Nucléotides
Ribonucléotides
Biosynthèse des nucléosides puriques
Formation de novo de l'IMP : précurseur purique
- Biochimie
- Transport membranaire
- Moteurs moléculaires
- Voies de signalisation
L’inosine monophosphate (IMP) est le premier ribonucléotide purique formé par biosynthèse de novo et constitue le précurseur commun des nucléotides AMP et GMP.
La biosynthèse des nucléotides puriques s'effectue :
- soit de novo à partir de précurseurs métaboliques simples, ce qui affranchit l'organisme d'un approvisionnement externe,
- soit via des voies de sauvetage ou de récupération, i.e. " salvage " en anglais, qui recyclent des bases azotées libres ou des nucléosides, ces derniers pouvant être directement phosphorylés pour reformer des nucléotides.
Vue d'ensemble
La biosynthèse de novo des ribonucléotides puriques s'effectue en plusieurs étapes enzymatiques conduisant à la formation de l’inosine monophosphate (IMP).
1. L'étape initiale est la synthèse du 5-PRPP (5-phospho-α-D-ribosyl 1-pyrophosphate), également appelé phosphoribosylpyrophosphate, qui constitue le point de départ de la biosynthèse de novo des nucléotides puriques et fournit le squelette ribosé sur lequel sera construit progressivement le noyau purine.
Le 5-PRPP est étudié dans un chapitre spécifique.
La synthèse du 5-PRPP commence par la formation de son précurseur, le ribose-5-phosphate, produit principalement par la voie des pentoses phosphates (
synthèse du ribose-5-phosphate).
2. Une différence essentielle entre la biosynthèse des ribonucléotides puriques et pyrimidiques réside dans le moment de formation de la liaison β-N-glycosidique.
a. Dans la voie de biosynthèse des ribonucléotides puriques, cette liaison β-N-glycosidique est établie dès la réaction 1 de la biosynthèse de l'IMP.
| Voie purique | Voie pyrimidique | |
|---|---|---|
| Précurseur | IMP | UMP |
| Organisation de la voie |
Bifurcation | Voie linéaire |
| Bases formées |
Deux bases différentes (adénine ou guanine) |
Même base modifiée (uracile ➞ cytosine) |
| Niveau des conversions des bases |
Nucléosides monophosphates (NMP) |
Nucléosides triphosphates (NTP) |
| Réaction clé |
|
Amination de l'UTP en CTP |
La base est assemblée progressivement sur le squelette ribosé du 5-PRPP (5-phospho-α-D-ribosyl 1-pyrophosphate).
b. Dans la biosynthèse des pyrimidines, la base azotée est synthétisée indépendamment du PRPP dans les premières étapes.
Ce n’est qu’à la réaction 5 que l'orotate, précurseur du noyau pyrimidine, est condensé avec le PRPP pour former l’orotidine monophosphate (OMP), générant la liaison β-N-glycosidique.
3. Les précurseurs du noyau purine, qui apportent les atomes du cycle, sont :
- l'aspartate (N1),
- le formate (C2 et C8),
- la glutamine (N3 et N9),
- la glycine (C4, C5 et N7),
- le bicarbonate, $\ce{HCO3-}$ (C6).
(Figure : vetopsy.fr)
4. Le noyau purine est construit progressivement sur la molécule de PRPP, servant de squelette ribosé activé.
5. Dans la biosynthèse des purines, la liaison β-N-glycosidique avec le ribose du PRPP est établie dès les premières étapes du processus.
La liaison β-N-glycosidique (N-hétérosides) entre le carbone du ribose du PRPP et l'azote N9 du futur noyau purine se forme au tout début du processus.
Cette construction donne naissance à l'inosine monophosphate (IMP), le premier nucléotide purique formé, précurseur commun des ribonucléotides puriques de l'AMP et du GMP (Formation de l'AMP et du GMP à partir de l'IMP).
Formation de novo de l'IMP
La figure schématise les dix étapes nécessaires pour conduire du ribose-5-phosphate à l'inosine-monophosphate (IMP ou inosine 5'-monophosphate ou acide inosinique), nucléotide de l'hypoxanthine, à partir duquel seront formés les acides adénylique (AMP) et guanylique (GMP).
La synthèse de novo du noyau purine consomme beaucoup d'énergie, pas moins de six molécules d'ATP sont nécessaires pour passer du ribose-5-phosphate à l'IMP.
L'étape princeps consiste en la formation du 5-PRPP qui consomme un ATP ( synthèse de la 5-PRPP).
Le mode d'action des enzymes de ces dix réactions est bien explicité dans les articles de Wikipedia.
