Acide Nucléique

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Acide Nucléique

Acide nucléique

Les acides nuclĂ©iques sont des macromolĂ©cules, c’est-Ă -dire de grosses molĂ©cules relativement complexes. Ils entrent dans la famille des biomolĂ©cules puisqu’ils sont d’une trĂšs grande importance dans le rĂšgne de la vie, « bios Â» signifiant vie en grec.

Les acides nuclĂ©iques sont des polymĂšres dont l’unitĂ© de base, ou monomĂšre, est le nuclĂ©otide. Ces nuclĂ©otides sont liĂ©s les uns aux autres par des liaisons phosphodiester.

Sommaire

Types d'acide nucléique

  • Il existe deux types d’acides nuclĂ©iques : l'acide dĂ©soxyribonuclĂ©ique (ADN) et l'acide ribonuclĂ©ique (ARN). L’ADN contient l’information gĂ©nĂ©tique. L’ARN est la copie de l'ADN (souvent en un seul brin alors que l'ADN est une double hĂ©lice = deux brins).
  • DiffĂ©rence entre l'ADN et l'ARN : l'ADN est le support de l'information gĂ©nĂ©tique, il contient le gĂ©nome, tout ce qui est nĂ©cessaire Ă  la formation des protĂ©ines, mais ne peut sortir du noyau. L'ARN joue plusieurs rĂŽles: il peut ĂȘtre le messager qui copie l'information gĂ©nĂ©tique de l'ADN, il peut aussi jouer un rĂŽle catalytique, ce qui est liĂ© Ă  sa capacitĂ© Ă  former de structures complexes. Il est exportĂ© du noyau par les pores nuclĂ©aires pour fournir l'information et permettre la synthĂšse des protĂ©ines par les ribosomes.

Propriétés chimiques

Absorbance : 260 nm

Localisation

On trouve des acides nuclĂ©iques (ADN et ARN) dans les cellules de presque chaque organisme. Toute cellule eucaryote ou procaryote, soit les cellules animales, les cellules vĂ©gĂ©tales, les bactĂ©ries, les mycĂštes (ou champignons) et mĂȘme les mitochondries et les chloroplastes contiennent les deux types d’acide nuclĂ©ique. Toutefois, les virus peuvent contenir de l’ADN ou de l’ARN, mais jamais les deux en mĂȘme temps.

Chez les eucaryotes, l’ADN se trouve dans le noyau cellulaire, dans la matrice des mitochondries et dans le stroma des plastes. Il s’associe Ă  des protĂ©ines comme des histones. Cet agencement d’ADN et de protĂ©ines forme la chromatine que l’on retrouve sous forme de chromosomes linĂ©aires chez les eucaryotes (bien visibles durant la mitose) et sous forme de chromosome hĂ©licoĂŻdal unique chez les procaryotes. Pour sa part, l’ARN se retrouve autant au niveau du noyau qu'au niveau du cytosol.

Composition

Structure schématique d'une molécule d'ADN, en bas à gauche un nucléotide

Les acides nuclĂ©iques sont constituĂ©s d'un enchaĂźnement de nuclĂ©otides. Les nuclĂ©otides formant l'ADN s'appellent dĂ©soxyribonuclĂ©otides tandis que ceux formant l'ARN s'appellent ribonuclĂ©otides. La nature de ces nuclĂ©otides varie selon qu’ils sont dans l’ADN ou dans l’ARN. Toutefois, qu'ils se retrouvent dans l'un ou dans l'autre de ces acides nuclĂ©iques, les nuclĂ©otides se composent toujours de trois Ă©lĂ©ments fondamentaux :

  • un sucre
  • un groupe phosphate
  • une base azotĂ©e.

Liaisons

Pour soutenir de telles molĂ©cules et les maintenir « en un morceau Â», des liaisons chimiques sont nĂ©cessaires. Ces liaisons doivent ĂȘtre fortes pour Ă©viter les bris et pour rester stable, mais doivent Ă©galement ĂȘtre faibles dans une certaine mesure oĂč ces acides nuclĂ©iques doivent constamment ĂȘtre manipulĂ©s par diverses protĂ©ines, entre autres des enzymes, dans des processus comme la rĂ©plication, la transcription ou la traduction.

Liaisons phosphodiester

Dans les acides nuclĂ©iques, les diffĂ©rents nuclĂ©otides sont placĂ©s bout Ă  bout et liĂ©s les uns aux autres par des liens 5’- 3’ (prononcĂ© 5 prime – 3 prime) phosphodiester (PO4) : ces chiffres donnent le sens de la liaison : 5' - NuclĂ©otide 1 - PO4 - NuclĂ©otide 2 - PO4 - ... - 3'.

