ARN

généralité

L'ARN, ou acide ribonucléique, est l'acide nucléique impliqué dans les processus de codage, de décodage, de régulation et d'expression des gènes. Les gènes sont des segments plus ou moins longs de l'ADN, qui contiennent des informations fondamentales pour la synthèse des protéines.

Figure: Bases azotées dans une molécule d'ARN. De wikipedia.org

En termes très simples, l'ARN dérive de l'ADN et représente la molécule qui passe entre lui et les protéines. Certains chercheurs le définissent comme le "dictionnaire pour la traduction du langage de l'ADN dans le langage des protéines".

Les molécules d'ARN dérivent de l'union, dans les chaînes, d'un nombre variable de ribonucléotides. Un groupe phosphate, une base azotée et un sucre à 5 carbones, appelé ribose, participent à la formation de chaque ribonucléotide.

Qu'est-ce que l'ARN?

L'ARN, ou acide ribonucléique, est une macromolécule biologique, appartenant à la catégorie des acides nucléiques, qui joue un rôle central dans la production de protéines à partir d' ADN .

La génération de protéines (également de macromolécules biologiques) comprend une série de processus cellulaires qui, pris ensemble, prennent le nom de synthèse de protéines .

L'ADN, l'ARN et les protéines sont essentiels à la survie, au développement et au bon fonctionnement des cellules d'organismes vivants.

Qu'est ce que l'ADN?

L'ADN, ou acide désoxyribonucléique, est l'autre acide nucléique naturel, avec l'ARN.

Structurellement similaire à l'acide ribonucléique, l'acide désoxyribonucléique est le patrimoine génétique, c'est-à-dire le "stockage de gènes", contenu dans les cellules d'organismes vivants. C'est à partir de l'ADN que dépend la formation de l'ARN et, indirectement, celle des protéines.

HISTOIRE DE L'ARN

Figure: ribose et désoxyribose

La recherche sur l'ARN a commencé après 1868, année où Friedrich Miescher a découvert les acides nucléiques.

Les premières découvertes importantes à cet égard datent de la deuxième partie des années 50 au début des années 60. Parmi les scientifiques qui ont participé à ces découvertes, ils méritent une mention spéciale: Severo Ochoa, Alex Rich, David Davies et Robert Holley .

En 1977, un groupe de chercheurs, dirigé par Philip Sharp et Richard Roberts, a décrypté le processus d' épissage des introns.

En 1980, Thomas Cech et Sidney Altman ont identifié les ribozymes.

* Remarque: pour savoir ce qu'est l' épissage des introns et des ribozymes, voir les chapitres consacrés à la synthèse et aux fonctions de l'ARN.

structure

D'un point de vue chimico-biologique, l'ARN est un biopolymère . Les biopolymères sont de grandes molécules naturelles, fruits de l'union, en chaînes ou en filaments, de nombreuses unités moléculaires plus petites, appelées monomères .

Les monomères qui constituent l'ARN sont les nucléotides .

L'ARN EST UNE SEULE CHAÎNE UNIQUEMENT

Les molécules d'ARN sont des molécules généralement composées de chaînes de nucléotides individuelles ( filaments polynucléotidiques ).

La longueur de l'ARN cellulaire varie de moins de cent à plusieurs milliers de nucléotides.

Le nombre de nucléotides constitutifs dépend du rôle joué par la molécule en question.

Comparaison avec l'ADN

Contrairement à l'ARN, l'ADN est un biopolymère formé, généralement, de deux brins de nucléotide.

Unis l'un à l'autre, ces deux filaments polynucléotidiques ont une orientation opposée et, s'enroulant l'un dans l'autre, composent une double spirale appelée " double hélice ".

Une molécule générique d’ADN humain peut contenir environ 3, 3 milliards de nucléotides par brin .

STRUCTURE GENERIQUE D'UN NUCLEOTIDE

Par définition, les nucléotides sont les unités moléculaires constituant les acides nucléiques ARN et ADN.

