21.9: Acides nucléiques
Les acides nucléiques sont les macromolécules les plus importantes pour la continuité de la vie. Ils portent le plan génétique de la cellule et portent des instructions pour son fonctionnement.
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 de tous les organismes vivants, allant des bactéries unicellulaires aux mammifères multicellulaires. Il se trouve dans le noyau des eucaryotes et dans les organelles, les chloroplastes et les mitochondries. Chez les procaryotes, l'ADN n'est pas enfermé dans une enveloppe membraneuse.
L'ensemble du contenu génétique de la cellule est son génome, et l'étude des génomes est la génomique. Dans les cellules d'eucaryotes mais pas dans les procaryotes, l'ADN forme un complexe avec des protéines histones pour former la chromatine, substance des chromosomes d'eucaryotes. Un chromosome peut contenir des dizaines de milliers de gènes. De nombreux gènes contiennent l'information pour fabriquer des protéines. D'autres gènes codent pour les produits ARN. L’ADN contrôle toutes les activités cellulaires en activant ou désactivant les gènes.
L'autre type d'acide nucléique, l'ARN, est surtout impliqué dans la synthèse des protéines. Les molécules d'ADN ne quittent jamais le noyau mais utilisent plutôt 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 microARN, sont impliqués dans la synthèse et la régulation des protéines.
L'ADN et l'ARN se composent de monomères appelés nucléotides. Trois composantes comprennent chaque nucléotide : une base azotée, un sucre pentose (cinq-carbones) et un groupe phosphate. Chaque base azotée d'un nucléotide est fixée à une molécule de sucre, qui est fixée à un ou plusieurs groupes phosphates. Les bases azotées, constituants importants des nucléotides, sont des molécules organiques et sont ainsi nommées parce qu'elles contiennent du carbone et de l'azote. Elles sont des bases parce qu'elles contiennent un groupe aminé qui a le potentiel de fixer un hydrogène supplémentaire, et donc de diminuer la concentration d'ions hydrogène dans son environnement, ce qui le rend plus basique. Chaque nucléotide de l'ADN contient l'une des quatre bases azotées possibles : l'adénine (A), la guanine (G), la cytosine (C) et la thymine (T). L'adénine et la guanine sont classées comme des purines. La structure primaire de la purine est constituée de deux cycles carbone-azote. La cytosine, la thymine et l'uracile sont classées comme des pyrimidines dont la structure primaire est composée d'un seul cycle carbone-azote. Chacun de ces cycles carbone-azote basiques a des groupes fonctionnels différents qui sont fixés à lui. En biologie moléculaire, nous connaissons les bases azotées par leurs symboles A, T, G, C et U. L'ADN contient A, T, G et C ; alors que, L'ARN contient A, U, G et C.
Le sucre pentose dans l'ADN est le désoxyribose, et dans l'ARN, le sucre est le ribose. La différence entre les sucres est la présence du groupe hydroxyle sur le deuxième carbone du ribose et de l'hydrogène sur le deuxième carbone du désoxyribose. Le résidu phosphate se fixe 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′.
Structure à double hélice de l'ADN
L'ADN a une structure en double hélice. Le sucre et le phosphate se trouvent à l'extérieur de l'hélice, formant le squelette de l'ADN. Les bases azotées sont empilées à l'intérieur, comme une paire de marches d'escalier. Les liaisons hydrogène relient les paires entre elles. Chaque paire de bases de la double hélice est séparée de la paire de bases suivante par 0,34 nm. Les deux brins de l'hélice s'exécutent dans des directions opposées, ce qui signifie que l'extrémité carbone 5′ d'un brin sera orientée vers l'extrémité carbone 3′ de son brin correspondant. Seuls certains types d'appariement de bases sont autorisés : A peut se coupler avec T et G peut se coupler avec C. Il s'agit de la règle des bases complémentaires. En d'autres termes, les brins d'ADN sont complémentaires.
ARN
L'acide ribonucléique, ou ARN, est principalement impliqué dans le processus de synthèse des protéines sous la direction de l'ADN. L'ARN est généralement monocaténaire et se compose de ribonucléotides qui sont liés par des liaisons phosphodiester.
Il existe quatre types principaux d'ARN : l'ARN messager (ARNm), l'ARN ribosomique (ARNr), l'ARN de transfert (ARNt) et le microARN (miARN). Le premier, l'ARNm, porte le message de l'ADN, qui contrôle toutes les activités cellulaires dans une cellule. Si une cellule a besoin d'une certaine protéine, le gène pour celle-ci se déclenche et l'ARN messager est synthétisé dans le noyau. La séquence des bases de l'ARN est complémentaire à la séquence de codage de l'ADN à partir de laquelle elle a été copiée. Dans le cytoplasme, l'ARNm interagit avec les ribosomes et d'autres machineries cellulaires.
L'ARNm est lu suivant des ensembles de trois bases connues sous le nom de codons. Chaque codon code un seul acide aminé. De cette façon, l'ARNm est lu et le produit protéique est fabriqué. L'ARN ribosomique (ARNr) est un constituant majeur des ribosomes sur lesquels l'ARNm se lie. L'ARNr assure le bon alignement de l'ARNm et des ribosomes. L'ARNr du ribosome a également une activité enzymatique (peptidyl transférase) et catalyse la formation de liaisons peptidiques entre deux acides aminés alignés. L'ARN de transfert (ARNt) est l'un des plus petits des quatre types d'ARN, généralement de 70 à 90 nucléotides de long. Il transporte le bon acide aminé vers le site de synthèse des protéines. C'est l'appariement des bases entre l'ARNt et l'ARNm qui permet au bon acide aminé de s'insérer dans la chaîne polypeptidique. Les microARN sont les plus petites molécules d'ARN et leur rôle consiste à réguler l'expression des gènes en interférant avec l'expression de certains messages d'ARNm.
Même si l'ARN est mono-brin, la plupart des types d'ARN présentent un appariement de bases intramoléculaire étendu entre des séquences complémentaires, créant une structure tridimensionnelle prévisible essentielle à leur fonction.
Ce texte est adapté de Openstax, Biologie 2e, Chapitre 3.5 : Acides nucléiques.
