Nucléoside : 11 faits importants à connaître

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Table des matières

Qu'est-ce que le nucléoside?

Les deux composants structurels du nucléoside sont une base azotée (également connue sous le nom de nucléobase) et un sucre ribose à cinq carbones (ribose dans l'ARN et désoxyribose dans le cas de l'ADN). En raison de la base azotée et des fragments de sucre, les nucléosides sont souvent considérés comme des glycosamines.

Structure nucléosidique | nucléoside de base nucléotide | ADN nucléoside | nucléoside diphosphate

La base azotée présente dans le nucléoside pourrait être purine ou pyrimidine. Ces bases azotées sont liées au sucre ribose à des positions fixes. Les purines sont liées au sucre ribose par une liaison glycosidique par leur travail N9, tandis que les pyrimidines se lient par leur position N1.

Le carbone anomérique (l'atome de carbone associé au groupe carbonyle de l'aldéhyde et de la cétone) du sucre ribose forme une liaison glycosidique avec la base azotée.

Nucléoside
Figure: Désoxyadénosine nucléosidique https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Desoxyadenosin.svg

Types de nucléosides

Six types de base de nucléosides sont synthétisés dans notre corps

  • Adénosine
  • guanosine
  • Thymidine
  • Cytidine
  • L'uridine
  • Inosine

Nucléoside vs nucléotide | nucléoside 5 monophosphate | nucléoside monophosphate

La façon la plus simple de différencier un nucléotide et un nucléoside est la suivante:

Nucléoside = base azotée + sucre ribose

Nucléotide = base azotée + sucre ribose + groupe phosphate

Remarque importante : Toutes les liaisons parmi les espèces constitutives (base, sucre et groupe phosphate) sont purement covalentes. Le sucre ribose se trouve en position médiane (lié de manière covalente à la base azotée d'un côté et au groupe phosphate de l'autre côté) à l'intérieur d'un nucléotide. 

Les acides nucléiques (ADN; acide désoxyribonucléique, ARN; acide ribonucléique) trouvés dans chaque organisme sont des polymères nucléotidiques chimiquement. 

Un nucléoside est le nucléotide dépourvu de groupe phosphate.

Un nucléoside peut être converti en nucléotide simplement par un processus de phosphorylation (ajout d'un groupe phosphate). En outre, le nucléotide peut être converti en nucléoside par le processus de déphosphorylation (élimination d'un groupe phosphate).

Fonctionnalités:Nucléosidesnucléotides
RôleCapable de former des nucléotides par le processus de phosphorylationCe sont les unités monomères des acides nucléiques (ADN ou ARN) présents dans presque toutes les cellules d'un organisme
Composition structurelleIls sont composés d'un sucre ribose et d'une base azotéeIls sont composés d'un sucre ribose, d'une base azotée et d'un groupe phosphate
Importance physiologiqueIls ont un immense potentiel antiviral et anticancéreuxTout changement dans la séquence ou la structure des nucléotides peut conduire à diverses mutations dans un organisme pouvant entraîner plusieurs anomalies (absence d'une protéine ou d'une enzyme qui altère la physiologie)
Tableau: Différence entre nucléoside et nucléotide

Nucléoside triphosphate

Les nucléosides triphosphates sont des substances chimiques qui contiennent une base azotée (purine ou pyrimidine), une molécule de sucre à cinq carbones (désoxyribose ou ribose) et trois groupes phosphate. Les nucléosides triphosphates servent d'unité monomère pour synthétiser les acides nucléiques (ADN ou ARN).

Les nucléosides triphosphates sont impliqués dans les voies de signalisation cellulaire. Ils agissent également comme une source d'énergie pour l'exécution des fonctions vitales du corps (ATP; l'adénosine triphosphate est un nucléoside triphosphate appelé monnaie énergétique de la cellule).

Les nucléosides triphosphates sont généralement formés à l'intérieur des cellules de notre corps car ils ont une très mauvaise absorption intestinale. 

triphosphate
Figure: Les purines et les pyrimidines forment des nucléosides mono, di et triphosphates https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c4/Figure_14_02_01.jpg

Les nucléosides peuvent être convertis en nucléotides par le processus de phosphorylation facilité par l'action de kinases cellulaires spécifiques. Lors de la phosphorylation, le groupe phosphate est ajouté au groupe alcool primaire du sucre ribose.

Désoxyribose nucléoside triphosphate | nucléoside 5 triphosphate | réplication de l'ADN du nucléoside triphosphate

Les nucléosides triphosphates contenant du désoxyribose sont connus sous le nom de désoxyribonucléoside triphosphate (dNTP). Avant d'être incorporés dans l'ADN, les deux groupes phosphate du nucléoside triphosphate sont clivés. Le monophosphate de nucléoside résultant (nucléotide) entre dans le Fragment d'ADN en cours de synthèse lors de la réplication de l'ADN.

