Acide nucléique

Tu as très probablement déjà entendu parler de l'ADN, mais as-tu entendu parler de l'ARN ? Ces deux macromolécules essentielles à l'hérédité dans toutes les cellules vivantes sont l'ADN (acide désoxyribonucléique) et l'ARN (acide ribonucléique). L'ADN et l'ARN sont tous deux des acides nucléiques importants car ils remplissent des fonctions vitales pour le maintien de la vie.

Acide nucléique : définition simple

Fonctions de l'ADN

La principale fonction de l'ADN est de stocker l'information génétique dans des structures appelées chromosomes. Dans les cellules eucaryotes, l'ADN se trouve dans le noyau, la mitochondrie et le chloroplaste (chez les plantes uniquement). Chez les procaryotes, l'ADN se trouve dans le nucléoïde, qui est une région du cytoplasme, ainsi que dans les plasmides.

Fonctions de l'ARN

L'ARN transfère l'information génétique de l'ADN situé dans le noyau aux ribosomes, des organites spécialisés composés d'ARN et de protéines. Les ribosomes sont particulièrement importants, car c'est là que se produit la traduction (l'étape finale de la synthèse des protéines). Il existe différents types d'ARN, tels que l'ARN messager (ARNm), l'ARN de transfert (ARNt) et l'ARN ribosomal (ARNr), chacun ayant une fonction spécifique.

Chez les eucaryotes, l'ARN se trouve dans le nucléole, un organite situé dans le noyau, et dans les ribosomes. Chez les procaryotes, l'ARN se situe dans le nucléoïde, les plasmides et les ribosomes.

Fonctions de l'ARN messager

L'ARNm est le produit final de la transcription, la première étape de la synthèse des protéines, qui a lieu dans le noyau. Ces molécules sont plus courtes que l'ADN et stockent la séquence de base d'un gène spécifique sous forme de nucléotides d'ARN. L'ARNm peut migrer hors du noyau vers un ribosome, où il sert de matrice pour l'étape suivante de la synthèse des protéines. Sa fonction première est donc de transférer l'information génétique des protéines aux ribosomes, où elle est utilisée pour déterminer la séquence d'acides aminés d'un polypeptide.

Fonctions de l'ARN de transfert

L'ARNt participe à la traduction, qui a lieu au niveau des ribosomes. Ces molécules intéressantes en forme de trèfle (voir la figure 1 ci-dessous) ont pour fonction de livrer l'acide aminé correct aux ribosomes pour construire la chaîne polypeptidique. Penses-y comme à des facteurs ; les ARNt transportent le courrier (qui est constitué d'acides aminés) vers les foyers (qui sont les ribosomes).

Fig. 1 - Schéma de l'ARNt en forme de trèfle

Fonctions de l'ARN ribosomal

L'ARN ribosomal travaille spécifiquement avec la synthèse des protéines. Il aide à créer des protéines en se liant à l'ARNm et à l'ARNt.

Acide nucléique : structure

L'ADN et l'ARN sont des polynucléotides, c'est-à-dire des polymères constitués de monomères. Ces monomères sont appelés nucléotides. Nous allons explorer ici leurs structures et leurs différences (l'acide nucléique et sa structure, et l'acide nucléique et sa composition).

Structure des nucléotides de l'ADN

Un seul nucléotide d'ADN est constitué de 3 composants :

• un groupe phosphate ;

• un sucre pentose (désoxyribose) ;

• une base organique azotée.

Fig. 2 - Structure de l'ADN

Dans la figure 2 ci-dessus, tu verras comment ces différents composés sont organisés au sein d'un seul nucléotide. Il existe quatre différents types de nucléotides de l'ADN, tout comme il existe quatre types différents de bases azotées : l'adénine (A), la thymine (T), la cytosine (C) et la guanine (G). Ces quatre bases différentes peuvent être divisées en deux groupes : les pyrimidines et les purines.

Les bases pyrimidiques sont les plus petites, car elles sont composées d'une structure cyclique à un carbone. Les bases pyrimidiques sont la thymine et la cytosine. Les bases puriques sont les plus grandes, parce qu'elles sont composées de structures cycliques à deux atomes de carbone. Les bases puriques sont l'adénine et la guanine.

Structure des nucléotides de l'ARN

Un nucléotide d'ARN a une structure très semblable à celle d'un nucléotide d'ADN (voir la figure 3 ci-dessous illustrant la structure de l'ARN) et, comme l'ADN, il est composé de trois éléments :

• un groupe phosphate ;

• un sucre pentose (ribose) ;

• une base organique azotée.

Fig. 3 - Structure des nucléotides de l'ARN

Tu verras la structure d'un seul nucléotide d'ARN ci-dessus dans la figure 3. Un nucléotide d'ARN peut contenir quatre types différents de bases azotées : adénine, uracile, cytosine ou guanine.

