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14.4: Structure de l'ARN
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RNA Structure
 
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14.4: RNA Structure

14.4: Structure de l'ARN

Overview

The basic structure of RNA consists of a five-carbon sugar and one of four nitrogenous bases. Although most RNA is single-stranded, it can form complex secondary and tertiary structures. Such structures play essential roles in the regulation of transcription and translation.

Different Types of RNA Have the Same Basic Structure

There are three main types of ribonucleic acid (RNA): messenger RNA (mRNA), transfer RNA (tRNA), and ribosomal RNA (rRNA). All three RNA types consist of a single-stranded chain of nucleotides. Each nucleotide is composed of the five-carbon sugar ribose. The carbon molecules of ribose are numbered one through five. Carbon number five carries a phosphate group and carbon number one a nitrogenous base.

There are four nitrogenous bases in RNA—adenine (A), guanine (G), cytosine (C), and uracil (U). Uracil is the only base in RNA that is not present in DNA, which uses thymine (T) instead. During transcription, RNA is synthesized from a DNA template based on complementary binding of the new RNA bases to the DNA bases; A binds to T, G binds to C, C binds to G, and U binds to A.

RNA Assembly Is Unidirectional

Like DNA, adjacent nucleotides in RNA are linked together through phosphodiester bonds. These bonds form between the phosphate group of one nucleotide and a hydroxyl (–OH) group on the ribose of the adjacent nucleotide.

This structure lends RNA its directionality—that is, the two ends of the chain of nucleotides are different. Carbon number five of ribose carries an unbound phosphate group which gives rise to the name 5’ end (read five prime). The last ribose at the other end of the nucleotide chain has a free hydroxyl (–OH) group at carbon number 3; hence, this end of the RNA molecule is called 3’ end. As nucleotides are added to the chain during transcription, the 5’ phosphate group of the new nucleotide reacts with the 3’ hydroxyl group of the growing chain. Therefore, RNA is always assembled in the 5’ to 3’ direction.

RNA Can Form Secondary Structures

Secondary structures are formed by complementary base pairing between distant nucleotides on the same single-stranded RNA. Hairpin loops are formed by complementary pairing of bases within 5-10 nucleotides of each other. Stem-loops are formed by pairing of bases that are separated by 50 to hundreds of nucleotides. In prokaryotes, these secondary structures function as transcriptional regulators. For instance, a hairpin loop can serve as a termination signal such that when transcription enzymes encounter this structure, they detach from the mRNA and transcription stops. Stem-loops or hairpin loops at the 3’ or 5’ ends also regulate mRNA stability in eukaryotes by preventing the binding of ribonucleases—enzymes that degrade RNA.

Secondary structures can form more complicated tertiary structures called pseudoknots. Pseudoknots are formed when bases in the loop regions of secondary structures interact with complementary bases outside the loop. These tertiary structures play essential roles in RNA structure and function.

The Secondary and Tertiary Structure of tRNA Enables Protein Synthesis

tRNAs serve as adaptor molecules during the translation of mRNA into proteins. At one end, tRNAs carry an amino acid. At the other end, they bind to an mRNA codon—a sequence of three nucleotides that encodes a specific amino acid. tRNA molecules are usually 70-80 nucleotides long and fold into a stem-loop structure that resembles a cloverleaf. Three of the four stems have loops containing 7-8 bases. The fourth stem is unlooped and includes the free 5’ and 3’ ends of the RNA strand. The 3’ end acts as the amino acid acceptor site.

The three-dimensional structure of tRNA is L-shaped, with the amino acid binding site at one end and an anticodon at the other end. Anticodons are sequences of three nucleotides that are complementary to the mRNA codon. This peculiar shape of the tRNA enables it to bind to ribosomes, where protein synthesis occurs.

Aperçu

La structure de base de l’ARN se compose d’un sucre à cinq carbones et d’une des quatre bases azotées. Bien que la plupart des ARN soient à un seul brin, ils peuvent former des structures secondaires et tertiaires complexes. Ces structures jouent un rôle essentiel dans la régulation de la transcription et de la traduction.

Différents types d’ARN ont la même structure de base

Il existe trois principaux types d’acide ribonucléique (ARN) : arn messager (ARNm), ARN de transfert (ARN t) et ARN ribosomal (ARN). Les trois types d’ARN se composent d’une chaîne à brin unique de nucléotides. Chaque nucléotide est composé de la ribose de sucre à cinq carbones. Les molécules de carbone des riboses sont numérotées de un à cinq. Le carbone numéro cinq transporte un groupe de phosphate et le carbone numéro un une base azotée.