Il existe généralement cinq types de nucléotides trouvés dans l'ADN ou l'ARN

  •            le désoxyuridine triphosphate (dUTP) se trouve exclusivement dans l'ARN
  •            le désoxythymidine triphosphate (dTTP) ne se trouve que dans l'ADN
  •            le triphosphate de désoxyguanosine (dGTP) se trouve à la fois dans l'ADN et l'ARN
  •            le désoxycytidine triphosphate (dCTP) se trouve à la fois dans l'ADN et l'ARN
  •            le désoxyadénosine triphosphate (dATP) se trouve à la fois dans l'ADN et l'ARN

Les nucléosides triphosphates de désoxyribose mentionnés ci-dessus se trouvent en abondance dans le génome de chaque organisme, tandis que certains dNTP moins courants sont introduits dans l'ADN à des fins diverses. Les dNTP moins courants comprennent les nucléotides artificiels et les formes tautomères des dNTP naturels.

L'incorporation des formes tautomères des dNTP dans l'ADN entraîne une discordance des paires de bases pendant le processus de réplication de l'ADN. 

Supposons que la forme tautomère de la cytosine soit incorporée dans l'ADN au lieu de la cytosine. Dans ce cas, la forme tautomère de la cytosine forme trois liaisons avec l'adénine. Il en résulte une discordance (la cytosine forme une paire de bases complémentaire avec la guanine, si elle forme une paire avec l'adénine, alors elle sera considérée comme une discordance). Cette discordance modifie la séquence des paires de bases d'ADN chez l'individu et aboutit finalement à une mutation. 

La thymine est produite par la désamination de la 5-méthylcytosine chez les eucaryotes. Cela crée également un décalage qui peut être reconnu par ADN polymérase III et excisé par son activité d'exonucléase prime 3' à 5'. L'activité exonucléase est également connue sous le nom d'activité de relecture qui identifie le décalage et le remplace par le dNTP correct.

Les quatre types de dNTP (dGTP, dCTP, dTTP et dATP) sont uniquement impliqués dans le processus de réplication et de réparation de l'ADN. le bon équilibre et l'appariement correct de bases complémentaires sont nécessaires pour la synthèse précise de l'ADN. 

Les dNTP mentionnés ci-dessus ne sont présents qu'en quantités infimes dans une cellule eucaryote, suffisantes pour la Processus de réplication de l'ADN. Ils sont présents en petites quantités car l'enzyme ribonucléotide réductase (RNR) n'est activée que lorsque les cellules entrent dans la phase S du cycle cellulaire. Le RNR est responsable de la conversion des ribonucléotides en désoxyribonucléotides et des ribonucléotides diphosphates en désoxyribonucléotides diphosphates. Une légère augmentation ou diminution des quantités de ces dNTP peut entraîner des mutations dans l'ADN. 

L'activité de l'enzyme RNR est fortement régulée. L'activité RNR est régulée allostériquement par le dATP. Il est activé en présence de dGTP, dTTP et dATP, et il subit une rétro-inhibition par le dATP. L'expression du RNR et de l'activité est relativement faible dans les cellules présentes en phase G1 et les cellules non en division. L'activité du RNR et le niveau d'expression augmentent pendant le processus de réparation de l'ADN et la phase S du cycle cellulaire.

L'activité RNR est également régulée par la stabilité des protéines des sous-unités RNR, la transcription de plusieurs gènes associés au cycle cellulaire et certaines protéines inhibitrices spécifiques du RNR.

Outre leur fonction dans la synthèse de l'ADN, l'adénosine-5-triphosphate, avec d'autres nucléoside-5-triphosphates, agit comme substrat dans les réactions catalysées par des enzymes du processus métabolique central. 

L'ATP est-il un nucléoside?

Une molécule d'ATP a trois composants structurels : une base azotée (adénine), un sucre ribose et trois groupes phosphate ; c'est donc un nucléotide. L'ATP ou adénosine-5-triphosphate est la principale molécule de transfert et de stockage d'énergie pour les processus cellulaires (d'où l'appellation de monnaie énergétique). A l'intérieur de la liaison pyrophosphate (liaison à haute énergie présente dans l'ATP), l'énergie est stockée, utilisée pour les réactions métaboliques cellulaires, transport actif et d'autres processus cellulaires consommateurs d'énergie.

Chaque organisme consomme de la nourriture pour obtenir de l'énergie grâce au processus de respiration. Cette énergie reçue est stockée sous forme d'ATP. Alors que les plantes transforment l'énergie lumineuse en énergie chimique, cette énergie est également stockée et utilisée dans l'ATP. 

