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Biochimie Les nucléotides

LES PYRIMIDINESElles sont essentielles : éléments de structure : ce sont des précurseurs monomérique

de l’ADN (maintien de l’information) de l’ARN (expression de l’information)

précurseurs énergétique dans le métabolisme des sucres : UDPGlucose, UDPGalactose. dans le domaine des lipides : CDP acyl glycérol.

de nombreux analogues synthétiques sont utilisés en thérapeutique comme inhibiteurs de la synthèse du DNA ou du RNA

5 fluoro uracile pour tumeur à croissance rapide et leucémies arabinosyl cytosine AZT : azido thymidine inhibiteur de la reverse transcriptase dans le sida...

A. STRUCTURE DES PYRIMIDINESElles se définissent comme étant un noyau hétérocyclique à 6 atomes : 4 C et 2 N.

N

HCN

CH

CH

HC

1

2

34 5

6

N

N

Noyau pyrimidine

On a deux types de bases pyrimidiques (on parle de nucléobases) : celles de l’ADN : cytosine et thymine celles de l’ARN : cytosine et uracile.

1. Bases pyrimidiques de l’ADN

N

CNH

CH

CHC

O

NH2

12

34 5

6

HN

CNH

CH

CC

O

O

CH3

12

34

6

5

Cytosine : 2 oxy 4 amino pyrimidine Thymine : 2,4 dioxy méthyl pyrimidine

2. Bases pyrimidiques de l’ARN

N

CNH

CH

CHC

O

NH2

12

34 5

6

HN

CNH

CH

CHC

12

34 5

6O

O

Cytosine : 2 oxy 4 amino pyrimidine Uracile : 2,4 dioxypyrimidine

Ces bases sont associées à un sucre à 5 carbones formant un nucléoside

O

OH

H H

OH

H

OH

CH2OH

H

1

2

5 O

OH

H H

H

H

OH

CH2OH

H

1

2

le ribose dans l’ARN le déoxyribose dans l’ADN

L’association base + sucre + ester phosphate (sur C5 du ribose) donne un nucléotide.

nucléobase nucléoside nucléotide

ARNcytosine cytidine cytidilate CMP

uracile uridine uridylate UMP

ADNcytosine déoxycytidine déoxycytidilate dCMP

thymine déoxythymine deoxythymidilate dTMP

B. BIOSYNTHÉSE DE LA PYRIMIDINEPlusieurs étapes qui présentent par rapport au métabolisme des purines des différences et des similitudesla synthèse commence par la pyrimidine puis il y a addition du sucre phosphate.L’essentiel des réactions de cette biosynthèse (7 étapes) est coordonné au sein de complexes enzymatiques multifonctionnels. Les trois premières et les deux dernières sont associées en complexes multi-enzymatique. Les enzymes sont liées sur les mêmes chaînes polynucléotidiques ce qui assure une meilleure efficacité.Les précurseurs de la biosynthèse sont la glutamine, le CO2 et l’acide aspartique.

N

HCN

CH

CH

HC

1

2

34 5

6

acide aspartique

CO2

Glutamine

L’acide aspartique donnera naissance à C4, C5, C6 et N1.C2 vient du CO2.N3 vient de la gluatmine.

1. Première étape : formation du carbamyl phosphateC’est l’association de CO2 et d’azote de la glutamine pour donner le carbamyl phosphate.Dans l’uréogenèse, cette réaction se déroule dans les mitochondries hépatiques et le donneur d’azote est NH4

+. Dans la synthèse des pyrimidines, elle s’effectue dans le cytosol et l’azote vient de la glutamine.Il n’y a pas de cofacteur. L’enzyme est la carbamyl phosphate synthétase.

COOH

CH NH2

(CH2)2

C

O

NH2

COOH

CH NH2

(CH2)2

C

O

OH

NH2

CO O P

O

O-

O-Carbamyl Phosphate

Synthétase

a. Glutamique

CO2

Glutamine Carbamyl Phosphate

Pi

2 ATP 2 ADP

2. Deuxième étape : formation du N carbamyl aspartateElle se fait par condensation du carbamyl phosphate et de l’aspartate. Cette réaction est catalysée par l’aspartate transcarbamylase (ATC). Elle est couplée à la première enzyme.

NH2

CO O P +

H2N CH

COO -

CH2

COO -

NH

CH

COO-

CH2

COO-

C

O

H2N

Carbamyl Phosphate Aspartate Carbamyl aspartate

Aspartatetranscarbamylase

L’ACTase subit une régulation allostérique comprenant deux effecteurs, l’un purique et l’autre pyrimidique :

Vitesse de la réaction

[aspartate]

CTP est inhibiteur allostérique (produit de fin de chaîne) : courbe 3.

