nucléotides est présentée dans le tableau suivant.

Nom de l'enzyme	Substrat principal	Co-substrat	Produit	Type de réaction
Nucléoside kinase	Nucléoside	ATP	Nucléosides monophosphates (NMP)	Phosphorylation d'un nucléoside en NMP
Nucléoside monophosphate kinase(NMP kinase)	Nucléosides monophosphates (NMP)	ATP	Nucléosides diphosphates (NDP)	Phosphorylation du NMP en NDP
Nucléoside diphosphate kinase(NDP kinase)	Nucléosides diphosphates (NDP)	ATP ou un autre NTP	Nucléosides triphosphates (NTP)	Phosphorylation du NDP en NTP (réaction réversible)
Adénylate kinase(myokinase)	2 ADP	-	ATP + AMP	Réaction d'équilibrage entre les niveaux d'AMP, ADP et ATP
Guanylate kinase	GMP	ATP	GDP	Spécifique au GMP → GDP
Thymidine kinase	Thymidine	ATP	TMP	Voies de sauvetage (réplication virale/cellulaire)
UMP-CMP kinase	UMP ou CMP	ATP	UDP ou CDP	Kinase bifonctionnelle
Pyruvate kinase (indirect)	ADP + phosphoénolpyruvate (PEP)	-	ATP + pyruvate	Génère de l'ATP à partir de l'ADP dans la glycolyse

Réduction des ribonucléotides en désoxyribonucléotides

La réduction des ribonucléotides en désoxyribonucléotides est catalysée par la ribonucléotide réductase (RNR) ou ribonucléoside diphosphate réductase (rNDP).

Les conversions des nucléotides triphosphates et diphosphates en formes moins phosphorylées par déphosphorylation (NTP → NDP → NMP), catalysées notamment par des NTPases, NDPases et nucléotidases, sont étudiées dans le chapitre consacré au catabolisme des nucléotides.

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