D'un point de vue structural, un nucléotide générique résulte de l'union de trois éléments, à savoir:

• Un groupe phosphate, qui est un dérivé de l'acide phosphorique;
• Un pentose, c'est-à-dire un sucre avec 5 atomes de carbone;
• Une base azotée, qui est une molécule hétérocyclique aromatique.

Le pentose est l'élément central des nucléotides, car il est associé au groupe phosphate et à la base azotée.

Figure: Éléments constituant un nucléotide générique d’un acide nucléique. Comme on peut le constater, le groupe phosphate et la base azotée sont liés au sucre.

La liaison chimique qui unit le pentose et le groupe phosphate est une liaison phosphodiestérique, tandis que la liaison chimique qui unit le pentose et la base azotée est une liaison N-glycosidique .

QU'EST-CE QUE LA PENTOSE DE L'ARN?

Prémisse: les chimistes ont pensé numéroter les atomes de carbone qui constituent les molécules organiques, de manière à simplifier l’étude et la description. Ici, alors, le carbone de 5 d'un pentose devient: carbone 1, carbone 2, carbone 3, carbone 4 et carbone 5. Le critère d'attribution de nombres est assez complexe, nous estimons donc qu'il convient de laisser de côté l'explication.

Le sucre à 5 carbones, qui distingue la structure des nucléotides d'ARN, est le ribose .

Parmi les 5 atomes de carbone ribose, ils méritent une mention spéciale:

• Le carbone 1, parce que c'est celui qui se lie à la base azotée, par une liaison N-glycosidique.
• Carbone 2, car c’est celui qui distingue le pentose des nucléotides d’ARN des pentotides de l’ADN. Connecté à l'ARN carbone 2, il y a un atome d'oxygène et un atome d'hydrogène, qui forment ensemble un groupe hydroxyle OH .
• Le carbone 3, parce que c'est celui qui participe au lien entre deux nucléotides consécutifs .
• Le carbone 5, car c'est celui qui rejoint le groupe phosphate, par une liaison phosphodiestérique.

En raison de la présence de sucre ribose, les nucléotides d'ARN prennent le nom spécifique de ribonucléotide .

Comparaison avec l'ADN

Le pentose constituant les nucléotides de l'ADN est le désoxyribose .

Le désoxyribose diffère du ribose en raison du manque d'atomes d'oxygène sur le carbone 2.

Ainsi, il manque le groupe hydroxyle OH qui caractérise le sucre d'ARN à 5 carbones.

En raison de la présence de sucre désoxyribose, les nucléotides d'ADN sont également appelés désoxyribonucléotides .

TYPES DE NUCLEOTIDES ET DE BASES D'AZOTE

L'ARN possède 4 types de nucléotides différents .

Distinguer ces 4 types de nucléotides n’est que la base azotée.

Pour des raisons évidentes, les bases azotées de l'ARN sont donc 4, à savoir: l' adénine (abrégé en A), la guanine (G), la cytosine (C) et l' uracile (U).

L'adénine et la guanine appartiennent à la classe des purines, composés hétérocycliques aromatiques à double cycle.

La cytosine et l'uracile, en revanche, entrent dans la catégorie des pyrimidines, composés hétérocycliques aromatiques à un cycle.

Comparaison avec l'ADN

Les bases azotées qui distinguent les nucléotides de l'ADN sont identiques à celles de l'ARN, à l'exception de l'uracile. À la place de ce dernier, il existe une base azotée appelée thymine (T), qui appartient à la catégorie des pyrimidines.

CRAVATE ENTRE NUCLEOTIDES

Chaque nucléotide formant n'importe quel brin d'ARN se lie au nucléotide suivant, au moyen d'une liaison phosphodiestérique entre le carbone 3 de son pentose et le groupe phosphate du nucléotide immédiatement suivant.

LES EXTREMITES D'UNE MOLECULE D'ARN

Tout filament d'ARN polynucléotidique a deux extrémités, appelées extrémités 5 ' (lire "extrémité cinq en premier") et extrémité 3' (lire "extrémité trois en premier").

Par convention, les biologistes et les généticiens ont établi que l' extrémité 5 'représente la tête d'un brin d'ARN, tandis que l' extrémité 3' représente sa queue .