ATP est activateur allostérique : courbe 2.On a mis en évidence deux sous-unités :

une de type catalytique une de type régulatrice : capable de se lier à

l’ATP ou à la CTP. La CTP est inhibibiteur. L’ATP est capable de déplacer la CTP, de lever l’inhibition. Pour une même concentration d’aspartate, les vitesses diffèrent selon qu’on est en présence d’ATP ou de CTP.

Cela permet un équilibre entre biosynthèse des pyrimidines et des purines.

3. Troisième étape : formation du dihydro orotateUne dihydroorotase catalyse la cyclisation. Elle fait partie du même complexe enzymatique multifonctionnel appelé le CAD : Carbamyl phosphate synthétase - Aspartate transcarbamylase - Dihydro orotase.

NH

CH

COO-

CH2

COO-

C

O

H2N

Carbamyl aspartate

H2O

HN

CNH

CH

CH2

C

O

O

COO-

Dihydro orotate

dihydro orotase

12

3

4. Quatrième étape : formation de l’orotateC’est une déshydrogénation. L’enzyme qui intervient est une déshydrogénase qui utilise le NAD comme coenzyme. L’enzyme est indépendante, non liée à un complexe. Il apparaît une double liaison entre C5 et C6.

HN

CNH

CH

CH2

C

O

O

COO-

Dihydro orotate

NAD+ NADH + H+

dihydro orotatedéshydrogénase

HN

CNH

C

CHC

O

O

COO -

Orotate

5. Cinquième étape : formation de l’OMP.

O

OH OH

P-O-CH2

O-P-O-P

HN

CNH

C

CHC

O

O

COO-

HN

CN

C

CHC

O

O

COO-

O

OH OH

P-O-CH2

OH

PRPPtransférase

PP

PRPP

Orotate

Orotidine 5' monophosphate(OMP)

ou acide orotidylique

Elle fait appel au transfert d’un sucre phosphate activé : le PRPP ou phospho ribosyl pyrophosphate.L’enzyme est une PRPP transférase. Cette étape est liée à la suivante.

6. Sixième étape : formation de l’uridylate monophosphateUne orotidylate décarboxylase donne par départ d’un CO2 le premier véritable nucléotide à pyrimidine : UMP.

HN

CN

CH

CHC

O

O

O

OH OH

P-O-CH 2

OH

Uridine 5' monophosphate(UMP)

ou acide uridylique

+ CO2

Le deuxième complexe multifonctionnel , catalysant les étapes 5 et 6 est appelé UMP synthétase.

Chez les eucaryotes, ce type de complexe multiforme est relativement fréquent. Cette fusion d’enzymes multifonctionnelles a probablement évolué grâce au brassage d’exons. Il permet le regroupement dans une même finalité de plusieurs chromosomes.Avantages de ce système : biosynthèse coordonnée des différentes enzymes nécessaires à une même voie

biosynthétique. assemblage cohérent des différentes enzymes qui donne un complexe fonctionnel minimise les réactions annexes : si les enzymes sont regroupées, il y a une canalisation des

substrats d’un site actif au suivant. ce complexe, sous forme liée par des liaisons covalentes, a une plus grande stabilité qu’un

système qui serait lié par des liaisons non covalentes.7. Septième étape : formation du CTP

Elle se fait par amination de l’UTP.Deux phosphorylations successives transforment UMP en UTP par des kinases spécifiques :

UMP

ATP

UDPkinase

ATP

UTPkinase

Glutamine Glutamate

ATP ADP + Pi

CTP Cytidine triphosphate

L’enzyme est la CTP synthétase. Elle est allostérique et est rétro-inhibée par le produit de fin de réaction : le CTP.

8. Etape 8 : formation d’un déoxyribonucléotideUne réduction des ribonucléotide intervient grâce à la ribonucléotide diphospho réductase. Elle contient trois protéines différentes qui transforment le ribonucléotide en déoxyribonucléotide : la thioredoxine (T) petite protéine de PM = 12000 possède 2 cystéines voisines permettant

la formation d’un pont disulfure quand elle est oxydée : elle joue le rôle de donneur ou d’accepteur d’électrons ce qui lui permet d’osciller entre un état réduit : SH-SH ou oxydé : S S.

la thioredoxine réductase (TR) qui admet comme cofacteur le NADPH + H+ (relation avec la voie des pentoses), permet de réduire la thioredoxine et rend le cycle donneur - accepteur d’électrons fonctionnel. La thioredoxine a un rôle dans la photosynthèse (fixation d’azote).

la ribonucléotide réductase (RR) qui transforme un ribonucléotide diphosphate en déoxy ribonucléotide diphosphate : XDP dXDP.

