3.5 : Acides nucléiques

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ADN et ARN

Les deux principaux types d’acides nucléiques sont l’acide désoxyribonucléique (ADN) et l’acide ribonucléique (ARN). L’ADN est le matériel génétique présent dans tous les organismes vivants, des bactéries unicellulaires aux mammifères multicellulaires. On le trouve dans le noyau des eucaryotes et dans les organites, les chloroplastes et les mitochondries. Chez les procaryotes, l’ADN n’est pas enfermé dans une enveloppe membraneuse.

L’ensemble du contenu génétique d’une cellule est appelé son génome, et l’étude des génomes est la génomique. Dans les cellules eucaryotes, mais pas chez les procaryotes, l’ADN forme un complexe avec les protéines histones pour former la chromatine, la substance des chromosomes eucaryotes. Un chromosome peut contenir des dizaines de milliers de gènes. De nombreux gènes contiennent les informations nécessaires à la fabrication de produits protéiques ; d’autres gènes codent pour des produits ARN. L’ADN contrôle toutes les activités cellulaires en activant ou désactivant les gènes. »

L’autre type d’acide nucléique, l’ARN, intervient surtout dans la synthèse des protéines. Les molécules d’ADN ne quittent jamais le noyau, mais utilisent un intermédiaire pour communiquer avec le reste de la cellule. Cet intermédiaire est l’ARN messager (ARNm). D’autres types d’ARN – comme l’ARNr, l’ARNt et le micro-ARN – sont impliqués dans la synthèse des protéines et sa régulation.

L’ADN et l’ARN sont constitués de monomères appelés nucléotides. Les nucléotides se combinent entre eux pour former un polynucléotide, ADN ou ARN. Chaque nucléotide est composé de trois éléments : une base azotée, un sucre pentose (à cinq carbones) et un groupe phosphate (figure \(\PageIndex{1}\)). Chaque base azotée d’un nucléotide est attachée à une molécule de sucre, qui est attachée à un ou plusieurs groupes phosphate.

La structure moléculaire d'un nucléotide est représentée. Le noyau du nucléotide est un pentose dont les résidus de carbone sont numérotés de un à cinq. La base est attachée au carbone de rang un, et le phosphate est attaché au carbone de rang cinq. On trouve deux types de pentose dans les nucléotides : le ribose et le désoxyribose. Le désoxyribose possède un H au lieu d'un OH en position deux. On trouve cinq types de bases dans les nucléotides. Deux d'entre elles, l'adénine et la guanine, sont des bases puriques avec deux anneaux fusionnés. Les trois autres, la cytosine, la thymine et l'uracile, possèdent un cycle à six chaînons.
Figure \(\PageIndex{1}\) : Un nucléotide est constitué de trois composants : une base azotée, un sucre pentose et un ou plusieurs groupes phosphates. Les résidus carbonés du pentose sont numérotés de 1′ à 5′ (le nombre premier distingue ces résidus de ceux de la base, qui sont numérotés sans utiliser de notation première). La base est attachée à la position 1′ du ribose, et le phosphate est attaché à la position 5′. Lorsqu’un polynucléotide est formé, le phosphate 5′ du nucléotide entrant se fixe au groupe hydroxyle 3′ à l’extrémité de la chaîne en croissance. Deux types de pentose sont présents dans les nucléotides, le désoxyribose (présent dans l’ADN) et le ribose (présent dans l’ARN). Le désoxyribose a une structure similaire à celle du ribose, mais il possède un H au lieu d’un OH en position 2′. Les bases peuvent être divisées en deux catégories : les purines et les pyrimidines. Les purines ont une structure à double cycle, et les pyrimidines ont un seul cycle.

Les bases azotées, composants importants des nucléotides, sont des molécules organiques et sont ainsi nommées car elles contiennent du carbone et de l’azote. Elles sont des bases parce qu’elles contiennent un groupe amino qui a la possibilité de se lier à un hydrogène supplémentaire, et donc, de diminuer la concentration en ions hydrogène dans son environnement, ce qui les rend plus basiques. Chaque nucléotide de l’ADN contient l’une des quatre bases azotées possibles : adénine (A), guanine (G) cytosine (C) et thymine (T).

L’adénine et la guanine sont classées parmi les purines. La structure primaire d’une purine est constituée de deux cycles carbone-azote. La cytosine, la thymine et l’uracile sont classés dans la catégorie des pyrimidines dont la structure primaire est constituée d’un seul cycle carbone-azote (figure \(\PageIndex{1}\)). Différents groupes fonctionnels sont attachés à chacun de ces cycles carbone-azote de base. En sténographie de biologie moléculaire, les bases azotées sont simplement connues par leurs symboles A, T, G, C et U. L’ADN contient A, T, G et C tandis que l’ARN contient A, U, G et C.

Le sucre pentose de l’ADN est le désoxyribose, et dans l’ARN, le sucre est le ribose (figure \(\PageIndex{1}\)). La différence entre ces deux sucres réside dans la présence d’un groupe hydroxyle sur le deuxième carbone du ribose et d’un hydrogène sur le deuxième carbone du désoxyribose. Les atomes de carbone de la molécule de sucre sont numérotés 1′, 2′, 3′, 4′ et 5′ (1′ se lit comme  » un premier « ). Le résidu phosphate est attaché au groupe hydroxyle du carbone 5′ d’un sucre et au groupe hydroxyle du carbone 3′ du sucre du nucléotide suivant, ce qui forme une liaison phosphodiester 5′-3′. La liaison phosphodiester n’est pas formée par simple réaction de déshydratation comme les autres liaisons reliant les monomères des macromolécules : sa formation implique l’élimination de deux groupes phosphates. Un polynucléotide peut comporter des milliers de ces liaisons phosphodiester.