Acides nucléiques: structure, fonction, types et exemples

Acides nucléiques représentent l'une des quatre grandes catégories de biomolécules, qui sont les substances qui composent les cellules. Les autres sont des protéines, des glucides et des lipides (ou graisses).

Les acides nucléiques, qui comprennent ADN (acide désoxyribonucléique) et ARN (acide ribonucléique), diffèrent des trois autres biomolécules en ce qu'elles ne peuvent pas être métabolisées pour fournir de l'énergie à l'organisme parent.

(C'est pourquoi vous ne voyez pas « acide nucléique » sur les étiquettes d'information nutritionnelle.)

La fonction de l'ADN et de l'ARN est de stocker l'information génétique. Une copie complète de votre propre ADN peut être trouvée dans le noyau de presque toutes les cellules de votre corps, ce qui rend cette agrégation d'ADN - appelée chromosomes dans ce contexte – un peu comme le disque dur d'un ordinateur portable.

Dans ce schéma, une longueur d'ARN du type appelé ARN messager contient les instructions codées pour un seul produit protéique (c'est-à-dire qu'il contient un seul gène) et ressemble donc davantage à une "clé USB" contenant un seul fichier important.

L'ADN et l'ARN sont très étroitement liés. La substitution unique d'un atome d'hydrogène (-H) dans l'ADN pour un groupe hydroxyle (-OH) attaché au l'atome de carbone correspondant dans l'ARN représente toute la différence chimique et structurelle entre les deux acides nucléiques.

Comme vous le verrez, cependant, comme cela arrive si souvent en chimie, ce qui semble être une toute petite différence au niveau atomique a des conséquences pratiques évidentes et profondes.

Les acides nucléiques sont constitués de nucléotides, qui sont des substances elles-mêmes constituées de trois groupes chimiques distincts: un sucre pentose, un à trois groupes phosphates et un Base azotée.

Le sucre pentose de l'ARN est le ribose, tandis que celui de l'ADN est le désoxyribose. De plus, dans les acides nucléiques, les nucléotides n'ont qu'un seul groupe phosphate. Un exemple d'un nucléotide bien connu qui possède plusieurs groupes phosphate est ATP, ou adénosine triphosphate. ADP (adénosine diphosphate) participe à bon nombre des mêmes processus que l'ATP.

Des molécules isolées d'ADN peuvent être extraordinairement longue et peut s'étendre sur la longueur d'un chromosome entier. Les molécules d'ARN sont beaucoup plus limitées en taille que les molécules d'ADN, mais sont toujours considérées comme des macromolécules.

Ribose (le sucre de l'ARN) a un cycle à cinq atomes qui comprend quatre des cinq carbones du sucre. Trois des autres sont occupés par des groupes hydroxyle (-OH), un par un atome d'hydrogène et un par un groupe hydroxyméthyle (-CH2OH).

La seule différence dans désoxyribose (le sucre de l'ADN) est que l'un des trois groupes hydroxyle (celui en position 2 carbones) a disparu et est remplacé par un atome d'hydrogène.

De plus, bien que l'ADN et l'ARN aient tous deux des nucléotides contenant l'une des quatre bases azotées possibles, ceux-ci varient légèrement entre les deux acides nucléiques. L'ADN contient de l'adénine (A), de la cytosine (C), de la guanine (G) et de la thymine. alors que l'ARN a A, C et G mais uracile (U) à la place de la thymine.

La plupart des différences fonctionnelles entre l'ADN et l'ARN sont liées à leurs rôles nettement différents dans les cellules. L'ADN est l'endroit où le code génétique de la vie - pas seulement la reproduction mais les activités de la vie quotidienne - est stocké.

L'ARN, ou au moins l'ARNm, est chargé de collecter les mêmes informations et de les amener aux ribosomes en dehors du noyau où sont construites les protéines qui permettent la réalisation de celles métaboliques susmentionnées Activités.

La séquence de bases d'un acide nucléique est l'endroit où ses messages spécifiques sont transportés, et le nitrogène on peut donc dire que les bases sont responsables en dernier ressort des différences entre les animaux d'une même espèce - que est, différentes manifestations du même trait (par exemple, la couleur des yeux, la pilosité corporelle).

Deux des bases des acides nucléiques (A et G) sont des purines, tandis que deux (C et T dans l'ADN; C et U dans l'ARN) sont des pyrimidines. Les molécules de purine contiennent deux cycles fusionnés, tandis que les pyrimidines n'en ont qu'un et sont généralement plus petites. Comme vous l'apprendrez bientôt, la molécule d'ADN est double brin en raison de la liaison entre les nucléotides dans les brins adjacents.