Transfert des électrons du NADPH au groupe sulfhydryle du site catalytique de la ribonucléase réductase :

NADPH + H+

NADP+

FAD

FADH + H+TR

S

S

TRSH

SH

TSH

SH

TSH

SH

RRS

S

RRSH

SHRibonucléotide diP

Déoxy ribonucléotide diP

Thioredoxine réductase Thioredoxine Ribonucléotide réductase

9. Etape 9 : méthylation de l’uracile donnant la thymineLa thymine est une base caractéristique de l’ADN. Tout cellule en croissance rapide ayant besoin de multiplier son potentiel est tributaire d’une fourniture importante en thymine. L’uracile est transformé en thymine en recevant un métyl. Le substrat doit être sous forme diphosphate.

UDP dUDPRR

dUMP gain de CH3(d)TMPThymidine monophosphate

Pi

Le déoxyuridylate dUMP est méthylé en déoxythymidilate par la thymidilate synthétase. Elle est soumise à la régulation de la thymidine. En thérapeutique, on utilise des produits qui interagissent comme le 5 fluoro uracile, proche structuralement de la thymidine. Il se combine avec l’enzyme et le substrat et bloque la réaction. C’est un « inhibiteur suicide » : il ne peut pas aller plus loin.Le donneur de méthyle est ici un dérivé tétrahydrofolique et non pas la S-Adénosyl-méthionine. De façon spécifique, le carbone du méthyl vient du N5 - N10 méthylène

tétrahydrofolate. Il se transforme en dihydrofolate qui sera réduit en tétrahydrofolate par une réductase spécifique à NADP. Cette dihydrofolate réductase est sensible au méthotrexate, composé très actif utilisé en chimiothérapie anticancéreuse pour les cellules à renouvellement rapide (leucémies). Il empêche la production de tétrahydofolate et donc de redonner le N5 - N10 méthylène tétrahydrofolate avec la sérine.

dUMP

Thymidilatesynthétase

(d)TMP

N5 N10méthylène

tétarahydrofolate

dihydrofolate

tétrahydrofolate

sérine

glycocolle

DHF réductase Méthotrexate

5 fluoro uracile

COOH

CH NH2

(CH2)2

C

O

NH2

NH2

CO O P

O

O-

O-

H2N CH

COO-

CH2

COO-

NH

CH

COO-

CH2

COO-

C

O

H2N

COOH CH2 CH2 CH

COOH

NH2

HN

CNH

CH

CH2

C

O

O

COO-

Carbamyl Phosphate

2 ADP

Pi

2 ATP

Carbamyl PhosphateSynthétaseCO2

Glutamine

a. Glutamique

AspartateCarbamyl aspartate

Aspartatetranscarbamylase

H2O

Dihydro orotate

dihydro orotase

O

OH OH

P-O-CH2

O-P-O-P

HN

CNH

C

CHC

O

O

COO-

HN

CN

C

CHC

O

O

COO-

O

OH OH

P-O-CH2

OH

HN

CN

CH

CHC

O

O

O

OH OH

P-O-CH2

OH

Uridine 5' monophosphateUMP

ou acide uridylique

NAD H + H+

Orotate

NAD+

Orotidine 5' monophosphate(OMP)

ou acide orotidylique

CO2

PRPP

OMP décarboxylase

Biosynthèse des Pyrimidinesdihydro orotate

déshydrogénase

PP

PRPPTransférase

C. VOIE DE SYNTHÈSE PAR RÉCUPÉRATION OU ÉPARGNEElle intéresse les nucléosides (base + sucre). Si on ajoute le phosphate, on obtient le nucléotide fonctionnel.3 enzymes spécifiques interviennent : l’uridine cytidine kinase permet la phosphorylation de l’uridine et de la cytidine :

Uridine

ATP ADP

UMP

Cytidine

ATP ADP

CMP

la déoxycitidine kinase : elle phosphoryle la déoxycytidine pour donner dCMP la thymidine kinase aboutit au TMP

Cette voie est développée dans les corps à croissance rapide : plus la synthèse est active, plus cette voie de récupération est importante.D. CATABOLISME Il présente une spécificité marquée par rapport aux bases puriques qui donnent naissance à l’acide urique, peu soluble.Les catabolites des pyrimidines sont très solubles : peu de pathologies sont liées à ce catabolisme. Il a lieu dans le foie. La cytosine est désaminée en uracile puis le cycle s’ouvre, une décarboxylation et une désamination génèrent le produit commun de la cytosine et de l’uracile : la alanine :

NH2 CH2 CH2 COOH

Elle est soluble, utile dans la biosynthèse du coenzyme A.La thymine donnera la méthyl alanine ou acide amino iso butyrique :

NH2 CH2 CH COOH

CH3

Elle donne naissance au succinyl CoA qui va au cycle de Krebs.