Du point de vue chimique, l'extrémité 5 'coïncide avec le groupe phosphate du premier nucléotide de la chaîne de polynucléotide, tandis que l'extrémité 3' coïncide avec le groupe hydroxyle placé sur le carbone 3 du dernier nucléotide de la même chaîne.

Il est basé sur cette organisation que, dans les ouvrages de génétique et de biologie moléculaire, les filaments polynucléotidiques de tout acide nucléique sont décrits comme suit: P-5 '→ 3'-OH (* Remarque: la lettre P indique l'atome de groupe phosphore phosphate).

En appliquant les concepts d'extrémités 5 'et d'extrémités 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, le lecteur est invité à porter une attention particulière à l'occurrence numérique: groupe final 5 '- phosphate sur le carbone 5 et extrémité 3' - groupe hydroxyle sur le carbone 3.

localisation

Dans les cellules nucléées (c.-à-d. Les noyaux) d'un être vivant, les molécules d'ARN peuvent se trouver à la fois dans le noyau et dans le cytoplasme .

Cette localisation importante dépend du fait que certains des processus cellulaires, dont l’ARN est le protagoniste, sont situés dans le noyau, tandis que d’autres se déroulent dans le cytoplasme.

Comparaison avec l'ADN

L'ADN des organismes eucaryotes (et donc aussi de l'ADN humain) ne se trouve que dans le noyau de la cellule.

résumé

Le processus de synthèse de l'ARN a pour protagoniste une enzyme intracellulaire (c'est-à-dire située à l'intérieur de la cellule), appelée ARN polymérase (NB: une enzyme est une protéine).

L'ARN polymérase d'une cellule utilise l'ADN, présent dans le noyau de la même cellule, comme s'il s'agissait d'un moule, pour créer l'ARN.

En d'autres termes, il s'agit d'une sorte de copieur qui transcrit ce que l'ADN porte dans un langage différent, à savoir celui de l'ARN.

De plus, ce processus de synthèse d'ARN, par ARN polymérase, prend le nom scientifique de transcription .

Les organismes eucaryotes, comme les humains, possèdent 3 classes différentes d'ARN polymérase : l'ARN polymérase I, l'ARN polymérase II et l'ARN polymérase III.

Chaque classe d'ARN polymérase crée des types particuliers d'ARN qui, comme le lecteur pourra le constater dans les chapitres suivants, ont des rôles biologiques différents dans le contexte de la vie cellulaire.

COMMENT L'ARN POLIMERASI S'ACTIVE

Une ARN polymérase est capable de:

• Reconnaître, sur l’ADN, le site à partir duquel commencer la transcription,
• Se lier à l'ADN,
• Séparer les deux brins d'ADN polynucléotidiques (qui sont maintenus ensemble par des liaisons hydrogène entre des bases azotées), de manière à n'agir que sur un filament, et
• Commencez la synthèse du transcrit d'ARN.

Chacune de ces étapes a lieu chaque fois qu'une ARN polymérase se prépare à effectuer le processus de transcription. Donc, ce sont toutes des étapes obligatoires.

L'ARN polymérase synthétise les molécules d'ARN dans le sens 5 ' → 3' . Au fur et à mesure qu'il ajoute des ribonucléotides à la molécule d'ARN naissante, il se déplace vers le moule du brin d'ADN dans le sens 3 ' → 5' .

MODIFICATIONS DE LA TRANSCRITATION D'ARN

Après sa transcription, l’ARN subit quelques modifications, parmi lesquelles: l’addition de certaines séquences de nucléotides aux deux extrémités, la perte des introns (processus d’ épissage ), etc.

Par conséquent, en ce qui concerne le segment d'ADN d'origine, l'ARN résultant présente quelques différences en ce qui concerne la longueur de la chaîne polynucléotidique (elle est généralement plus courte).

types

Il existe plusieurs types d'ARN .

Les plus connus et les plus étudiés sont: l' ARN de transport (ou transfert d'ARN ou ARNt ), l' ARN messager (ou ARN messager ou ARNm ), l' ARN ribosomal (ou ARN ribosomal ou ARNr ) et le petit ARN nucléaire (ou petit ARN nucléaire ou ARNvt ).