Il existe quatre bases azotées dans l’ARN : l’adénine (A), la guanine (G), la cytosine (C) et l’uracil (U). Uracil est la seule base dans l’ARN qui n’est pas présent dans l’ADN, qui utilise la thymine (T) à la place. Pendant la transcription, l’ARN est synthétisé à partir d’un modèle d’ADN basé sur la liaison complémentaire des nouvelles bases d’ARN aux bases d’ADN; Une liaison se lie à T, G se lie à C, C se lie à G et U se lie à A.

L’assembly ARN est unidirectionnel

Comme l’ADN, les nucléotides adjacents dans l’ARN sont liés entre eux par des liaisons phosphodiester. Ces liaisons se forment entre le groupe de phosphate d’un nucléotide et un groupe d’hydroxyle (–OH) sur le ribose du nucléotide adjacent.

Cette structure confère à l’ARN sa directionnalité, c’est-à-dire que les deux extrémités de la chaîne des nucléotides sont différentes. Le carbone numéro cinq de la ribose porte un groupe de phosphate non lié qui donne lieu à l’extrémité de nom 5' (lire cinq nombres premiers). Le dernier ribose à l’autre extrémité de la chaîne de nucléotide a un groupe d’hydroxyle libre (–OH) au numéro de carbone 3; par conséquent, cette extrémité de la molécule d’ARN est appelée 3' fin. Au fur et à mesure que des nucléotides sont ajoutés à la chaîne pendant la transcription, le groupe de phosphate de 5' du nouveau nucléotide réagit avec le groupe hydroxyle de 3' de la chaîne de croissance. Par conséquent, l’ARN est toujours assemblé dans la direction de 5' à 3'.

L’ARN peut former des structures secondaires

Les structures secondaires sont formées par l’appariement de base complémentaire entre les nucléotides éloignés sur le même ARN à brin unique. Les boucles d’épingle à cheveux sont formées par l’appariement complémentaire des bases dans 5-10 nucléotides les uns des autres. Les boucles de tige sont formées par l’appariement des bases qui sont séparées par 50 à des centaines de nucléotides. Chez les procaryotes, ces structures secondaires fonctionnent comme régulateurs transcriptionnels. Par exemple, une boucle d’épingle à cheveux peut servir de signal de terminaison de telle sorte que lorsque les enzymes de transcription rencontrent cette structure, elles se détachent de l’ARNm et la transcription s’arrête. Les boucles de tige ou les boucles d’épingle à cheveux aux extrémités de 3 ou 5' régulent également la stabilité de l’ARNm dans les eucaryotes en empêchant la liaison des ribonucléases, enzymes qui dégradent l’ARN.

Les structures secondaires peuvent former des structures tertiaires plus compliquées appelées pseudoknots. Les pseudoknots sont formés lorsque les bases dans les régions de boucle des structures secondaires interagissent avec des bases complémentaires en dehors de la boucle. Ces structures tertiaires jouent un rôle essentiel dans la structure et la fonction de l’ARN.

La structure secondaire et tertiaire de l’ARN t permet la synthèse des protéines

Les ARNT servent de molécules d’adaptateur lors de la traduction de l’ARNm en protéines. À une extrémité, les ARNT sont porteurs d’un acide aminé. À l’autre extrémité, ils se lient à un codon d’ARNm — une séquence de trois nucléotides qui code un acide aminé spécifique. les molécules de tRNA sont habituellement 70-80 nucléotides de long et se plient dans une structure de tige-boucle qui ressemble à une feuille de trèfle. Trois des quatre tiges ont des boucles contenant 7-8 bases. La quatrième tige est non en boucle et comprend les extrémités libres de 5' et 3' du brin d’ARN. La fin de 3' agit comme le site d’acceptation d’acides aminés.

La structure tridimensionnelle de l’ARNt est en forme de L, avec le site de liaison d’acides aminés à une extrémité et un anticodon à l’autre extrémité. Les anticodons sont des séquences de trois nucléotides qui sont complémentaires au codon de l’ARNm. Cette forme particulière de l’ARnt lui permet de se lier aux ribosomes, où la synthèse des protéines se produit.


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