CCH2CH2COOH

O

SCoA

E. RÉGULATION DE LA BIOSYNTHESEIl y a beaucoup d’interactions dans la régulation de ces deux voies de biosynthèse ; elles sont vitales. Il existe une stoechiomérie précise entre les deux.

ATP + CO 2 + NH2 glutamine

Carbamyl phosphate

aspartate

N Carbamyl aspartate

dihydro orotate

orotate

P ribosyl pyrophosphate

OMP

UMP

UDP

UTP

CTP

CO2

ATP

ADP

ATP

ADP

dUDPdUDPdUMPTMP

TDP

ATP + ribose 5 phosphate


Nucléotides puriques

Le TDP exerce une action sur le métabolisme des purinesle PRPP a une action activatrice sur la première voie biosynthétique.Les composés puriques ont une action inhibitrice sur cette première étape.Un rétrocontrôle des pyrimidine s’exerce sur les précurseurs pyrimidiques.

F. LES DIFFÉRENCES ENTRE PYRIMIDINES ET PURINES - EVOLUTION1. Synthése

Pyrimidines : construction du cycle puis secondairement rattachement du ribose phosphate.Purines : d’abord formation du ribose phosphate puis construction du cycle.

2. DégradationLes pyrimidines sont très solubles : peu de pathologies leur sont associées.Les purines conduisent à l’acide urique, insoluble. Une concentration trop élevée provoque la goutte : dépôts de cristaux d’urates au niveau des articulations, du parenchyme rénal.

3. Différences entre ribonucléotides et déoxynucléotides Tous les composants de l’ADN sont formés par modification de ribonucléotides. Aucun ribonucléotide n’est formé à partir de déoxynucléotide. Les ribonucléotides sont apparus les premiers dans l’évolution. La thymidilate synthétase ou la RR sont les vestiges d’un monde où l’ARN était omnipotent, gardien d’un patrimoine génétique. Au cours de l’évolution l’ADN est devenu gardien de l’information génétique et l’ARN le produit qui permet la transformation de l’information en protéine.

II. MÉTABOLISME DES PURINESA. GÉNÉRALITÉS Ce sont des éléments de structures : ce sont les deuxièmes composés essentiels des acides nucléiques. Ils sont essentiels aussi dans tous les processus biochimiques :

le fournisseur essentiel d’énergie, l’ATP est un nucléotide purique. L’équivalent de l’ATP pour la guanine est le GTP : rôle énergétique et rôle dans les

mouvements des macromolécules comme dans la synthèse des peptides. Les seconds messagers, comme l’AMPc et GMPc, qui transforment les signaux d’origine hormonale en réponse cellulaire sont des médiateurs. Les phosphorylations induites par l’ATP dans la synthèse du cholestérol modifient les activités des enzymes. De nombreux nucléotides à adénine sont des éléments constitutifs essentiels de coenzymes : NAD, NADP, FAD, coenzyme A.B. STRUCTURE ET NOMENCLATURE

1. StructureLe noyau purine est l’association de deux noyaux, pyrimidique et imidazole.Ce sont des molécules à 9 atomes : 5 C et 4 N.

HCN

C

C

HC

N

NH

CH

N

2

1

34

56

7

89

noyau purine.

Les deux bases essentielles sont :

HCN

C

CC

N

NH

CH

N

2

1

34

56

7

89

NH2

CN

C

CC

HN

NH

CH

N

2

1

34

56

7

89

O

H2N

Adénine = 6 amino purine Guanine = 2 amino 6 oxo purineEn fonction du pH, il y a ou non une double

liaison entre N1 et C6 (forme lactime et lactame).

2. Nomenclaturenucléobase nucléoside nucléotide

ARNadénine adénosine adénylate AMP

guanine guanosine guanylate GMP

ADNadénine déoxyadénosine déoxyadénylate dAMP

guanine déoxyguanine deoxygaunylate dGMP

C. BIOSYNTHÈSELes précurseurs : plusieurs composés sont à l’origine des purines : des acides aminés, des donneurs de NH2 (glutamine, acide aspartique).

