Tout savoir sur les acides nucléiques

Chaque cellule, quelle que soit sa forme biologique, contient des acides nucléiques. Les deux acides nucléiques naturels sont l’acide désoxyribonucléique (ADN) et l’acide ribonucléique (ARN).

Les biopolymères, les blocs de construction à partir desquels les acides nucléiques sont formés, sont composés d’unités monomères répétées (les polymères à partir desquels les acides nucléiques sont construits).

L’acide nucléique peut être décomposé en ses nucléotides constitutifs, chacun ayant sa propre structure distincte.

Que sont les acides nucléiques ?

Les acides nucléiques sont les molécules porteuses d’informations les plus cruciales dans une cellule. Ils jouent un rôle important dans la régulation de la synthèse des protéines. Les deux formes les plus répandues d’acides nucléiques sont l’ADN (acide désoxyribonucléique) et l’ARN (acide ribonucléique).

Quelle est la structure de base d’un acide nucléique ?


Les acides nucléiques sont de longues molécules en forme de chaîne, composées de nombreuses petites molécules appelées nucléotides. Un nucléotide est constitué d’une base aromatique azotée, d’un sucre pentose (cinq carbones) et d’un groupe phosphate.

Quelles bases contenant de l’azote se produisent dans les acides nucléiques ?

Les bases azotées présentes dans tous les acides nucléiques sont l’adénine (A), la guanine (G), la cytosine (C), la thymine (T) et l’uracile (U). Les purines sont constituées des nucléobases A et G, tandis que les pyrimidines sont constituées des nucléobases C, T et U. A, C et G se trouvent dans tous les acides nucléiques, tandis que T ne se trouve que dans l’ADN et U que dans l’ARN.

Quand les acides nucléiques ont-ils été découverts ?


Les acides nucléiques ont été découverts en 1869 par le scientifique suisse Friedrich Miescher.

La structure des acides nucléiques

Un nucléotide est constitué de trois molécules qui sont reliées entre elles par des liaisons chimiques. Ces trois composants sont un groupe phosphate, un sucre à 5 atomes de carbone et une base azotée.

Groupe phosphate

Le groupe phosphate est composé d’un atome de phosphore relié à quatre atomes d’oxygène chargés négativement.

Sucre à 5 carbones

Les pentoses à 5 carbones que sont le ribose et le désoxyribose font partie des sucres contenus dans l’acide nucléique. Le ribose et le désoxyribose sont deux sucres ayant la même formule chimique : cinq atomes de carbone et un atome d’oxygène. Des groupes hydrogène et hydroxyle sont reliés aux atomes de carbone.

Les deuxième et troisième atomes de carbone du sucre ribose sont hydroxylés. Dans le sucre désoxyribose, le troisième atome de carbone est lié à un groupe hydroxyle, tandis que le deuxième atome de carbone est simplement lié à un atome d’hydrogène.

Base azotée

En raison de sa capacité à transférer des électrons à d’autres atomes, l’azote est utilisé comme base dans l’acide nucléique. Il peut maintenir les molécules de carbone, d’hydrogène et d’oxygène ensemble pour créer des anneaux.

Il est possible d’avoir un seul cycle (comme dans les pyrimidines) ou un double cycle (purines). Les pyrimidines comprennent la thamine, la cytosine et l’uracile. Les purines comprennent par exemple l’adénine et la guanine. La différence de taille entre les purines et les pyrimidines influence leur appariement dans les brins d’ADN.

Liaisons de l’acide nucléique

Les molécules de phosphore, de sucre et d’azote sont maintenues ensemble par des liaisons glycosidiques et des liaisons ester.

Une liaison glycosidique est formée entre le premier atome de carbone d’un sucre à cinq carbones et le neuvième atome d’azote d’une base azotée.

Le cinquième atome de carbone d’un sucre à 5 carbones crée une liaison ester avec le groupe phosphate.

L’ADN et l’ARN sont tous deux des molécules polynucléotidiques reliées entre elles par des liaisons hydrogène (ARN).

Pour construire ces chaînes, le groupe phosphate lié au cinquième atome de carbone d’un sucre à 5 carbones se lie au troisième atome de carbone du sucre à 5 carbones suivant, et ainsi de suite. Ce processus se répète encore et encore, construisant une chaîne maintenue par un squelette sucre-phosphate.

