Généralité
Les acides nucléiques sont les grosses molécules biologiques ADN et ARN, dont la présence et le bon fonctionnement, au sein des cellules vivantes, sont indispensables à la survie de ces dernières.
Un acide nucléique générique dérive de l'union, en chaînes linéaires, d'un grand nombre de nucléotides.
Figure : Molécule d'ADN.
Les nucléotides sont de petites molécules, à la constitution desquelles participent trois éléments : un groupement phosphate, une base azotée et un sucre à 5 carbones.
Les acides nucléiques sont vitaux pour la survie d'un organisme, car ils coopèrent à la synthèse des protéines, molécules indispensables à la bonne mise en œuvre des mécanismes cellulaires.
L'ADN et l'ARN diffèrent l'un de l'autre à certains égards.
Par exemple, l'ADN a deux chaînes nucléotidiques antiparallèles et a du désoxyribose comme sucre à 5 carbones. L'ARN, d'autre part, a généralement une seule chaîne de nucléotides et possède du ribose comme sucre avec 5 atomes de carbone.
Que sont les acides nucléiques ?
Les acides nucléiques sont les macromolécules biologiques ADN et ARN, dont la présence, à l'intérieur des cellules des êtres vivants, est indispensable à la survie et au bon développement de ces derniers.
Selon une autre définition, les acides nucléiques sont des biopolymères résultant de l'union, en longues chaînes linéaires, d'un grand nombre de nucléotides.
Un biopolymère, ou polymère naturel, est un grand composé biologique constitué d'unités moléculaires toutes identiques, appelées monomères.
ACIDES NUCLEIQUES : QUI EST EN POSSESSION ?
Les acides nucléiques résident non seulement dans les cellules des organismes eucaryotes et procaryotes, mais aussi dans les formes de vie acellulaires, telles que les virus, et dans les organites cellulaires, telles que les mitochondries et les chloroplastes.
Structure générale
Sur la base des définitions ci-dessus, les nucléotides sont les unités moléculaires qui composent les acides nucléiques ADN et ARN.
Par conséquent, ils représenteront le sujet principal de ce chapitre, consacré à la structure des acides nucléiques.
STRUCTURE D'UN NUCLEOTIDE GENERIQUE
Un nucléotide générique est un composé de nature organique, résultat de l'union de trois éléments :
- Un groupe phosphate, qui est un dérivé de l'acide phosphorique ;
- Un pentose, c'est-à-dire un sucre à 5 atomes de carbone ;
- Une base azotée, qui est une molécule hétérocyclique aromatique.
Le pentose représente l'élément central des nucléotides, car le groupe phosphate et la base azotée s'y fixent.
Figure : Éléments qui composent un nucléotide générique d'un acide nucléique. Comme on peut le voir, le groupe phosphate et la base azotée se lient au sucre.
La liaison chimique qui maintient le pentose et le groupe phosphate ensemble est une liaison phosphodiester, tandis que la liaison chimique qui lie le pentose et la base azotée est une liaison N-glycosidique.
COMMENT LE PENTOSE PARTICIPE AUX DIFFERENTS LIENS AVEC LES AUTRES ELEMENTS ?
Prémisse: les chimistes ont pensé à numéroter les carbones qui composent les molécules organiques de manière à simplifier leur étude et leur description. Voici donc que les 5 carbones d'un pentose deviennent : carbone 1, carbone 2, carbone 3, carbone 4 et carbone 5.
Le critère d'attribution des numéros est assez complexe, c'est pourquoi nous considérons qu'il est approprié de laisser de côté l'explication.
Sur les 5 carbones qui forment les pentoses des nucléotides, ceux impliqués dans les liaisons avec la base azotée et le groupement phosphate sont respectivement le carbone 1 et le carbone 5.
- Pentose carbone 1 → liaison N-glycosidique → base azotée
- Carbone pentose 5 → liaison phosphodiester → groupe phosphate
QUEL TYPE DE LIAISON CHIMIQUE LIANT LES NUCLEOTIDES D'ACIDES NUCLEIQUES ?
Figure : Structure d'un pentose, numérotation de ses carbones constitutifs et liaisons avec la base azotée et le groupe phosphate.
Dans la composition des acides nucléiques, les nucléotides s'organisent en longues chaînes linéaires, mieux connues sous le nom de filaments.
Chaque nucléotide formant ces longs brins se lie au nucléotide suivant au moyen d'une liaison phosphodiester entre le carbone 3 de son pentose et le groupe phosphate du nucléotide suivant immédiatement.