HCN

C

C

HC

N

NH

CH

N1

23

4

56

7

89

Glycocolle

N10 formyltétrahydrofolate

Glutamine

N10 formyltétrahydrofolate

fonction aminede l'aspartate

CO2

le glycocolle apporte C4, C5 et N7.

la glutamine : N3 et N9

C2 et C8 viennent de N10 formyl tétrahydrofolate

C6 vient du CO2 atmosphérique N1 vient de la fonction amine

de l’acide aspartique.

Les voies biosynthétiques des purines font intervenir des complexes enzymatiques permettant une synthèse coordonnée : le produit de réaction de l’étape précédente devient le substrat de la réaction suivante. Trois complexes interviennent : 1. 2°, 3° et 5° réactions2. 6°et 7° réactions3. 9° et 10° réactions.

La différence par rapport à la biosynthèse des pyrimidines est que la construction se fait sur le sucre phosphate activé.

1. Première étape : formation de 5 P ribosylamine.Un groupement amine de la glutamine se fixe sur le sucre phosphate activé : le phophoribosyl pyrophosphate PRPP.

O

OH

H H

OH

H

O

CH2

H P PO

P O

Glutamine acide glutamique

pyrophosphate

Amido P ribosyltransférase

O

OH

H H

OH

NH2CH2

H

P O

P ribosyl pyrophosphate P ribosylamine

9

Il y a unversion de la position : de en .L’hydrolyse du pyrophosphate permet de déplacer l’équilibre vers la droite. C’est l’étape d’engagement de la synthèse des purines.

2. Formation du phospho ribonucléotide glycinamide

O

OH

H H

OH

NH2CH2

H

P O

ATP ADP + Pi

Glycinamide ribonucléotidesynthétase

glycocolle

CH2

NH3+

C

O

NH ribose P

P ribosylamine P ribonucléotide glycinamide

4

5

7

9

L’énergie est apportée par l’ATP. On obtient un produit de condensation : une glycinamide ribonucléotide phosphate.

3. Addition d’un méthyl : formation du formyl glycinamide ribonucléotide P.

CH2

NH3+

C

O

NH ribose P

P ribonucléotide glycinamide

N 10 formyl tétrahydofolate

THF

CH2

NH

C

O

NH ribose P

C

O H

formyl glycinamide ribonucléotide P

7

5

49

8

formyl transférase

4. Formation du formyl glycinamidine ribonucléotide P.

CH2

NH

C

O

NH ribose P

C

O H



ATP ADP + Pi

CH2

NH

C NH ribose P

C

O H

HN

formyl glycinamidine ribonucléotide P

3

5. Cinquième étape : formation du 5 amino imidazole ribonucléotide P.Elle permet la cyclisation par déshydratation et on génère la partie imidazole.

CH2

NH

C NH ribose P

C

O H

HN


CH2

NH

C NH ribose P

C

O H

HN


Cyclase

N

CH

NCH

C

ribose P

H2N 1

2

34

5

H2O

5 amino imidazole ribonucléotide P

Les étapes 2, 3, 5 sont catalysées par un même complexe enzymatique.6. Formation du 4 carboxylate 5 amino imidazole ribonucléotide P