Une base purine ne peut se lier qu'avec une base pyrimidique, car deux purines prendraient trop de place trop peu entre les brins et deux pyrimidines, une combinaison purine-pyrimidine étant juste la bonne Taille.

Mais les choses sont en fait plus étroitement contrôlées que cela: dans les acides nucléiques, UNEne se lie qu'àT (ou alorsU dans l'ARN), alors que C se lie uniquement à G.

La description complète de la molécule d'ADN en tant que hélice double brin en 1953 par James Watson et Francis Crick a finalement valu au duo un prix Nobel, bien que le travail de diffraction des rayons X de Rosalind Franklin dans les années qui ont précédé cette réalisation a joué un rôle déterminant dans le succès du couple et est souvent sous-estimée dans livres d'histoire.

Dans la nature, L'ADN existe sous forme d'hélice parce que c'est la forme la plus énergétiquement favorable pour l'ensemble particulier de molécules qu'il contient.

Les chaînes latérales, les bases et les autres parties de la molécule d'ADN font l'expérience du bon mélange d'attractions électrochimiques et électrochimiques. répulsions pour que la molécule soit la plus "confortable" sous la forme de deux spirales, légèrement décalées l'une de l'autre, comme des spirales entrelacées escaliers.

Les brins d'ADN sont constitués d'une alternance de groupes phosphate et de résidus de sucre, les bases azotées étant attachées à une partie différente de la portion de sucre. Un brin d'ADN ou d'ARN s'allonge grâce aux liaisons hydrogène formées entre le groupe phosphate d'un nucléotide et le résidu sucre du suivant.

Plus précisément, le phosphate au carbone numéro 5 (souvent écrit 5') du nucléotide entrant est attaché à la place du groupe hydroxyle sur le carbone numéro 3 (ou 3') du polynucléotide en croissance (petit acide). Ceci est connu comme un liaison phosphodiester.

Pendant ce temps, tous les nucléotides avec des bases A sont alignés avec des nucléotides avec des bases T dans l'ADN et des nucléotides avec des bases U dans l'ARN; C s'apparie uniquement avec G dans les deux.

On dit que les deux brins d'une molécule d'ADN sont complémentaire l'un à l'autre, parce que la séquence de bases de l'un peut être déterminée en utilisant la séquence de bases de l'autre grâce au schéma d'appariement de bases simple que les molécules d'acide nucléique observent.

L'ARN, comme indiqué, est extraordinairement similaire à l'ADN sur le plan chimique, avec une seule base azotée parmi quatre différentes et un seul atome d'oxygène "supplémentaire" dans le sucre de l'ARN. De toute évidence, ces différences apparemment insignifiantes sont suffisantes pour assurer un comportement sensiblement différent entre les biomolécules.

Notamment, l'ARN est simple brin. C'est-à-dire que vous ne verrez pas le terme "brin complémentaire" utilisé dans le contexte de cet acide nucléique. Cependant, différentes parties du même brin d'ARN peuvent interagir les unes avec les autres, ce qui signifie que la forme de l'ARN varie en réalité plus que la forme de l'ADN (invariablement une double hélice). En conséquence, il existe de nombreux types différents d'ARN.

• ARNm, ou ARN messager, utilise un appariement de bases complémentaire pour transmettre le message que l'ADN lui donne pendant la transcription vers les ribosomes, où ce message est traduit en synthèse protéique. La transcription est décrite en détail ci-dessous.
• ARNr, ou ARN ribosomique, constitue une partie importante de la masse des ribosomes, les structures au sein des cellules responsables de la synthèse des protéines. Le reste de la masse des ribosomes est constitué de protéines.
• ARNt, ou ARN de transfert, joue un rôle essentiel dans la traduction en transportant les acides aminés destinés à la chaîne polypeptidique en croissance à l'endroit où les protéines sont assemblées. Il existe 20 acides aminés dans la nature, chacun avec son propre ARNt.
  

Imaginez qu'on vous présente un brin d'acide nucléique avec la séquence de bases AAATCGGCATTA. Sur la base de ces seules informations, vous devriez être en mesure de conclure rapidement deux choses.

Premièrement, qu'il s'agit d'ADN et non d'ARN, comme le révèle la présence de thymine (T). La deuxième chose que vous pouvez dire est que le brin complémentaire de cette molécule d'ADN a la séquence de bases TTTAGCCGTAAT.