Le phosphate se lie au carbone 3 du sucre du premier nuclĂ©otide et au carbone 5 du sucre du nuclĂ©otide suivant ; tout ceci par l'intermĂ©diaire de deux liaisons ester. Les liaisons phosphodiester sont des liens covalents, c'est-Ă -dire qu'il y a partage d'Ă©lectrons entre les atomes. Le phosphate est donc le lien (ou le pont) entre chaque sucre.

Liaisons covalentes

Les bases azotées sont attachées sur le carbone 1' des sucres par des liaisons covalentes.

Les sucres du squelette par sont reliés par des liaisons phosphodiester. Ce sont des liaisons ester covalentes entre un une fonction alcool du sucre (5'-OH ou 3'-OH) et l'acide phosphorique.

Les interactions entre bases sont en revanche des interactions non-covalentes, de type liaison hydrogĂšne.

Création du squelette

L’alternance des phosphates et des sucres produit le squelette de l’acide nuclĂ©ique sur lequel s’attachent les bases azotĂ©es. Le polymĂšre formĂ© se nomme un brin et a l’allure schĂ©matique d’une « corde Â».

Le squelette est une partie relativement rigide puisqu'il est composé de liens covalents, des liens chimiques trÚs forts.

Liaisons hydrogĂšne

Dans le cas de l’ADN, les deux brins (les deux cordes) sont disposĂ©s de telle sorte que toutes les bases azotĂ©es se retrouvent au centre de la structure. Cette structure appelĂ©e double hĂ©lice est maintenue par des liaisons hydrogĂšne (liens faibles, qui retiennent peu) qui se forment entre les bases azotĂ©es complĂ©mentaires; l’adĂ©nine s’associant toujours avec la thymine (dans l'ADN) ou l’uracile (dans l'ARN) Ă  l’aide de deux liens hydrogĂšne et la guanine s’associant toujours avec la cytosine Ă  l’aide de trois liens hydrogĂšne.

Création de la structure hélicoïdale

Structure 3D de la molécule d'ADN

Les deux brins (plus souvent retrouvés dans l'ADN rares dans l'ARN) prennent la forme d'une double hélice (structure hélicoïdale). Cette structure est rendue possible grùce à la souplesse des liens hydrogÚne.

Cette structure souple est idéale pour permettre aux protéines telles les polymérases, les primases et les ligases, de traduire ou de dupliquer l'ADN.

RĂŽles

Ensemble, l’ADN et l’ARN jouent un rĂŽle fondamental : ils stockent, entretiennent et traduisent l’information gĂ©nĂ©tique. Ils assurent le maintien du gĂ©notype et du phĂ©notype en synthĂ©tisant des protĂ©ines grĂące aux gĂšnes.

RĂŽle de l'ADN

L’ADN constitue l’information gĂ©nĂ©tique et dĂ©termine l'identitĂ© biologique de l’organisme (plante, grenouille ou humain). La prĂ©servation de cette information gĂ©nĂ©tique se fait grĂące Ă  une duplication des molĂ©cules d'ADN avant la mitose (crĂ©ation de deux cellules filles identiques).

RĂŽle de l'ARN

L’ARN possĂšde de nombreux rĂŽles. En fait, il existe plusieurs types diffĂ©rents d’ARN et chacun d’entre eux joue un rĂŽle spĂ©cifique.

  • L’ARN messager (ARNm) : est le produit de la maturation de l'ARN prĂ©-messager (ARNpm), qui lui est le produit de la transcription opĂ©rĂ©e sur l’ADN. La maturation des ARNpm consiste en diffĂ©rentes modifications de la sĂ©quence telles que l'Ă©dition ou l'Ă©pissage. L'Ă©pissage de l'ARNpm consiste Ă  enlever les introns et Ă  relier les exons les uns Ă  la suite des autres. Cette chaĂźne d'exons constitue alors l'ARN messager « produit final Â». Contrairement Ă  l'ARN prĂ©messager, l'ARN messager quitte le noyau et est ultimement traduit en peptide dans le cytosol ou encore dans le rĂ©ticulum endoplasmique. L'ARNm est le « plan de construction Â» d’une protĂ©ine. Il n'y a pas d'Ă©pissage chez les Procaryotes oĂč l'ARN produit par la transcription est directement l'ARNm (en effet ces organismes ne possĂšdent pas de noyau et les ribosomes se fixent sur la molĂ©cule d'ARN pendant qu'elle est synthĂ©tisĂ©e). Dans le cas des eucaryotes L'ARN prĂ©messager nuclĂ©aire peut aussi ĂȘtre appelĂ© ARN nuclĂ©aire hĂ©tĂ©rogĂšne (ARNnh) car il se retrouve strictement dans le noyau et est composĂ© d'introns et d'exons.
Voir code génétique pour savoir quels acides aminés sont associés à quels codons.
  • Les microARN (miARN) : dĂ©couverts en 1993 par Victor Ambros chez le ver Caenorhabditis elegans. Ils possĂšdent une structure simple brin et sont longs de 19 Ă  25 nuclĂ©otides. Ils jouent un rĂŽle dans le mĂ©tabolisme cellulaire en empĂȘchant la traduction de certains ARN messager en peptides. En se liant Ă  des ARN messagers dont ils sont partiellement complĂ©mentaires, les microARN entraĂźnent le blocage de la traduction de l'ARNm par les ribosomes.