N

CH

NCH

C

ribose P

H2N


CO2CO2

N

CH

NCH

C

ribose P

H2N

C

O

O

4 carboxylate 5 aminoimidazole ribonucléotide P

Carboxylase

7. Addition d’une fonction amine de l’aspartate sur C4.

N

CH

NCH

C

ribose P

H2N

C

O

O


OOC CH2

CHCOO

NH3

Aspartate

ATP ADP + Pi

N

CH

NCH

C

ribose P

H2N

C

O

COO

H2C

CHOOC NH

5 aminoimidazole4N succino carboxamide

ribonucléotide P

8. Elimination du fumarateEnzyme : lyase.

fumarate : OOC

C CCOO

H

H

N

CH

NCH

C

ribose P

H2N

C

O

COO

H2C

CHOOC NH


ribonucléotide P

Fumarate

N

CH

NCH

C

ribose P

H2N

C

O

H2N

5 aminoimidazole4 carboxamide ribonucléotide P

9. Réaction avec un N formyl THF

N

CH

NCH

C

ribose P

H2N

C

O

H2N


N 10 formyl tétrahydofolate

THF

formyl transféraseN

CH

NCH

C

ribose P

HN

C

O

H2N

C

O H

5 formamidoimidazole4 carboxamide ribonucléotide P

10. Formation de IMP : inosinate

N

CH

NCH

C

ribose P

HN

C

O

H2N

C

O H


Cyclase

DéshydrataseHN

HCN

C

C

N

CH

N

ribose P

O

Inosinate = ribose P + hypoxanthine

H2O

N

CH

NCH

C

ribose P

H2N

C

O

COO

H2C

CHOOC NH


ribonucléotide P

Fumarate

N

CH

NCH

C

ribose P

H2N

C

O

H2N


N 10 formyl THF

THF

formyl transféraseN

CH

NCH

C

ribose P

HN

C

O

H2N

C

O H


Cyclase

Déshydratase

HN

HCN

C

C

N

CH

N

ribose P

O

Inosinate IMP

H2O

CH2

NH

C NH ribose P

CO H

HN


CH2

NH

C NH ribose P

CO H

HN


H2O

N

CH

NCH

C

ribose P

H2N


N

CH

NCH

C

ribose P

H2N

C

O

O


OOC CH2

CHCOO

NH3

Aspartate

ATP

ADP + Pi

CH2

NH3+

C

O

NH ribose P

P ribonucléotide glycinamide

N 10 formyl THF

THF

formyl transférase

CH2

NH

C

O

NH ribose P

C

O H


Glutamineacide glutamique

ATPADP + Pi

O

OH

H H

OH

H

O

CH2

H P PO

P O


pyrophosphate

Amido P ribosyltransférase


O

OH

H H

OH

NH2CH2

H

P O

ATP

ADP + Pi

Glycinamide ribonucléotidesynthétase

glycocolle

P ribosylamine

Cyclase

CO2

Carboxylase

Biosynthèse des Purines

Les deux dernières étapes (9 et 10) sont catalysées par un même complexe enzymatique : l’IMP synthétase. La base correspondant à l’IMP est l’hypoxanthine.Les étapes 6 et 7 ont également un complexe enzymatique commun.la régulation essentielle est au niveau de la première étape.

A partir de structure simples, on a des structures complexes. L’IMP est le précurseur commun de l’AMP et du GMP. Il ne possède qu’une fonction carbonyle.

11. Formation de l’Adénylate monophosphateElle se fait par condensation de l’IMP avec l’aspartate, catalysée par l’adénosuccinate synthétase, moyennant une dépense d’énergie apportée par le GTP.

HN

HCN

C

C

N

CH

N

ribose P

OCOO- CH2 CH COO-

NH2

H2O

GTP GDP + PPi

HN

HCN

C

C

N

CH

N

ribose P

COO- CH2 CH COO-

NH

IMP Adénylo succinate

Adénylo succinate synthétase

L’adénosuccinate lyase hydrolyse l’adénylo succinate avec libération de fumarate.On obtient l’AMP : 6 amino purine.

HN

HCN

C

C

N

CH

N

ribose P

COO- CH2 CH COO-

NH

Adénylo succinate

COO- CH CH COO-

Adénylo succinate lyase

Fumarate

HN

HCN

C

C

N

CH

N

ribose P

NH2

AMP

12. Formation du Guanylate mono phosphate GMPA partir de IMP, une déshydrogénation à NAD va transformer le C2 en carbonyle avec apport de H2O :

HN

HCN

C

C

N

CH

N

ribose P

O

NAD+

H2O

NADH + H+

DéshydrogènaseHN

NC

C

N

CH

N

ribose P

O

O

IMP Xanthine monoPPour obtenir le GMP, il y a transformation de ce groupement carbonyle en un groupement aminé grâce au groupement amido de la glutamine. Cette réaction nécessite de l’ATP.

HN

NC

C

N

CH

N

ribose P

O

O ATP

Glu a. glutamique

ADP + Pi

HN

NC

C

N

CH

N

ribose P

O

H2N

Xanthine monoP GMP

2 amino 6 oxy purine

Le substrat énergétique nécessaire à la fabrication de l’adénine est la guanine ; le substrat nécessaire à la synthèse de la guanine est l’adénine : il y a un équilibre entre les bases adénine et guanine.Pour former le GMP : consommation de 7 liaisons Phosphates riches en énergie.Pour former l’AMP : consommmation de 8 liaisons Phosphates.

Etude de la transformation du groupement carbonyle en groupement aminé :

Cette réaction se rencontre au niveau : formyl glycinamidine GMP AMP UTP CTP Ornithine Citrulline

C O

R'

R

Equilbretautomérique

C O

R'

R

C O

R'

R

P

O

O

O

C

O

R'

RP

NH3 (AspGlu)

NH2

formationd'un composé tétraèdrique

Pi

C NH2

R'

R

ATP ADP

formationd'un groupement phosphorylester

Il existe un équilibre tautomèrique du groupement carbonyle.Secondairement se forme un groupement phosphorylester par apport d’énergie. Ce dérivé est facilement déplacé et subit une attaque nucléophile par l’azote (aspartate ou groupement amido de la glutamine) : apparition d’un composé tétraèdrique.