Vous pouvez également être sûr du brin d'ARNm qui résulterait de ce brin d'ADN en cours de transcription d'ARN. ça aurait le même séquence de bases comme le brin d'ADN complémentaire, tous les cas de thymine (T) étant remplacés par l'uracile (U).

En effet, la réplication de l'ADN et la transcription de l'ARN fonctionnent de la même manière en ce que le brin fabriqué à partir du brin matrice est pas un doublon de ce brin, mais son complément ou son équivalent en ARN.

Pour qu'une molécule d'ADN se copie, les deux brins de la double hélice doivent se séparer au voisinage de la copie. C'est parce que chaque brin est copié (répliqué) séparément et parce que les enzymes et autres molécules qui participent à Réplication de l'ADN besoin d'espace pour interagir, ce qu'une double hélice ne fournit pas. Ainsi, les deux brins se séparent physiquement et l'ADN est dit être dénaturé.

Chaque brin d'ADN séparé forme un nouveau brin complémentaire à lui-même et y reste lié. Ainsi, dans un sens, rien n'est différent dans chaque nouvelle molécule double brin de son parent. Chimiquement, ils ont le même composition moléculaire. Mais l'un des brins de chaque double hélice est flambant neuf tandis que l'autre provient de la réplication elle-même.

Lorsque la réplication de l'ADN se produit simultanément le long de brins complémentaires séparés, la synthèse des nouveaux brins se produit en fait dans des directions opposées. D'un côté, le nouveau brin se développe simplement dans le sens où l'ADN est "décompressé" au fur et à mesure qu'il est dénaturé.

De l'autre côté, cependant, de petits fragments d'ADN nouveau sont synthétisés un moyen de la direction de séparation des brins. Ceux-ci sont appelés fragments d'Okazaki et sont reliés entre eux par des enzymes après avoir atteint une certaine longueur. Ces deux nouveaux brins d'ADN sont antiparallèle l'un à l'autre.

Transcription d'ARN est similaire à la réplication de l'ADN en ce que la dissociation des brins d'ADN est nécessaire pour qu'elle démarre. L'ARNm est produit le long de la matrice d'ADN par l'addition séquentielle de nucléotides d'ARN par l'enzyme ARN polymérase.

Ce transcrit initial d'ARN créé à partir de l'ADN crée ce que nous appelons pré-ARNm. Ce brin de pré-ARNm contient à la fois introns et exons. Les introns et les exons sont des sections au sein de l'ADN/ARN qui codent ou ne codent pas pour des parties du produit génique.

Introns sont des sections non codantes (également appelées "entiersections erronées") tout en exons sont des sections de codage (également appelées "exsections pressées").

Avant que ce brin d'ARNm ne quitte le noyau pour être traduit en une protéine, les enzymes dans le noyau excisent, c'est-à-dire coupent, les introns car ils ne codent pour rien dans ce gène particulier. Les enzymes connectent ensuite les séquences d'intron restantes pour vous donner le brin d'ARNm final.

Un brin d'ARNm comprend généralement exactement la séquence de bases nécessaire pour assembler une protéine unique en aval dans le Traduction processus, ce qui signifie qu'une molécule d'ARNm porte généralement les informations pour un gène. Un gène est une séquence d'ADN qui code pour un produit protéique particulier.

Une fois la transcription terminée, le brin d'ARNm est exporté hors du noyau à travers les pores de l'enveloppe nucléaire. (Les molécules d'ARN sont trop grosses pour simplement diffuser à travers la membrane nucléaire, tout comme l'eau et d'autres petites molécules). Il "s'arrime" ensuite à ribosomes dans le cytoplasme ou au sein de certains organites, et synthèse des protéines est initié.

Les acides nucléiques ne peuvent pas être métabolisés pour le carburant, mais ils peuvent être créés à partir de très petites molécules ou décomposés à partir de leur forme complète en très petites parties. Les nucléotides sont synthétisés par des réactions anaboliques, souvent à partir de nucléosides, qui sont des nucléotides moins les groupes phosphate (c'est-à-dire qu'un nucléoside est un sucre ribose plus une base azotée).

L'ADN et l'ARN peuvent également être dégradés: des nucléotides en nucléosides, puis en bases azotées et éventuellement en acide urique.

La décomposition des acides nucléiques est importante pour santé globale. Par exemple, l'incapacité à décomposer les purines est liée à la goutte, une maladie douloureuse affectant certaines articulations grâce aux dépôts de cristaux d'urate à ces endroits.