généralité
Les acides nucléiques sont les grandes molécules biologiques ADN et ARN, dont la présence et le bon fonctionnement, à l'intérieur des cellules vivantes, sont fondamentaux pour 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 auxquelles participent trois éléments: un groupe phosphate, une base azotée et un sucre à 5 atomes de carbone.
Les acides nucléiques sont essentiels à la survie d'un organisme car ils coopèrent à la synthèse de protéines, molécules indispensables à la réalisation correcte des mécanismes cellulaires.
L'ADN et l'ARN diffèrent entre eux à certains égards.
Par exemple, l'ADN a deux chaînes nucléotidiques antiparallèles et, comme le sucre à 5 carbones, le désoxyribose. L'ARN, par contre, a généralement une seule chaîne de nucléotide et possède du ribose, comme le sucre à 5 carbones.
Que sont les acides nucléiques?
Les acides nucléiques sont les macromolécules biologiques ADN et ARN, dont la présence, au sein des cellules d'êtres vivants, est fondamentale pour la survie et le développement correct de ces derniers.
Selon une autre définition, les acides nucléiques sont les biopolymères résultant de l'union, en longues chaînes linéaires, d'un grand nombre de nucléotides .
Un biopolymère, ou polymère naturel, est un gros composé biologique constitué de toutes les mêmes unités moléculaires, 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 organelles cellulaires, telles que les mitochondries et les chloroplastes .
Structure générale
Sur la base des définitions précédentes, les nucléotides sont les unités moléculaires qui composent les acides nucléiques ADN et ARN.
Ils constitueront donc 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 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 .
COMMENT LA PENTOSIE PARTICIPE-T-ELLE AUX DIFFÉRENTES OBLIGATIONS AVEC LES AUTRES ÉLÉMENTS?
Avant-propos: les chimistes ont envisagé de numéroter les charbons qui composent les molécules organiques de manière à simplifier leur étude et leur description. Voici donc que les 5 charbons d'un pentoso deviennent: le carbone 1, le carbone 2, le carbone 3, le carbone 4 et le carbone 5.
Le critère d'attribution des numéros est assez complexe, nous estimons donc qu'il convient de laisser de côté l'explication.
Parmi les 5 atomes de carbone qui forment le pentose des nucléotides, ceux impliqués dans les liaisons avec la base azotée et le groupe phosphate sont respectivement le carbone 1 et le carbone 5 .
- Carbone 1 de pentose → liaison N-glycosidique → base azotée
- Carbone 5 de liaison → liaison phosphodiestérique → groupe phosphate
QUEL TYPE DE LIEN CHIMIQUE EST-CE QUE LES ACIDES NUCLÉIDES D'ACIDES NUCLÉIQUES?
Figure: Structure d'un pentose, numérotation des charbons constitutifs et liaisons avec une base azotée et un groupe phosphate.
Dans la composition des acides nucléiques, les nucléotides sont organisés 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 phosphodiestérique entre le carbone 3 de son pentose et le groupe phosphate du nucléotide immédiatement suivant.
EXTREMITES
Les filaments de nucléotides (ou filaments polynucléotidiques ), qui constituent les acides nucléiques, ont deux extrémités, appelées extrémités 5 ' (nous lisons "extrémité cinq en premier") et extrémité 3' (nous lisons "extrémité trois en premier"). Par convention, les biologistes et les généticiens ont établi que l' extrémité 5 'représente la tête d'un filament d'acide nucléique, tandis que l' extrémité 3' représente sa queue .
Du point de vue chimique, l'extrémité 5 'des acides nucléiques coïncide avec le groupe phosphate du premier nucléotide de la chaîne, tandis que l'extrémité 3' coïncide avec le groupe hydroxyle (OH) placé sur le carbone 3 du dernier nucléotide. .
Il est basé sur cette organisation que, dans les ouvrages de génétique et de biologie moléculaire, les filaments 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'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.
Fonction générale
Les acides nucléiques contiennent, transportent, déchiffrent et expriment l'information génétique dans les protéines .
Composées 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 des nucléotides, qui constituent les filaments des acides nucléiques.
Histoire
Le mérite de la découverte des acides nucléiques, survenue en 1869, appartient au médecin et biologiste suisse Friedrich Miescher .
Miescher a fait ses découvertes alors qu'il étudiait le noyau cellulaire des leucocytes, dans le but de mieux comprendre la composition interne.
Les expériences de Miescher ont constitué un tournant dans le domaine de la biologie moléculaire et de la génétique, puisqu'elles ont initié une série d'études menant à l'identification de la structure de l'ADN (Watson et Crick, en 1953) et de l'ARN, à la connaissance de mécanismes de transmission génétique et identification de processus de synthèse de protéines précis.