LES EXTRÉMITÉS
Les brins nucléotidiques (ou brins polynucléotidiques), qui constituent les acides nucléiques, ont deux extrémités, appelées 5 "fin (lire "cinq premiers") et 3" (lire "trois premiers"). Par convention, les biologistes et les généticiens ont établi que « l'extrémité 5 » représente la tête d'un brin formant un acide nucléique, tandis que « l'extrémité 3 » représente sa queue.
Du point de vue chimique, le "5 bout" des acides nucléiques coïncide avec le groupe phosphate du premier nucléotide de la chaîne, tandis que le "3 bout" des acides nucléiques coïncide avec le groupe hydroxyle (OH) sur le carbone 3 du dernier nucléotide.
C'est sur la base de cette organisation que, dans les ouvrages de génétique et de biologie moléculaire, les brins nucléotidiques d'un acide nucléique sont décrits comme suit : P-5 "→ 3" -OH.
* Remarque : la lettre P indique l'atome de phosphore du groupe phosphate.
En appliquant les concepts d'extrémité 5 "et 3" à un seul nucléotide, l'extrémité "5" de ce dernier est le groupe phosphate lié au carbone 5, tandis que son extrémité 3" est le groupe hydroxyle lié au carbone 3.
Dans les deux cas, s" invite le lecteur à prêter attention à la récurrence numérique : extrémité 5" - groupe phosphate sur le carbone 5 et extrémité 3" - groupe hydroxyle sur le carbone 3.
Fonction générale
Les acides nucléiques contiennent, transportent, déchiffrent et expriment l'information génétique dans les protéines.
Constituées d'acides aminés, les protéines sont des macromolécules biologiques, qui jouent un rôle fondamental dans la régulation des mécanismes cellulaires d'un organisme vivant.
L'information génétique dépend de la séquence de nucléotides, qui constituent les brins d'acides nucléiques.
Des notes d'histoire
Le mérite de la découverte des acides nucléiques, qui a eu lieu en 1869, revient au médecin et biologiste suisse Friedrich Miescher.
Miescher a fait ses découvertes alors qu'il étudiait le noyau cellulaire des leucocytes, avec l'intention de mieux comprendre leur composition interne.
Les expériences de Miescher ont représenté un tournant dans le domaine de la biologie moléculaire et de la génétique, car elles ont initié une série d'études qui ont conduit à l'identification de la structure de l'ADN (Watson et Crick, en 1953) et de l'ARN, à la connaissance des mécanismes de le patrimoine génétique et l'identification des processus précis de synthèse des protéines.
ORIGINE DU NOM
Les acides nucléiques portent ce nom, car Miescher les a identifiés dans le noyau des leucocytes (noyau - nucléique) et a découvert qu'ils contenaient le groupe phosphate, un dérivé de l'acide phosphorique (dérivé de l'acide phosphorique - acides).
ADN
Parmi les acides nucléiques connus, l'ADN est le plus célèbre, car il représente le réservoir d'informations génétiques (ou gènes) qui servent à orienter le développement et la croissance des cellules d'un organisme vivant.
L'abréviation ADN signifie acide désoxyribonucléique ou acide désoxyribonucléique.
DOUBLE HÉLICE
En 1953, pour expliquer la structure de « l'ADN d'acide nucléique, les biologistes James Watson et Francis Crick ont proposé le modèle - qui s'est avéré plus tard correct - de la soi-disant « double hélice ».
Selon le modèle de la "double hélice", l'ADN est une grosse molécule, résultant de l'union de deux longs brins de nucléotides antiparallèles et enroulés l'un dans l'autre.
Le terme « antiparallèle » indique que les deux filaments ont une orientation opposée, c'est-à-dire que la tête et la queue d'un filament interagissent respectivement avec la queue et la tête de l'autre filament.
Selon un autre point important du modèle "double hélice", les nucléotides de l'acide nucléique de l'ADN possèdent une disposition telle que les bases azotées sont orientées vers l'axe central de chaque spirale, tandis que les groupements pentoses et phosphates forment l'échafaudage extérieur de le dernier.
QU'EST-CE QUE LE PENTOSE DE L'ADN ?
Le pentose qui compose les nucléotides de l'acide nucléique de l'ADN est le désoxyribose.
Ce sucre à 5 carbones doit son nom au manque d'oxygène sur le carbone 2. Après tout, désoxyribose signifie "sans oxygène".
Figure : désoxyribose.
