Les bases azotées, ou bases nucléiques, ou bases nucléotidiques, voire nucléobases, sont des composés organiquesazotés présents dans les acides nucléiques sous forme de nucléotides dans lesquels elles sont liées à un ose, le ribose dans le cas de l'ARN et le désoxyribose dans le cas de l'ADN. En génétique, on les désigne souvent simplement comme les bases des acides nucléiques. Elles jouent un rôle déterminant dans le stockage, l'expression et la transmission de l'information génétique en raison de leur aptitude particulière à s'apparier pour former des structures complémentaires. Sous forme de nucléotides, elles sont également indispensables au métabolisme énergétique des cellules, et l'une d'entre elles, l'adénine, intervient dans de nombreux processus biochimiques essentiels en formant des coenzymes. Elles sont désignées comme bases en référence à leurs propriétés acido-basiques caractérisées lors de leur découverte, mais leur nature basique n'intervient pas particulièrement dans leur fonction biologique fondamentale liée à l'hérédité.
Bases canoniques des acides nucléiques
Les cinq bases principales, ou canoniques, sont l'adénine, la cytosine, la guanine, la thymine et l'uracile, respectivement symbolisées par A, C, G, T et U. Parmi ces cinq bases, A, C, G et T sont les quatre bases de l'ADN, tandis que A, C, G et U sont les quatre bases de l'ARN. La thymine et l'uracile sont semblables à la différence près que la thymine possède un groupeméthyle sur l'atome de carbone 5. La guanine et l'adénine appartiennent à la famille des purines, qui sont symbolisées par R et sont des composés bicycliques comprenant deux hétérocycles à cinq et six atomes, tandis que la cytosine, la thymine et l'uracile sont des pyrimidines, qui sont symbolisées par Y et sont des composés monocycliques comprenant un hétérocycle à six atomes. Il existe par ailleurs d'autres bases, qui n'entrent pas dans la constitution des acides nucléiques et sont dites bases non canoniques.
Dans la double hélice d'ADN, les bases s'apparient au moyens de liaisons hydrogène qui maintiennent les deux brinsantiparallèles ensemble, une base purique s'appariant à une base pyrimidique. La cytosine et la guanine forment une paire de bases unies par trois liaisons hydrogène, tandis que l'adénine et la thymine forment une paire de bases unies par deux liaisons hydrogène.
L'analyse des séquences d'acides nucléiques rend parfois nécessaire de représenter une ou plusieurs bases en fonction de caractéristiques particulières. À cette fin, l'IUBMB a défini une nomenclature précise :
La formation de phosphoribosylpyrophosphate (PRPP, ou 5-phospho-α-D-ribose-1-diphosphate) par la PRPP synthétase est l'étape régulatrice clé de la biosynthèse des purines. Cette enzyme est activée par le phosphate inorganique et inhibée par les nucléotides puriques. Le PRPP est ensuite converti en inosine monophosphate (IMP), nucléotide dont la base est l'hypoxanthine et qui est formé à partir du PRPP au terme de plus d'une dizaine de transformations chimiques. Enfin, les autres nucléotides puriques sont formés à partir de l'IMP[2] :
Diverses enzymes interviennent pour dégrader les nucléotides puriques. Ce sont tout d'abord des nucléotidases, qui hydrolysent les nucléotides en libérant le groupe phosphate et le nucléoside correspondant. Ce dernier est ensuite à son tour hydrolysé par une purine nucléoside phosphorylase afin de libérer le ribose-1-phosphate et la base correspondant au nucléoside : adénine dans le cas de l'adénosine, guanine dans le cas de la guanosine et hypoxanthine dans le cas de l'inosine. Cette dernière peut être formée à partir d'adénosine sous l'action de l'adénosine désaminase, ou à partir de l'AMP sous l'action de l'AMP désaminase pour donner de l'IMP, clivé par la suite en phosphate et en inosine par une nucléotidase.
Outre les nucléosides à guanine, cytosine, adénine, thymine et uracile, il existe dans les ADN et ARN des nucléosides modifiés après leur incorporation dans les acides nucléiques. Dans l'ADN, la base modifiée la plus courante est la 5-méthylcytosine, dont le nucléoside est la 5-méthylcytidine (m5C). Dans l'ARN, et particulièrement les ARN de transfert, les nucléosides les plus fréquents sont la pseudouridine (Ψ), la dihydrouridine (DHU), l'inosine (I) et la 7-méthylguanosine (m7G).
La xanthine et l'hypoxanthine, dont les nucléosides correspondants sont la xanthosine et l'inosine, sont formées en présence de mutagènes à partir de la guanine et de l'adénine respectivement[4]. De façon semblable, la désamination de la cytosine forme de l'uracile, ce qui est potentiellement mutagène dans la mesure où l'uracile peut s'apparier avec l'adénine alors que la cytosine s'apparie avec la guanine. Également, le même phénomène peut survenir avec la 5-méthylcytosine, générant la thymine par la désamination, qui s'apparie subséquemment à l'adénine plutôt qu'à la guanine.
↑(en) Michael P. Callahan, Karen E. Smith, H. James Cleaves II, Josef Ruzicka, Jennifer C. Stern, Daniel P. Glavin, Christopher H. House et Jason P. Dworkin, « Carbonaceous meteorites contain a wide range of extraterrestrial nucleobases », Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, vol. 108, no 34, , p. 13995-13998 (PMID21836052, PMCID3161613, DOI10.1073/pnas.1106493108, Bibcode2011PNAS..10813995C, lire en ligne)
↑(en) Aaron S. Burton, Jennifer C. Stern, Jamie E. Elsila, Daniel P. Glavin et Jason P. Dworkin, « Understanding prebiotic chemistry through the analysis of extraterrestrial amino acids and nucleobases in meteorites », Chemical Society Reviews, vol. 41, no 16, , p. 5459-5472 (PMID22706603, DOI10.1039/C2CS35109A, lire en ligne)