Si le sucre de cette chaîne est du ribose, un brin d’ARN sera formé.

L’ADN est formé par la liaison hydrogène entre un brin d’ARN et un autre polynucléotide ayant une structure comparable mais antiparallèle. Les liaisons hydrogène qui relient les pyrimidines et les purines des bases azotées créent une chaîne. Dans un processus connu sous le nom d’appariement complémentaire des bases, la guanine s’apparie avec la cytosine et l’adénine avec la thymine. Cela améliore l’efficacité énergétique des appariements de bases, et les bases s’accouplent toujours de cette manière.

La fonction de l’acide nucléique

Toutes les cellules des êtres vivants contiennent une variété d’acides nucléiques, chacun ayant son propre ensemble de responsabilités biologiques spécialisées.

ADN

L’ADN stocke et code toutes les informations génétiques de l’organisme. La structure de l’ADN permet aux parents de transmettre leurs gènes à leurs enfants.

Comme les nucléotides de l’ADN, l’adénine, la thymine, la guanine et la cytosine, ne se couplent que dans un certain ordre (l’adénine avec la thymine et la guanine avec la cytosine), la séquence dans laquelle ils sont dupliqués peut être définie à chaque division cellulaire. Cela permet la formation de copies génétiquement identiques, qui peuvent être transmises de génération en génération.

L’ADN porte les plans de chaque protéine produite par un être vivant.

ARN

L’ARN régule l’expression des instructions codées par l’ADN pour la synthèse des protéines. Certains virus utilisent cette méthode pour diffuser du matériel génétique.

Parmi les diverses fonctions de l’ARN, on peut citer

  • la régénération des tissus dans l’organisme
  • Le processus de traduction de l’ADN
  • Lien intermédiaire entre l’ADN et les ribosomes
  • Il dirige les ribosomes dans leur sélection des meilleurs acides aminés à utiliser dans la production de nouvelles protéines.

Ces activités sont réalisées par un certain nombre d’ARN aux noms variés. En voici quelques exemples :

  • Le protocole de transfert de l’ARN (ARNt)
  • La transcription de l’ARN (ARNr)
  • La transmission de l’information par l’ARN (ARNm).

ATP

Cependant, tous les acides nucléiques ne participent pas à la lecture et à l’écriture de la mémoire cellulaire. L’adénosine triphosphate (ATP) est un acide nucléique qui contribue à la production d’énergie par les cellules. Il est composé de trois groupes phosphates, d’une base azotée (adénine) et d’un sucre (ribose à cinq carbones).

Les liaisons à haute énergie créées entre les trois groupes phosphates fournissent de l’énergie à la cellule. L’ATP est la monnaie énergétique cellulaire qui alimente toute la vie.

En retirant le dernier phosphate du cycle, de l’énergie est produite. Pour cette fonction, l’adénosine triphosphate (ATP) est transformée en adénosine diphosphate (ADP). L’élimination de deux groupes phosphates de l’ATP fournit l’énergie nécessaire à la création de l’adénosine monophosphate (AMP) (AMP).

Dans un processus de recyclage qui se produit dans les mitochondries, les groupes phosphates sont régénérés et réinsérés dans la chaîne de l’ATP.

L’ATP intervient dans le transport interne et externe des protéines et des lipides au cours des processus d’endocytose et d’exocytose, respectivement. L’ATP est essentiel à la structure générale de la cellule puisqu’il est employé dans la création du cytosquelette.

La contraction musculaire est l’un des processus les plus subtils de l’organisme dans lequel l’ATP joue un rôle clé. Il s’agit non seulement des minuscules groupes musculaires qui permettent au cœur de battre, mais aussi des groupes musculaires plus importants qui contribuent à divers types de mouvements.

Résumé

L’acide nucléique est l’unité constitutive de l’ADN et de l’ARN, ce qui en fait un composant essentiel de tous les organismes vivants. On le trouve dans tous les types de cellules et même dans certains virus. Les acides nucléiques sont impliqués dans divers processus, notamment la création des cellules, le stockage et le traitement de l’information, la synthèse des protéines et la production d’énergie cellulaire.

L’ADN et l’ARN sont structurellement très similaires, seules quelques différences significatives dans leur composition moléculaire expliquent leurs différences de fonctions.