En raison de la présence de désoxyribose, les nucléotides de l'acide nucléique de l'ADN sont appelés désoxyribonucléotides.
TYPES DE NUCLEOTIDES ET BASES AZOTES
L'acide nucléique de l'ADN a 4 types différents de désoxyribonucléotides.
Pour distinguer les 4 types différents de désoxyribonucléotides, seule la base azotée, liée à la formation du groupe pentose-phosphate (qui contrairement à la base azotée ne varie jamais).
Pour des raisons évidentes, les bases azotées de l'ADN sont donc au nombre de 4, à savoir : l'adénine (A), la guanine (G), la cytosine (C) et la thymine (T).
L'adénine et la guanine appartiennent à la classe des purines, composés hétérocycliques aromatiques à double cycle.
La cytosine et la thymine, en revanche, entrent dans la catégorie des pyrimidines, des composés hétérocycliques aromatiques à cycle unique.
Avec le modèle de la « double hélice », Watson et Crick ont également expliqué quelle est l'organisation des bases azotées à l'intérieur de l'ADN :
- Chaque base azotée d'un filament rejoint, au moyen de liaisons hydrogène, une base azotée présente sur le filament antiparallèle, formant effectivement un couple, un appariement, de bases.
- L'appariement entre les bases azotées des deux filaments est très spécifique : en effet, l'adénine ne se lie qu'à la thymine, alors que la cytosine ne se lie qu'à la guanine.
Cette découverte importante a incité les biologistes moléculaires et les généticiens à inventer les termes de « complémentarité entre bases azotées » et « appariement complémentaire entre bases azotées », pour indiquer l'unicité de la liaison de l'adénine avec la thymine et de la cytosine avec la guanine. .
O EST-IL RÉSIDE À L'INTÉRIEUR DES CELLULES VIVANTES ?
Chez les organismes eucaryotes (animaux, plantes, champignons et protistes), l'acide nucléique de l'ADN réside dans le noyau de toutes les cellules ayant cette structure cellulaire.
Chez les organismes procaryotes (bactéries et archées), cependant, l'acide nucléique de l'ADN réside dans le cytoplasme, car les cellules procaryotes n'ont pas de noyau.
ARN
Entre les deux acides nucléiques existant dans la nature, l'ARN représente la macromolécule biologique qui traduit les nucléotides de l'ADN en acides aminés constituant les protéines (processus de synthèse des protéines).
En fait, l'ARN d'acide nucléique est comparable à un dictionnaire d'informations génétiques, rapporté sur l'ADN d'acide nucléique.
L'acronyme ARN signifie acide ribonucléique.
DES DIFFÉRENCES QUI LE DISTINGUENT DE L'ADN
L'ARN d'acide nucléique présente plusieurs différences par rapport à l'ADN :
- L'ARN est une molécule biologique plus petite que l'ADN, généralement constituée d'un seul brin de nucléotides.
- Le pentose qui compose les nucléotides de l'acide ribonucléique est le ribose.Contrairement au désoxyribose, le ribose a un atome d'oxygène sur le carbone 2.
C'est en raison de la présence du sucre ribose que les biologistes et les chimistes ont attribué le nom d'acide ribonucléique à l'ARN. - Les nucléotides d'ARN sont également appelés ribonucléotides.
- L'ARN d'acide nucléique ne partage que 3 bases azotées sur 4 avec l'ADN.En fait, au lieu de la thymine, il possède la base azotée uracile.
- L'ARN peut résider dans divers compartiments de la cellule, du noyau au cytoplasme.
TYPES D'ARN
Figure : ribose.
Au sein des cellules vivantes, l'ARN d'acide nucléique existe sous quatre formes principales : l'ARN de transport (ou Transfert d'ARN ou ARNt), ARN messager (ou ARN messager ou ARNm), ARN ribosomique (ou ARN ribosomique ou ARNr) et le petit ARN nucléaire (o petit ARN nucléaire ou snRNA).
Bien qu'elles jouent des rôles spécifiques différents, les quatre formes d'ARN précitées coopèrent pour un objectif commun : la synthèse de protéines, à partir des séquences nucléotidiques présentes dans l'ADN.
Modèles artificiels
Au cours des dernières décennies, les biologistes moléculaires ont synthétisé, en laboratoire, plusieurs acides nucléiques, identifiés avec l'adjectif « artificiel ».
Parmi les acides nucléiques artificiels méritent une mention particulière : le TNA, le PNA, le LNA et le GNA.