HN

HCN

C

C

N

CH

N

ribose P

O

COO- CH2 CH COO-

NH2

GTP

GDP + PPi

IMP

Adénylo succinate synthétase

HN

HCN

C

C

N

CH

N

ribose P

COO- CH2 CH COO-

NH

Adénylo succinate

H2O

AMPS

HN

NC

C

N

CH

N

ribose P

O

O

Xanthine monoP

H2O

Déshydrogénase

NAD+

NADH + H +

XMP

Biosynthèsedes

PURINES

COO- CH CH COO-Adénylo succinate lyase

Fumarate

HN

HCN

C

C

N

CH

N

ribose P

NH2

AMP

ATPGlu

a. glutamique ADP + Pi

HN

NC

C

N

CH

N

ribose P

O

H2N

GMP

2 amino 6 oxy purine6amino purine

D. LA VOIE D’EPARGNEElle permet la synthèse en une étape d’un nucléotide purique par addition sur la base du sucre phosphate par le donneur classique : PRPP.Deux enzymes sont impliquées : la première permet la formation de l’AMP : Adényl phosphoRibosyl Transférase.

Adénine + PRPP AMP + PPiART

Pyrophosphate

la deuxième permet la synthèse de GMP : Hypoxanthine Guanine PhosphoRibosyl Transférase : HGPRT.

+ PRPPXMPHGPRTHypoxanthine

Guanine GMP

En pathologie, la déficience en HGPRT, essentiellement chez le garçon (mères porteuse non atteinte) entraîne le syndrome de Lesch Nyhan : troubles neurologiques avec tendance à l’automutilation (se mange les doigts, les lèvres...). De plus existent des anomalies liées au catabolisme de ces bases puriques : augmentation de l’acide urique avec apparition d’une goutte.Le défaut de HGPRT provoque l’accumulation de PRPP. Il y a alors amplification de la synthèse des purines de novo et augmentation de la dégradation des bases puriques, augmentation de production d’acide urique.E. RÉGULATION DE LA BIOSYNTHÈSE DES NUCLÉOTIDES PURIQUES

PRPPRibose 5 P P ribosylamine IMP

adénylosuccinate XMP

GMPAMP

ATP GTP

IMPAMPGMP

Pyrimidine : TDP

Gln Glu

Les deux voies d’engagement sont : 5 P Ribose PRPP PRPP P ribosylamine.Elles sont inhibées par GMP, AMP, IMP. Il y a donc rétrocontrôle sur les voies d’engagement. La TDP inhibe aussi l’activation du sucre.F. LA DÉGRADATIONElle est essentiellement hépatique et intestinale (muqueuse de l’intestin grêle). Elle aboutit à la formation d’acide urique (3 groupements carbonyles).

XMP GMPAMP IMP

Pi Pi Pi Pi

PurineNucléotidase

Adénosine Inosine Xanthosine Guanosine

H2O NH4+

H2O NH4

AMP désaminase

Adénosine désaminase

Pi

Rib.1P

Pi

Rib.1P

Pi

Rib.1P

PurineNucléoside

Phosphorylase

Xanthine

Hypoxanthine Guanine

H2O

NH4+

Xanthine oxydaseH2O + O2

H2O2

Guani neDésaminase

HN

NH

C

C

NH

HNC

O

C OC

O

H2O2

Xanthine oxydase

acide urique

G. ASPECTS DE BIOCHIMIE PATHOLOGIQUE1. Syndrome de Lesh Nyan : déficit en HGPRT

Le déficit entraîne des troubles du métabolisme de l’acide urique et des troubles neurologiques (automutilation).

2. Déficits en désaminases

AMP IMP

Pi Pi

PurineNucléotidase

Adénosine Inosine

H2O NH4+

H2O NH4

AMP désaminase

Adénosine désaminase

a) Déficit en Adénosine désaminaseIl entraîne une syndrome sévère d’immunodéficience lymphocytaire (absence de tissu lymphoïde), létal.L’adénosine et son dérivé la désoxyadénine s’accumulent. Le tissus lymphoïde est riche en phosphorylases : apparition en grande quantité d’ATP et de dATP. Le dATP est un inhibiteur puissant de la ribonucléotide réductase : ceci empêche l’apparition des précurseurs nécessaires à la synthèse de l’ADN (particulièrement dCTP) et donc la prolifération cellulaire. Le tissu lymphoïde en renouvellement rapide est très sensible à cette inhibition.

b) Déficit en AMP désaminaseLes conséquences sont musculaires.Quand il augmente son activité, le tissu musculaire squelettique a un besoin accru en intermédiaires du cycle citrique. Il ne possède pas toutes les enzymes pour le faire. Il utilise le fumarate généré par un cycle des nucléotides puriques :