ORIGINE DU NOM
Les acides nucléiques portent ce nom, car Miescher les a identifiés à l'intérieur du 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 référentiel d'informations génétiques (ou gènes ) servant à diriger le développement et la croissance des cellules d'un organisme vivant.
L'acronyme ADN signifie acide désoxyribonucléique ou acide désoxyribonucléique .
DOUBLE ELICA
En 1953, pour expliquer la structure de l'ADN de l'acide nucléique, les biologistes James Watson et Francis Crick ont proposé le modèle - plus tard révélé correct - de la dite " double hélice ".
Basé sur 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 les uns dans les autres.
Le terme "antiparallèle" indique que les deux filaments ont une orientation opposée, à savoir: 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 acides nucléiques de l'ADN d'acide nucléique ont un agencement tel que les bases azotées soient orientées vers l'axe central de chaque spirale, tandis que les pentoses et les groupes phosphates forment l'échafaudage. de ce dernier.
QU'EST-CE QUE LA PENTOSE DE L'ADN?
Le pentose qui sont les nucléotides de l'ADN d'acide nucléique est le désoxyribose .
Ce sucre à 5 atomes de carbone doit son nom au manque, sur le carbone 2, d'atomes d'oxygène. Après tout, désoxyribose signifie "sans oxygène".
Figure: désoxyribose.
En raison de la présence de désoxyribose, les acides nucléiques de l'ADN d'acide nucléique sont appelés des désoxyribonucléotides .
TYPES DE NUCLEOTIDES ET DE BASES D'AZOTE
L'acide nucléique de l'ADN contient 4 types différents de désoxyribonucléotides .
Pour distinguer les 4 types différents de désoxyribonucléotides, il n’ya que 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 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, composés hétérocycliques aromatiques à cycle unique.
Avec le modèle "double hélice", Watson et Crick ont également expliqué quelle est l'organisation des bases azotées dans l'ADN:
- Chaque base azotée d'un filament se raccorde, par des liaisons hydrogène, à une base azotée présente sur le filament antiparallèle, formant en fait un couple, un appariement, de bases.
- L'appariement entre les bases azotées des deux brins est très spécifique. En fait, l'adénine ne se lie qu'à la thymine, alors que la cytosine ne se lie qu'à la guanine.
Cette découverte importante a amené les biologistes moléculaires et les généticiens à forger les termes de " complémentarité entre bases azotées " et " appariement complémentaire de bases azotées ", pour indiquer le caractère unique de la liaison de l'adénine avec la thymine et de la cytosine avec la guanine. .
OU RESERVE-T-ELLE DANS LES CELLULES VIVANTES?
Dans 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.
Dans les organismes procaryotes (bactéries et archéobactéries), l'ADN de l'acide nucléique réside dans le cytoplasme, car les cellules procaryotes sont dépourvues de noyau.
ARN
Parmi les deux acides nucléiques naturels, l'ARN représente la macromolécule biologique qui traduit les nucléotides de l'ADN en acides aminés constituant les protéines (processus de synthèse protéique ).
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 .
DIFFERENCES QUI LE DISTINGUENT DE L'ADN
L'ARN d'acide nucléique présente des différences différentes de celles de l'ADN:
- L'ARN est une molécule biologique plus petite que l'ADN, habituellement formée d'un seul brin de nucléotide .
- Le pentose constituant 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 de sucre ribose que des biologistes et des chimistes ont attribué à l’ARN le nom d’acide ribonucléique.
- Les nucléotides de l'acide nucléique d'ARN sont également appelés ribonucléotides .
- L'ARN acide nucléique ne partage avec l'ADN que 3 bases azotées sur 4 . À la place de la thymine, en effet, présente la base azotée d' uracile .
- L'ARN peut résider dans divers compartiments de la cellule, du noyau au cytoplasme.
TYPES D'ARN
Figure: la ribose.
À l'intérieur des cellules vivantes, l'ARN d'acide nucléique existe sous quatre formes principales: l' ARN de transport (ou transfert d'ARN ou ARNt ), l' ARN messager (ou ARN messager ou ARNm ), l' ARN ribosomal (ou ribosomal). ARN ou ARNr ) et le petit ARN nucléaire (ou petit ARN ou ARNsn nucléaire ).
Bien qu'elles couvrent différents rôles spécifiques, les quatre formes d'ARN susmentionnées coopèrent dans un but commun: la synthèse de protéines, à partir des séquences de nucléotides présentes dans l'ADN.
Modèles artificiels
Au cours des dernières décennies, les biologistes moléculaires ont synthétisé en laboratoire différents acides nucléiques identifiés par l'adjectif "artificiel".
Parmi les acides nucléiques artificiels méritent une citation particulière: TNA, PNA, LNA et GNA.
