☣️ Nucléotides et acides nucléiques
Les nucléotides, monomères réactifs des acides nucléiques
Les constituants des nucléotides
Un nucléotide est constitué de trois éléments :
- Un groupe phosphate (acide phosphorique).
- Une base azotée.
- Un ose (pentose : ribose ou désoxyribose, voir Glucides).
Il y a 5 types de bases azotées principales :
- T pour Thymine (ADN uniquement)
- G pour Guanine
- A pour Adénine
- C pour Cytosine
- U pour Uracile (ARN uniquement)
Il est possible d'avoir 1, 2 ou 3 phosphates, ce qui entraîne donc un monophosphate, diphosphate et triphosphate. Les liaisons entre ces phosphates sont des liaisons anhydrides d'acide, à haut potentiel énergétique. L'ATP (Adénosine Triphosphate) est donc utilisé comme source d'énergie dans le corps.
Les nucléotides sont des molécules planes car elles possèdent des doubles liaisons conjuguées dans les bases. Elles absorbent les UV (à 260 nm), ce qui permet de les détecter et quantifier, mais peut aussi provoquer des mutations.
Les rôles des nucléotides
C'est une molécule diffusible, qui fait des allers-retours entre les différents endroits de la cellule. Elle charge et décharge des groupements chimiques. Cette molécule n'est jamais à l’arrêt. Elle n'est pas une réserve, elle est constamment utilisée. Le pool de molécules est toujours à flux tendu. La molécule d'ATP est utilisée dans la minute après sa synthèse.
Tous les types de nucléotides vont participer à la synthèse de l'ADN et l'ARN. Ils sont également des coenzymes (intermédiaires métaboliques), donc des molécules nécessaires à une réaction. Ils servent également de seconds messagers dans la cellule (ex: AMPc). Dernière fonction : certains nucléotides permettent l'activation de molécules pour la synthèse de polyosides (ex: UDP-glucose).
Molécules énergétiques
L'ATP est une molécule véhicule. Il nous faut une petite molécule utilisable et transformable pour ne pas perdre trop d'énergie. Comme c'est une petite molécule hydrophile, elle diffuse facilement au sein des compartiments cellulaires.
L'ATP n'est JAMAIS stocké. C'est une molécule extrêmement mobile qui est utilisée instantanément.
L'hydrolyse de la liaison entre les phosphates libère de l'énergie. Cette réaction est catalysée par des enzymes de type kinase (pour le transfert de phosphate).
Le manque d'ATP peut donc briser des chaînes de réactions.
Coenzymes
Les acides gras doivent être activés pour être estérifiés. On peut former des coenzymes avec des groupes ATP (ex: Coenzyme A) et ainsi pouvoir faire de la condensation.
Informatique
Une enzyme (adénylate cyclase) transforme l'ATP en AMPc (AMP cyclique), un second messager qui va activer des protéines (ex: Protéine Kinase A) permettant une cascade de signalisation (ex: dégradation du glycogène).
Les acides nucléiques, des molécules informatives
Les polynucléotides porteurs de l’information
Chaque nucléotide est un monomère. Ils forment des hétéropolymères séquencés et orientés (5' vers 3').
L'ADN est composé de désoxyribonucléotides et l'ARN de ribonucléotides.
Leur taille est toujours exprimée en nombre de paires de bases (pb) pour l'ADN, ou en nucléotides (nt) pour l'ARN. La quantité d'ADN ne signifie pas nécessairement que l'organisme est complexe (paradoxe de la valeur C).
L'orientation de l'ADN permet la lecture par des enzymes polymérases.
ADN
Comme c'est une molécule stable, c'est une molécule réparable. Elle est également peu réactive. L'ADN est avantageux car l'information est contenue en 2 exemplaires (double brin).
La structure en double hélice de l’ADN a été décrite en 1953 par Watson et Crick, grâce aux données de Rosalind Franklin (diffraction des rayons X).