Bien qu'ils couvrent différents rôles spécifiques, les ARNt, ARNm, ARNr et ARNst contribuent tous à la réalisation d'un objectif commun: la synthèse de protéines, à partir des séquences de nucléotides présentes dans l'ADN.

AUTRES TYPES D'ANCRAGE D'ARN

Les chercheurs ont découvert d'autres types d'ARN dans les cellules d'organismes eucaryotes, en plus des 4 précédents. Par exemple:

• Les micro-ARN (ou miARN ), qui sont des brins d'un peu plus de 20 nucléotides, e
• L'ARN qui constitue les ribozymes . Les ribozymes sont des molécules d'ARN à activité catalytique, telles que des enzymes.

Les miARN et les ribozymes participent également au processus de synthèse des protéines, tout comme les ARNt, ARNm, etc.

fonction

L'ARN représente la macromolécule biologique de passage entre l'ADN et les protéines, c'est-à-dire de longs biopolymères dont les unités moléculaires sont des acides aminés .

L'ARN est comparable à un dictionnaire d'informations génétiques, car il permet de traduire les segments nucléotidiques de l'ADN (qui sont alors appelés gènes) en acides aminés de protéines.

L'une des descriptions les plus fréquentes du rôle fonctionnel couvert par l'ARN est la suivante: "L'ARN est l'acide nucléique impliqué dans le codage, le décodage, la régulation et l'expression des gènes".

L’ARN est l’un des trois éléments cardinaux du prétendu dogme central de la biologie moléculaire, qui stipule: "L’ADN dérive de l’ARN, à partir duquel les protéines dérivent" ( ADN → ARN → protéines ).

TRANSCRIPTION ET TRADUCTION

En bref, la transcription est la série de réactions cellulaires conduisant à la formation de molécules d’ARN, à partir d’ADN.

La traduction, au contraire, est l'ensemble des processus cellulaires qui se terminent par la production de protéines, à partir des molécules d'ARN produites au cours du processus de transcription.

Les biologistes et les généticiens ont inventé le terme "traduction", car nous passons du langage des nucléotides au langage des acides aminés.

TYPES ET FONCTIONS

Les processus de transcription et de traduction considèrent tous les types d'ARN susmentionnés (ARNt, ARNm, etc.) comme des protagonistes:

• Un ARNm est une molécule d'ARN qui code pour une protéine . En d'autres termes, les ARNm sont des protéines avant le processus de traduction des nucléotides dans les acides aminés des protéines.

  Les ARNm subissent diverses modifications après leur transcription.

• Les ARNt sont des molécules d'ARN non codantes, mais restent indispensables à la formation de protéines. En fait, ils jouent un rôle clé dans le déchiffrement de ce que rapportent les molécules d’ARNm.

  Le nom "ARN de transport" vient du fait que ces ARN portent un acide aminé sur eux-mêmes. Pour être plus précis, chaque acide aminé correspond à un ARNt spécifique.

  Les ARNt interagissent avec l'ARNm, par l'intermédiaire de trois nucléotides particuliers de leur séquence.

• Les ARNr sont les molécules d'ARN qui forment les ribosomes . Les ribosomes sont des structures cellulaires complexes qui, se déplaçant le long de l'ARNm, rassemblent les acides aminés d'une protéine.

  Un ribosome générique contient, à l'intérieur de celui-ci, certains sites, où il est capable de contenir les ARNt et de les faire rencontrer l'ARNm. C'est ici que les trois nucléotides particuliers mentionnés ci-dessus interagissent avec l'ARN messager.

• Les SnRNA sont des molécules d'ARN qui participent au processus d' épissage des introns présents sur l'ARNm. Les introns sont de courts segments d'ARNm non codants, inutiles pour la synthèse de protéines.
• Les ribozymes sont des molécules d'ARN qui catalysent la coupure des brins ribonucléotidiques, le cas échéant.

Figure: traduction de l'ARNm.