(Figure : vetopsy.fr)
1. La glutamine cède au ribose-5-phosphate son groupe amine ($\ce{-NH2}$), précurseur de l'azote 9 du noyau purine, en déplaçant le groupe pyrophosphate du 5-PRPP pour former la β-5-phosphoribosylamine (PRA).
- Cette étape est catalysée par l'amidophosphoribosyltransférase (ATase), appelée aussi glutamine phosphoribosylpyrophosphate amidotransferase ou glutamine PRPP AmidoTransferase (GPAT), EC 2.4.2.14.
- Cette étape est essentielle à la régulation de la synthèse des ribonucléotides puriques.
2. Par réaction de la glycine avec la 5-phosphoribosylamine, il se forme un nucléotide acyclique, le glycinamide ribonucléotide (GAR).
- Cette étape est catalysée par la phosphoribosylamine-glycine ligase ou GAR synthétase, EC 6.3.4.13.
- La synthèse se poursuit autour de ce dérivé qui fournit les atomes 4, 5, 7 et 9 du noyau purine.
3. La fixation d'un groupe formyle ($\ce{−CH=O}$) sur le groupe amine du GAR met en place le carbone 8 du noyau purine.
- Il se forme le formylglycinamide ribotide (FGAR).
- Le donneur est le N10-formyltétrahydrofolate, en présence de la phosphoribosylglycinamide formyltransférase ou GAR transformylase (EC 2.1.2.2).
4. En présence d'ATP, une transamination à partir de la glutamine conduit au formylglycinamidine ribonucléotide (FGAM).
- Cette réaction apporte le N3 de la purine.
- Elle est catalysée par la phosphoribosylformylglycinamidine synthase ou FGAM synthétase, EC 6.3.5.3.
5. Ce dernier composé est ensuite cyclisé pour former le 5-aminoimidazole ribonucléotide (AIR).
Cette réaction est catalysée par la phosphoribosylformylglycinamidine cyclo-ligase ou AIR synthétase ou FGAMcycase, EC 6.3.3.1.
À ce stade, le noyau imidazole du noyau purine est formé et les réactions suivantes vont permettre la synthèse du noyau purine.
(Figure : vetopsy.fr)
6. Une carboxylation en position 4 du noyau imidazole de l'AIR par du bicarbonate ($\ce{HCO3^-}$ introduit un nouvel atome de carbone (C6).
- Cette réaction, qui nécessite de l'ATP, conduit au carboxyamino-imidazole ribonucléotide (CAIR).
- Elle est catalysée par la phosphoribosylaminoimidazole carboxylase ou AIR carboxylase, EC 4.1.1.21.
7. Au cours de la réaction suivante, l'aspartate cède un atome d'azote pour former le N1 du noyau purine.
- Il se forme, grâce à l'ATP, le 5-aminoimidazole-4-(N-succinylocarboxamide) ribonucléotide (SACAIR).
- Cette réaction est catalysée par la phosphoribosylaminoimidazolesuccinocarboxamide synthase ou SACAIR synthétase, EC 6.3.2.6.
8. SACAIR élimine son fumarate.
- Il se forme du 5-aminoimidazole-4-carboxamide ribonucléotide (AICAR).
- Cette réaction est catalysée par l'adénylosuccinate lyase (EC 4.3.2.2).
9. Puis une transformylation à partir du N10-formyltétrahydrofolate apporte le dernier atome de carbone (C2) nécessaire à la constitution du noyau purine.
- Il se forme du N-formylaminoimidazole-4-carboxamide ribonucléotide (FAICAR).
- Cette réaction est catalysée par la phosphoribosylaminoimidazolecarboxamide formyltransférase ou AIRCAR transforyase, EC 2.4.2.7.
Les agents antibactériens du type sulfonamide inhibent indirectement cette étape en bloquant la formation de vitamine B9 ou folate.
10. Enfin, le 5-formamido-4-carboxamide imidazole ribotide est cyclisé et forme l'acide inosinique (IMP) comportant un noyau purine complet.
- Cette réaction produit une molécule d'eau.
- Elle est catalysée par l'IMP cyclohydrolase, EC 3.5.4.10.
Remarque : les thiopurines perturbent la biosynthèse des purines et inhibent la prolifération cellulaire.
Formation de l'AMP et du GMP à partir de l'IMP
BiochimieChimie organiqueBioénergétiqueAcides nucléiquesNucléotidesBases azotéesPentosesDifférents nucléosidesDifférents nucléotidesBiosynthèse des nucléotidesVoies des sauvetageCatabolisme des nucléotidesADNARNChromatineNucléosomesHistonesChromosomesProtidesGlucidesLipidesEnzymesCoenzymesVitaminesHormonesComposés inorganiquesTransport membranaireMoteurs moléculairesVoies de signalisation