Comparaison des nucléotides de l'ADN et de l'ARN

Les principales différences entre les nucléotides de l'ADN et de l'ARN sont les suivantes :

• les nucléotides de l'ADN contiennent un sucre désoxyribose, tandis que les nucléotides de l'ARN contiennent un sucre ribose ;

• seuls les nucléotides de l'ADN peuvent contenir une base thymine, tandis que seuls les nucléotides de l'ARN contiennent potentiellement une base uracile.

Les principales similitudes entre les nucléotides de l'ADN et de l'ARN sont les suivantes :

• les deux nucléotides contiennent un groupe phosphate ;

• les deux nucléotides contiennent un sucre pentose ;

• les deux nucléotides contiennent une base azotée.

Structure de l'ADN et de l'ARN

Les polynucléotides de l'ADN et de l'ARN sont formés par des réactions de condensation entre des nucléotides individuels. Une liaison phosphodiester est formée entre le groupe phosphate d'un nucléotide et le groupe hydroxyle (OH) du carbone en position 3 du sucre pentose d'un autre nucléotide. Un dinucléotide est créé lorsque deux nucléotides sont reliés par une liaison phosphodiester. Un polynucléotide d'ADN ou d'ARN est créé lorsque de nombreux nucléotides sont reliés entre eux par des liaisons phosphodiester. Le schéma de la figure 4 ci-dessous montre où se situe la liaison phosphodiester entre 2 nucléotides. Une réaction d'hydrolyse doit avoir lieu pour rompre les liaisons phosphodiester.

Fig. 4 - Liaison phosphodiester

Structure de l'ADN

La molécule d'ADN est une double hélice antiparallèle formée de deux brins de polynucléotides. Elle est antiparallèle, car les brins d'ADN vont dans des directions opposées l'un à l'autre. Les deux brins de polynucléotides sont reliés entre eux par des liaisons hydrogène entre des paires de bases complémentaires, que nous étudierons plus tard. La molécule d'ADN est également décrite comme ayant un squelette désoxyribose-phosphate — certains manuels peuvent également l'appeler « squelette sucre-phosphate ».

Structure de l'ARN

La molécule d'ARN est un peu différente de l'ADN dans la mesure où elle est constituée d'un seul polynucléotide, plus court que l'ADN. Cela l'aide à remplir l'une de ses principales fonctions, qui est de transférer l'information génétique du noyau aux ribosomes — le noyau contient des pores que l'ARNm peut traverser en raison de sa petite taille, contrairement à l'ADN, une molécule plus grosse. Dans la figure 5 ci-dessous, tu peux voir comment l'ADN et l'ARN diffèrent l'un de l'autre, tant par leur taille que par le nombre de brins de polynucléotides.

Fig. 5 - Structure de l'ADN et de l'ARN

Qu'est-ce que l'appariement des bases ?

Les bases peuvent s'apparier en formant des liaisons hydrogène, c'est ce que l'on appelle l'appariement des bases complémentaires. Cela permet de maintenir ensemble les deux molécules polynucléotidiques de l'ADN et c'est essentiel à la réplication de l'ADN ainsi qu'à la synthèse des protéines.

L'appariement complémentaire des bases nécessite la liaison d'une base pyrimidine à une base purine par des liaisons hydrogène. Dans l'ADN, cela signifie :

• l'adénine se couple à la thymine par 2 liaisons hydrogène ;

• la cytosine se couple à la guanine par 3 liaisons hydrogène.

Dans l'ARN, cela signifie que :

• l'adénine s'associe à l'uracile par 2 liaisons hydrogène ;

• la cytosine s'associe à la guanine par 3 liaisons hydrogène.

Fig. 6 - Laisons entre nucléotides

La figure 6, présentée ci-dessus, doit t'aider à visualiser le nombre de liaisons hydrogène formées lors de l'appariement de bases complémentaires. Bien que tu n'aies pas besoin de connaître la structure chimique des bases, tu dois connaître le nombre de liaisons hydrogène formées.

Stabilité de l'ADN

Comme la cytosine et la guanine forment 3 liaisons hydrogène, cette paire est plus forte que l'adénine et la thymine qui ne forment que 2 liaisons hydrogène. Cela contribue à la stabilité de l'ADN. Les molécules d'ADN présentant une proportion élevée de liaisons cytosine-guanine sont plus stables que les molécules d'ADN présentant une proportion plus faible de ces liaisons.

Un autre facteur qui stabilise l'ADN est le squelette de désoxyribose-phosphate. Celui-ci maintient les paires de bases à l'intérieur de la double hélice, et cette orientation protège ces bases, qui sont très réactives.

Différences et similitudes entre l'ADN et l'ARN

Il est important de savoir que même si l'ADN et l'ARN travaillent en étroite collaboration, ils sont différents. Utilise le tableau ci-dessous pour voir les différences et les similitudes entre ces acides nucléiques.

Tableau 1. Différences entre l'ADN et l'ARN

Les acides nucléiques en cours, c'est fini ! Cela devrait t'aider à réussir un test sur les acides nucléiques !