AMP

H2O NH4+

AMP désaminaseIMP

Adénylosuccinate

GTP

GMP+ PPi

AspartateFumarate

Adénylo succinatesynthétase

Adénylo succinatelyase

Les cellules musculaires bénéficient de la capacité de transformer l’aspartate en fumarate et génèrent ainsi un des intermédiaires du cycle de KREBS dont ils ont besoin. Les trois enzymes du cycle sont très actives dans le muscle par rapport aux autres tissus.Bilan de la réaction :

Asp + GTP + H2O fumarate + GMP + PPi + NH4+

En cas de déficience de la première enzyme, l’AMP désaminase, le tableau clinique est voisin de la myopathie : fatigue musculaire, crampes répétitives.H. DESTINÉES DE L’ACIDE URIQUE Chez l’homme, l’acide urique est le terme du catabolisme des nucléotides puriques,

résultant de l’hydrolyse des acides nucléiques. Il est excrété comme tel dans les urines. Chez la plupart des animaux, le catabolisme du noyau purique se poursuit :

jusqu’au stade allantoïne (chez beaucoup de mammifères), juqu’au stade acide allantoïque (chez certains poissons) ou même jusqu’au stade urée et acide glyoxylique. Certaines bactéries possèdent une enzyme, l’uréase, capable d’hydrolyser l’urée en

CO2 et NH3.

HN

NH

C

C

NH

HNC

O

C OC

O

NH2

NH

CNH

HN

C OC

O

H2O CO2

H2O

CO

acide urique

NH2

NH

CNH

H2N

CO

CO

COOH

allantoïne

2 H2O

Allantoïnase

acide allantoïque

Allantoïcase

CO

NH2

NH2

CHO

COOH

acide glyoxylique

urée

poissonscartilagineux

poissonsosseux

mammifères

uricase

NH3

2 CO2 invertébrésmarins

uréase

Du fait de l’évolution des espèces, chez les primates la dégradation des purines s’arrête à l’acide urique : les autres enzymes ont disparu.NB : chez les oiseaux, les reptiles terrestres et les insectes, l’azote provenant du catabolisme protéique n’est pas éliminé sous forme d’urée mais d’acide urique.I. PATHOLOGIE INDUITE PAR L’AUGMENTATION DE L’ACIDE URIQUE

1. SymptomesL’augmentation de sa concentration dans le sang, les liquides synoviaux et l’urine va provoquer des troubles : crises de goutte au niveau articulaire : formation de cristaux et de dépôts (tophus). Touche

surtout le gros orteil; calculs rénaux et à terme insuffisance rénale : l’acide urique est naturellement relativement

insoluble et tend à précipiter, surtout en pH acide (urines). Le traitement consistera entre autres à alcaliniser les urines qui va augmenter le pourcentage d’urate de Na par rapport à l’acide urique.2. Les causes de l’hyperproduction d’acide urique :

déficience en HGPRT : syndrome de Lesh Nyhan. Cette déficience peut être partielle : augmentation de l’acide urique par augmentation du PRPP qui active la synthèse et le catabolisme des purines.

déficience de la glucose 6 phosphatase : enzyme du métabolisme des glucides qui a pour conséquence une augmentation du glucose 6 P. Cela a un effet sur la voie des pentoses : augmentation du ribose 5P donc augmentation du PRPP : activation de la synthèse de novo des purines et donc de la production d’acide urique.3. Traitement

Pour diminuer la concentration en acide urique, il a été utilisé un analogue synthétique de l’hypoxantine, l’allopurinol (inversion des atomes 7 et 8) :

HN

NC

C

NH

NC

O

CHHC

7

8

hypoxanthine

HN

NC

C

NH

HCC

O

NHC

7

8

allopurinol

Quand on donne ce produit, la cellule le reconnait comme l’hypoxanthine. La xanthine oxydase peut le transformer en alloxanthine (au lieu de xanthine).

HN

NC

C

NH

HCC

O

N

7

8

alloxanthine

CO

Le fonctionnement de la xanthine oxydase est bloqué : ce type d’inhibition suicide est très efficace : on bloque la formation d’acide urique et on favorise la formation de xanthine et d’alloxanthine qui sont plus solubles et éliminés dans les urines.

On traite donc efficacement la maladie goutteuse mais pas les signes neurologiques de la maladie de Lesch Nyhan. Ceci est une illustration du caractère possiblement léthal de la déficience d’une seule enzyme (par exemple l’adénosine désaminase).

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