Les trois groupes phosphate sont reliés entre eux par des liaisons phosphoanhydride (liaisons à haute énergie). Rupture de la liaison phosphoanhydride par le processus d'hydrolyse pour libérer de l'énergie. Le même cours de réaction de l'hydrolyse de l'ATP est mentionné ci-dessous:

ATP -> ADP + Pi + Énergie

En outre, l'ADP (adénosine diphosphate) possède également une liaison phosphoanhydride; ainsi, il peut également subir une hydrolyse pour libérer plus d'énergie. Le même cours de réaction de l'hydrolyse de l'ADP est mentionné ci-dessous:

ADP -> AMP + Pi + Énergie

L'AMP (adénosine monophosphate) formé dans la réaction ne peut pas subir d'hydrolyse car il est dépourvu de liaison phosphoanhydride. Cet AMP est à nouveau recyclé en ADP et ATP lorsque la cellule gagne de l'énergie grâce à la respiration. Les réactions métaboliques cellulaires utilisent et recyclent l'AMP, l'ADP et l'ATP en continu. 

Guanine nucléoside | nucléoside désoxyguanosine | nucléoside nucléotide et acide nucléique

Parmi les quatre nucléo-bases présentes dans l'ARN ou l'ADN, la guanine en fait partie. La guanine forme une paire de bases complémentaire avec la cytosine d'un autre brin polynucléotidique par trois liaisons hydrogène. Le nucléoside guanine est également connu sous le nom de guanosine. La guanine est un dérivé de purine de formule générale C5H5N5O. La guanine contient des noyaux imidazole et pyrimidine fusionnés via des doubles liaisons conjuguées. La molécule bicyclique de guanine est un rabot en raison de son arrangement insaturé.

La désoxyguanosine est l'un des quatre désoxyribonucléosides constitutifs trouvés dans l'ADN. la désoxyguanosine est composée de base azotée guanine (purine nucléobase) et de sucre désoxyribose à cinq atomes de carbone. La base guanine est liée par l'atome d'azote N9 à l'atome de carbone C1 du sucre désoxyribose. 

La désoxyguanosine a une structure de charpente de base similaire à la guanosine, mais à la position 2 'du sucre ribose, le groupe hydroxyle est manquant (donc appelé désoxyribose). La désoxyguanosine forme de la désoxyguanosine monophosphate lorsqu'un groupe phosphate se fixe à la position 5 'du sucre désoxyribose présent dans la désoxyguanosine.

Nucléoside diphosphate kinase

Elle est également connue sous le nom de nucléoside diphosphokinase ou polynucléotide kinase. C'est une protéine homo-hexamérique (constituée de 6 sous-unités identiques) composée de 152 acides aminés. Il a 17.7 kilodaltons (KDa) (un dalton est égal à une unité de masse atomique). Cette enzyme se trouve dans les mitochondries et le cytoplasme. 

La nucléoside diphosphate kinase catalyse le transfert réversible du groupe phosphate entre différents nucléoside diphosphate (NDP) et nucléoside triphosphate (NTP). Le nucléoside triphosphate donne le groupe phosphate (donneur) tandis que le nucléoside diphosphate accepte le groupe phosphate (accepteur).

La réaction catalysée par la nucléoside diphosphate kinase suit un mécanisme de ping-pong.

YDP + ZTP -> YTP + ZDP

Ici, Y et Z représentent différentes bases azotées

Structure du NDPK
Figure: Structure cristalline de la nucléoside diphosphate kinase
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:NDPK_structure_.jpg

L'équilibre entre les différents nucléoside triphosphates est maintenu par la nucléoside diphosphate kinase; il a également un impact sur l'expression des gènes, l'endocytose, la transduction du signal et d'autres processus cellulaires. 

Transporteur nucléosidique concentré

Les transporteurs nucléosidiques concentrés comprennent trois protéines structurales chez l'homme qui sont à savoir, SLC28A1, SLC28A2 et SLC28A3. SLC28A2 est le co-transporteur du nucléoside Na + spécifique de la purine parmi ces trois protéines constitutives. Le transporteur nucléosidique concentratif est situé sur la membrane canaliculaire biliaire. Cependant, SLC28A1 transporte sélectivement les nucléosides d'adénosine et de pyrimidine. SLC28A1 est un transporteur de nucléosides dépendant du sodium. SLC28A1 est également impliqué dans le transport d'analogues nucléosidiques antiviraux comme la zalcitanine, la zidovudine, etc.

Alpha mem sans nucléosides

Le milieu essentiel minimal alpha (MEM-α) est largement utilisé pour les cellules transfectées DHFR-négatives (dihydrofolate réductase) et la culture de cellules de mammifères. Le MEM-a peut être utilisé avec des cellules de mammifères adhérentes, des cellules de mélanome humain, des astrocytes primaires de rat, des kératinocytes et diverses suspensions. MEM-α est généralement modifié à des fins diverses pour leurs applications étendues de culture cellulaire.