Chargaff a montré que la quantité de A = T et C = G (complémentarité des bases).
La double hélice a un diamètre d’environ 2 nm et un pas d’environ 3,4 nm (10 paires de bases par tour).
L'ose de l'ADN est un désoxyribose. L’ordre des nucléotides (séquence) définit l'information génétique.
Les liaisons hydrogènes des couples C-G (3 liaisons) et A-T (2 liaisons) permettent l'association des deux brins. Ces liaisons faibles permettent aussi la séparation locale des brins (dénaturation) pour la réplication ou la transcription. On dit que l'ADN est dynamique.
L'ADN est stable de génération en génération, mais des mutations peuvent survenir. C'est le moteur de l'évolution.
Transgenèse
Technique consistant à introduire un gène étranger (transgène) dans le génome d'un organisme.
On insère le gène d'intérêt dans un vecteur (plasmide) puis dans une bactérie. On utilise un gène de sélection (résistance antibiotique) pour isoler les bactéries transformées.
Cette expérience prouve que l'ADN est universel. Il peut être décodé par n'importe quel être vivant.
ARN
L'ARN est généralement monocaténaire (un seul brin). Il contient de l'Uracile au lieu de la Thymine et du Ribose au lieu du Désoxyribose. Il existe plusieurs types d'ARN (ARNm, ARNt, ARNr) jouant des rôles clés dans la synthèse des protéines (Protéines).
L'ARN ussi hétéroploymères composés de nucléotides. à la place de la désoxyribose, on a de la ribose. Elle est plus petite, formé d'une seul brun, mais peut prendre des formes tri-dimensionnelles dans l’espace. Elle sont 5 à 10 fois plus abondantes que l'ADN dans la cellule.Elle sont toujours formés par la transcription d'ADN, permise par l'ARN polymérase qui détecte un promoteur qui précede le gene.
Souvent, un gène correspond à un ARNm. Il est ensuite traduit en une séquence d'acides aminés, en peptides. Selon la formation et l'activité de cette "protéine", le gène se prononcera ou non.
Les transcriptome sont l'ensembles des ARN qui sont issue de l'ensemble des transcriptions d'un génome. Deux cellules spécialisés n'ont donc pas le même transcriptome. Le transcriptome varie donc dans le temps & l'espace.
L'ARNm est traduit presque instantanément, elle a donc une durée de vie très courte.
L'ARNt (reconaisable à sa forme de trèfle 🍀) s'associe avec les protéines pour former des particules ribonucléoprotéiques (les ribosomes).
Les petits ARN peuvent se fixer sur l'ARNm pour empêcher l'approche de ces ribosomes (bloquant la traduction) ou recruter des enzymes pour permettre le clivage de l'ARNm.
Aucun nucléotide n'est perdu, ils sont réutilisés pour synthétiser d'autres polymères.
| ARNm | ARNt | ARNr | Petits ARN | |
|---|---|---|---|---|
| Proportion | 5% | 15% | 80% | <1% |
| Durée de vie | Courte (de quelques minutes à quelques heures) | Longue | Longue | Très variable |
| Taille | De quelques centaines à quelques millions de nucléotides | 75 à 100 nucléotides | 100 à 2000 nucléotides | < 1000 nucléotides |
| Structure | Linéaire, quelques structures en épingle à cheuveux parfois | Structure secondaire en feuille de trèfle, et structure tertiaire en L. | Complexe, avec association aux protéines ribosomales | Complexe, association à de nombreuses protéines |
| Fonctions | Copie de travail de l'ADN | Adaptateur entre ARNm et acides aminés. Liaison à un acide aminé en 3' | - Structural pour mise en forme des ribosomes - Catalytique pour la transpepetidation | - Cataliste de la télomérase - Interférences ARN |
Seule l'ARNm possède un message provenant de l'ADN. La proportion d'ARN informative est donc très faible.