Les miARN peuvent rĂ©guler l'expression de plusieurs gĂšnes (peut-ĂȘtre une centaine pour certains d'entre eux).

  • Les silencingRNA (siRNA) sont des petits ARN de 21-22 nuclĂ©otides parfaitement complĂ©mentaires Ă  leurs ARNm cibles. Contrairement aux miRNA, les siRNA ne sont pas codĂ©s par le gĂ©nome de la cellule hĂŽte mais plutĂŽt apportĂ©s par un Ă©ventuel envahisseur tel que les virus. De plus, ils possĂšdent une structure en double brin, et leur action consiste Ă  dĂ©grader les ARNm. Elle s'effectue en collaboration avec des protĂ©ines appelĂ©es RISC (RNA Induced Silencing Complex). Ces derniĂšres se fixent sur le brin antisens (complĂ©mentaire au brin codant) du siARN, le brin sens est abandonnĂ©, et le complexe (RISC + ARN simple brin antisens) ainsi formĂ© peut reconnaĂźtre le fragment d'ARNm correspondant et le dĂ©truire, empĂȘchant ainsi l'expression du gĂšne associĂ©.

Les siARN sont plus spĂ©cifiques que les miARN : ils sont conçus pour reconnaĂźtre un seul gĂšne.

Ces ARN courts sont devenus un outil trÚs utilisé en biologie moléculaire pour éteindre un à un les gÚnes dont on souhaite déterminer le rÎle métabolique. Leur spécificité d'action fait des siARN une voie trÚs étudiée dans la lutte contre le cancer et les maladies virales.

  • snRNA (small nuclear RNA), snoRNA (small nucleolus RNA), scaRNA (small cajal bodies RNA): ce sont de courtes chaĂźnes de ribonuclĂ©otides (qui se retrouve exclusivement dans le noyau et plus prĂ©cisĂ©ment dans des compartiments du noyau comme le nuclĂ©ole pr les snoRNA et les corps de Cajal pour les scaRNA. Ces ARN non codants s'associent Ă  des protĂ©ines pour former des complexes nommĂ©s petites ribonuclĂ©oprotĂ©ines nuclĂ©aires (RNPpn)("small nuclear ribonucleoproteins" RNPsn), essentiels lors du processus d'Ă©pissage des ARN prĂ©messagers et lors du processus de maturation des ARNr et ARNtm

Les acides nucléiques dans les virus

Dans les cellules eucaryotes et procaryotes, l’ADN et l’ARN sont prĂ©sents. Toutefois, chez les virus, il n’y a qu’un seul acide nuclĂ©ique prĂ©sent. Ce peut ĂȘtre soit l’ADN ou l’ARN, mais jamais les deux en mĂȘme temps. On peut y retrouver de l’ADN Ă  simple ou Ă  double chaĂźne ou encore de l’ARN Ă  simple ou Ă  double chaĂźne.

L'on sépare les virus en plusieurs classes, selon la forme sous laquelle est présenté le matériel génétique du virus. Ainsi le VIH, le virus transmettant le SIDA, est un rétrovirus, ou virus à ARN car son matériel génétique est présenté sous forme d'ARN à l'intérieur de sa capside. De maniÚre générale, il n'y a pas de nom particulier pour les virus à ADN.

Voir aussi

Articles connexes

Bibliographie

  1. Donald Voet et Judith G. Voet, Biochimie, De Boeck Université, Paris, 1998.
  2. Elaine N. Marieb, Anatomie et physiologie humaine, Éditions du renouveau pĂ©dagogique Inc., MontrĂ©al, 1999.
  3. Gerard J. Tortora, Berdell R. Funke et Christine L. Case, Introduction Ă  la microbiologie, Éditions du renouveau pĂ©dagogique Inc., MontrĂ©al, 2003.
  4. Neil A. Campbell, Biologie, Éditions du renouveau pĂ©dagogique Inc., MontrĂ©al, 1995.
  5. Wayne M Becker, Lewis J. Kleinsmith et Jeff Hardin, The World of the Cell 5th edition, Benjammin Cummings, San Francisco, 2003.
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