Acide nucléique

Les acides nucléiques sont des macromolécules, c'est-à-dire de grosses molécules assez complexes. Ils entrent dans la famille des biomolécules dans la mesure où ils sont d'une particulièrement grande importance dans le règne de la vie, «bios» signifiant vie en grec.



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Acide nucléique - Métabolisme de l'azote

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Définitions :

  • Macromolécule constituée de nucléotides polymérisés. Il en existe deux formes l´ADN et l´ARN. Les acides nucléiques peuvent être linéaires ou circulaires, et simple ou double brin. (source : biofondations.gc)
Acides nucléiques

Les acides nucléiques sont des macromolécules, c'est-à-dire de grosses molécules assez complexes. Ils entrent dans la famille des biomolécules dans la mesure où ils sont d'une particulièrement grande importance dans le règne de la vie, «bios» signifiant vie en grec.

Les acides nucléiques sont des polymères dont l'unité de base, ou monomère, est le nucléotide. Ces nucléotides sont liés les uns aux autres par des liaisons phosphodiester.

Types d'acide nucléique

Localisation

On trouve des acides nucléiques (ADN et ARN) dans les cellules de presque chaque organisme. Toute cellule eucaryote ou procaryote, soit les cellules animales, les cellules végétales, les bactéries, les mycètes (ou champignons) et même les mitochondries et les chloroplastes contiennent les deux types d'acide nucléique. Cependant, les virus peuvent contenir de l'ADN ou de l'ARN, mais jamais les deux en même 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 à des protéines comme des histones. Cet agencement d'ADN et de protéines forme la chromatine qu'on retrouve sous forme de chromosomes linéaires chez les eucaryotes (bien visibles durant la mitose) et sous forme de chromosome hélicoïdal unique chez les procaryotes. Pour sa part, l'ARN se retrouve tout 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 nucléiques sont des amas de nucléotides. Les nucléotides formant l'ADN se nomment désoxyribonucléotides alors que ceux formant l'ARN se nomment ribonucléotides. La composition de ces nucléotides fluctue selon qu'ils sont dans l'ADN ou dans l'ARN. Cependant, qu'ils se retrouvent dans l'un ou dans l'autre de ces acides nucléiques, les nucléotides possèdent toujours trois substances principales :

Liaisons

Pour soutenir de telles molécules et les maintenir «en un morceau», des liaisons chimiques sont nécessaires. Ces liaisons doivent être fortes pour éviter les bris et pour rester stable, mais doivent aussi être faibles dans une certaine mesure où ces acides nucléiques doivent constamment être manipulés par diverses protéines, entre autres des enzymes, dans des processus comme la réplication, la ou la traduction.

Liaisons phosphodiester

Dans les acides nucléiques, les différents nucléotides sont positionnés bout à bout et liés les uns aux autres par des liens 3'- 5' (prononcé 3 prime – 5 prime) phosphodiester. Ces chiffres donnent le sens de la liaison ; le phosphate se lie au carbone 5 du sucre du premier nucléotide et au carbone 3 du sucre du nucléotide suivant. Les liaisons phosphodiester sont des liens covalents, c'est-à-dire qu'il y a partage d'électrons entre les atomes. Le phosphate est par conséquent 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 liaisons phosphodiester sont des liaisons covalentes. (On peut dire que l'ensemble des liaisons phophodiester sont des liaisons covalentes, mais l'ensemble des liaisons covalentes ne sont pas des liaisons phosphodiester).

Mis à part, les liaisons hydrogène, qu'on appelle fréquemment interactions hydrogène parce qu'en fait, il n'y a pas «liaison» elle-même, toute autre liaison présente dans les acides nucléiques sont des liaisons covalentes.

Création du squelette

L'alternance des phosphates et des sucres produit le squelette de l'acide nucléique sur lequel s'attachent les bases azotées. Le polymère constitué s'appelle un brin et a l'allure schématique d'une «corde».

Le squelette est une partie assez rigide dans la mesure où il se compose de liens covalents, des liens chimiques particulièrement forts.

Liaisons hydrogène

Dans le cas de l'ADN, les deux brins (les deux cordes) sont disposés de telle sorte que l'ensemble des bases azotées se retrouvent au centre de la structure. Cette structure nommée double hélice est tenue par des liaisons hydrogène (liens faibles, qui retiennent peu) qui se forment entre les bases azotées complémentaires; l'adénine s'associant toujours avec la thymine (dans l'ADN) ou l'uracile (dans l'ARN) avec deux liens hydrogène et la guanine s'associant toujours avec la cytosine avec trois liens hydrogène.

Création de la structure hélicoïdale

Structure 3D de la molécule d'ADN

Les deux brins (plus fréquemment retrouvés dans l'ADN rares dans l'ARN) prennent la forme d'une double hélice (structure hélicoïdale). Cette structure est rendue envisageable grâce à la souplesse des liens hydrogène.

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

Rôles

Ensemble, l'ADN et l'ARN jouent un rôle essentiel : ils stockent, entretiennent et traduisent l'information génétique. Ils assurent le maintien du génotype et du phénotype en synthétisant des protéines grâce aux gènes.

Rôle de l'ADN

L'ADN forme l'information génétique et détermine l'identité biologique de l'organisme (plante, grenouille ou humain). La préservation de cette information génétique se fait grâce à une duplication des molécules d'ADN avant la mitose (création de deux cellules filles semblables).

Rôle de l'ARN

L'ARN possède de nombreux rôles. En réalité, il existe plusieurs types différents d'ARN et chacun d'entre eux joue un rôle spécifique.

Voir code génétique pour savoir quels acides aminés sont associés à quels codons.

Les miARN peuvent réguler l'expression de plusieurs gènes (peut-être une centaine pour certains d'entre-eux).

Les siARN sont plus spécifiques que les miARN : ils sont conçus pour reconnaître un seul gène.

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

Les acides nucléiques dans les virus

Dans les cellules eucaryotes et procaryotes, l'ADN et l'ARN sont présents. Cependant, chez les virus, il n'y a qu'un seul acide nucléique présent. Ce peut être soit l'ADN ou l'ARN, mais jamais les deux en même temps. On peut y retrouver de l'ADN à simple ou à double chaîne ou encore de l'ARN à simple ou à double chaîne.

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 au sein de sa capside. Généralement, il n'y a pas de nom spécifique pour les virus à ADN.

Bibliographie
  1. Donald Vœt et Judith G. Vœt, Biochimie, De Bœck Université, Paris, 1998.
  2. Elaine N. Marieb, Anatomie et physiologie humaine, Éditions du renouveau pédagogique Inc., Montréal, 1999.
  3. Gerard J. Tortora, Berdell R. Funke et Christine L. Case, Introduction à la microbiologie, Éditions du renouveau pédagogique Inc., Montréal, 2003.
  4. Neil A. Campbell, Biologie, Éditions du renouveau pédagogique Inc., Montréal, 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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