Les modifications générales effectuées dans MEM-α sont les suivantes:

  •            MEM-α est souvent utilisé avec la L-glutamine et le rouge de phénol
  •            La L-glutamine peut également être utilisée sans désoxyribonucléosides et ribonucléosides

Le milieu essentiel minimum (MEM) est modifié en ajoutant de l'acide ascorbique, de la biotine, de la vitamine B12, de l'acide lipoïque, du pyruvate de sodium et d'autres acides aminés non essentiels pour produire du MEM-α. 

Le MEM-α sans nucléosides est également disponible comme milieu sélectif pour les cellules DHFR-négatives et les cellules DG44 [dérivées de cellules d'ovaire de hamster chinois (CHO)].

Le MEM-α est composé de sels d'Earle (sels de calcium et de magnésium, tampon bicarbonate et rouge de phénol) et ne contient pas de facteurs de croissance, de lipides et de protéines. Ainsi, MEM-a nécessite une supplémentation de 10% de FBS (sérum bovin fœtal) pour une croissance cellulaire appropriée. MEM-α a également besoin d'un environnement de 5 à 10% de CO2 pour maintenir le pH physiologique du milieu de culture et d'un système de tampon bicarbonate. 

Conclusions

Dans cet article, la structure de base du nucléoside est discutée ainsi que son importance en tant que milieu de croissance.

FAQ

Q1 Que sont le nucléotide et le nucléoside?

Réponse La différence la plus fondamentale entre un nucléotide et un nucléoside est la présence d'un groupe phosphate. Le nucléoside a une base azotée et un sucre ribose tandis qu'un nucléotide a une base azotée, un sucre ribose et un groupe phosphate.

 Q2 Quelle est la fonction principale de l'acide nucléique?

Réponse la fonction principale des acides nucléiques est de stocker toute l'information génétique d'un organisme. 

L'acide nucléique est également responsable de la transmission des informations génétiques des parents aux descendants.

Q3 Quelles sont les trois fonctions principales des acides nucléiques?

Réponse Les trois principales fonctions des acides nucléiques sont les suivantes:

  • Il stocke des informations génétiques
  • Il transmet les informations génétiques des parents aux descendants
  • Il est impliqué dans la synthèse de l'ARN, qui a un rôle direct dans la synthèse des protéines.

Q4 Utilisations des nucléosides triphosphates?

Réponse Les nucléoside triphosphates ou nucléotides (nucléoside phosphorylé) servent d'unités monomères pour la synthèse d'ADN ou d'ARN par le processus de réplication et de transcription, respectivement. Les nucléosides triphosphates jouent également un rôle dans la signalisation cellulaire et les réactions métaboliques.

Q5 Énumérez les nucléosides couramment synthétisés à l'intérieur de notre corps?

Réponse Il existe six types de nucléosides fondamentaux qui sont synthétisés dans notre corps. L'inosine, l'uridine, la cytidine, la thymidine, la guanosine et l'adénosine sont les nucléosides les plus synthétisés dans notre corps.

Q6 Comment les nucléosides sont-ils transportés?

Réponse Les nucléosides sont transportés par des transporteurs de nucléosides concentrés. Certains des nucléosides atteignent leur cible par co-transport, comme dans le transport via SLC28A2. Alors que SLC28A1 transporte sélectivement nucléosides pyrimidiques et adénine.

Q7 La fonction de la nucléoside diphosphate kinase?

Réponse La nucléoside diphosphate kinase catalyse le transfert du groupe phosphate entre le NTP (nucléoside triphosphate) et le NDP (nucléoside diphosphate). Il est également connu sous le nom de polynucléotide kinase. La nucléoside diphosphate kinase catalyse une réaction par un mécanisme de ping-pong.

Q8 Qu'est-ce que MEM?

Réponse Le milieu essentiel minimum (MEM) est largement accepté pour la croissance des cellules. Il contient un milieu basal connu sous le nom de milieu Eagle avec des nutriments essentiels. MEM est utilisé pour cultiver des cellules en monocouches.     

Q9 Pourquoi FBS est utilisé avec MEM

Réponse Le MEM est souvent utilisé avec le 10% de FBS (sérum bovin fœtal) pour compléter la croissance cellulaire appropriée. Parfois, il nécessite également une atmosphère de 5 à 10% de CO2 pour maintenir le pH physiologique approprié.

Q10 Composition de MEM alpha

Réponse Le MEM alpha contient généralement de la L-glutamine, du rouge de phénol, 10% de FBS (sérum bovin fœtal) et 5 à 10% d'environnement de CO2. Il n'inclut pas les lipides, les protéines et les facteurs de croissance. MEM contient également des sels d'Earle (sels de calcium et de magnésium avec tampon bicarbonate).

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