Fonctions, structure et types ARN

Il ARN ou ARN (l'acide ribonucléique) est un type d'acide nucléique présent dans les organismes eucaryotes, prokaryot et virus. Il s'agit d'un polymère nucléotidique qui contient quatre types de bases d'azote dans sa structure: adénine, guanine, cytosine et uracile.

L'ARN se trouve généralement comme une seule bande (sauf dans certains virus), en linéaire ou en formant une série de structures complexes. En fait, l'ARN a un dynamisme structurel qui n'est pas observé dans l'hélice ADN double. Les différents types d'ARN ont des fonctions très variées.

Les ARN ribosomaux font partie des ribosomes, les structures responsables de la synthèse des protéines dans les cellules. L'ARN messager fonctionne comme des intermédiaires et transportent des informations génétiques vers le ribosome, ce qui traduit le message d'une séquence nucléotidique en acide aminé.

Les ARN de transfert sont responsables de l'activation et du transfert des différents types d'acides aminés -20 dans le total des ribosomes. Il existe une molécule d'ARN de transfert pour chaque acide aminé qui reconnaît la séquence dans l'ARN messager.  

De plus, il existe d'autres types d'ARN qui ne sont pas directement impliqués dans la synthèse des protéines et participent à la régulation des gènes.

Structure

Les unités fondamentales de l'ARN sont des nucléotides. Chaque nucléotide est formé par une base d'azote (adénine, guanine, cytosine et uracile), un pentose et un groupe phosphate.

Nucléotides

Les bases azotées sont dérivées de deux composés fondamentaux: les pyrimidines et les purines.

Les bases dérivées de purines sont l'adénine et la guanine et les bases dérivées de pyrimidines sont la cytosine et l'uracile. Bien que ce soient les bases les plus courantes, les acides nucléiques peuvent également présenter d'autres types de bases moins fréquentes.

Quant au pentose, ce sont des unités D-Ribyan. Par conséquent, les nucléotides qui composent l'ARN sont appelés "ribonucléotides".

Chaîne d'ARN

Les nucléotides sont unis ensemble par des liens chimiques qui impliquent le groupe phosphate. Pour les former, le groupe Fosphate 5 'd'un nucléotide est lié au groupe hydroxyle (-OH) à l'extrémité 3' du nucléotide suivant, créant ainsi un lien de type phosphodiester.

Tout au long de la chaîne d'acide nucléique, les liaisons de phosphodiester ont la même orientation. Par conséquent, il y a une polarité du brin, distinguant entre 3 'et la fin 5'.

Par convention, la structure des acides nucléiques est représentée avec la fin 5 'à gauche et le 3' à droite.

Le produit d'ARN de la transcription d'ADN est une simple chaîne de bande qui se tourne vers la droite, dans une conformation hélicoïdale en raison de l'empilement des bases. L'interaction entre les purines est beaucoup plus grande que l'interaction entre deux pyrimidines, en raison de la taille.

Dans l'ARN, vous ne pouvez pas parler d'une structure secondaire traditionnelle et de référence, comme l'hélice ADN double. La structure à trois dimensions de chaque molécule d'ARN est unique et complexe, comparable à celle des protéines (logiquement, nous ne pouvons pas mondialiser la structure des protéines).

Forces qui stabilisent l'ARN

Il existe de faibles interactions qui contribuent à la stabilisation de l'ARN, en particulier l'empilement des bases, où les anneaux sont situés les uns sur les autres. Ce phénomène contribue également à la stabilité de l'hélice ADN.

Si la molécule d'ARN trouve une séquence complémentaire, ils peuvent être couplés et former une structure à double chaîne qui se tourne vers la droite. La forme prédominante est de type A; Quant aux formes Z, ils n'ont fait preuve que dans le laboratoire, tandis que la forme B n'a pas été observée.

Il y a généralement des séquences courtes (comme Uugg) qui sont situées à la fin de l'ARN et ont la particularité de la formation Boucles écurie. Cette séquence participe au pliage de la structure à trois dimensions de l'ARN.

De plus, des ponts d'hydrogène peuvent être formés dans d'autres endroits qui ne sont pas un accouplement de base typique (Au et CG). Une de ces interactions se produit entre le 2'-oh du ribosa avec d'autres groupes.

Élucider les différentes structures trouvées dans l'ARN ont servi à démontrer les multiples fonctions de cet acide nucléique.

Types et fonctions d'ARN

Il existe deux types d'ARN: informationnelle et fonctionnelle. Les ARN qui participent à la synthèse des protéines appartiennent au premier groupe et fonctionnent comme des intermédiaires du processus; Les ARN informatifs sont l'ARN messager.

En revanche, les ARN appartenant à la deuxième classe, les fonctionnels, ne donnent pas naissance à une nouvelle molécule protéique et l'ARN lui-même est le produit final. Ce sont les ARN de transfert et les ARN ribosomaux.

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Dans les cellules de mammifères, 80% de l'ARN est l'ARN ribosomal, 15% est un ARN de transfert et seule une petite partie correspond à l'ARN messager. Ces trois types fonctionnent en coopération pour atteindre la biosynthèse des protéines.

Il y a aussi de petits ARN nucléaires, de petits ARN cytoplasmiques et microarn, entre autres. Chacun des types les plus importants sera décrit en détail:

ARN messager

Chez les eucaryotes, l'ADN est confiné dans le noyau, tandis que la synthèse des protéines se produit dans le cytoplasme cellulaire, où les ribosomes sont trouvés. Pour cette séparation spatiale, il doit y avoir un médiateur qui porte le message du noyau au cytoplasme et cette molécule est l'ARN messager.

L'ARN messager, RNM abrégé, est une molécule intermédiaire qui contient les informations codées dans l'ADN et spécifie une séquence d'acides aminés qui donnera naissance à une protéine fonctionnelle.

Le terme ARN messager a été proposé en 1961 par François Jacob et Jacques Monod pour décrire la partie de l'ARN qui a transmis le message de l'ADN aux ribosomes.

Le processus de synthèse d'un RNM du brin d'ADN est connu sous le nom de transcription et se produit différentiellement entre les procaryotes et les eucaryotes. 

L'expression des gènes est régie par plusieurs facteurs et dépend des besoins de chaque cellule. La transcription est divisée en trois étapes: initiation, allongement et résiliation.

Transcription

Le processus de réplication de l'ADN, qui se produit dans chaque division cellulaire, copie l'ensemble du chromosome. Cependant, le processus de transcription est beaucoup plus sélectif, il ne traite que du traitement des segments spécifiques du brin d'ADN et ne nécessite pas d'amorce.

Dans Escherichia coli -Les bactéries les plus étudiées en sciences biologiques - la transcription commence par le Union. L'ARN polymérase enzymatique est responsable de la synthèse de l'ARN et, au fur et à mesure que la transcription continue, le brin d'ADN revient à sa forme d'origine.

Initiation, allongement et résiliation

La transcription n'est pas initiée dans des sites aléatoires dans la molécule d'ADN; Il existe des sites spécialisés pour ce phénomène, appelés promoteurs. Dans ET. coli L'ARN polymérase est couplée à des paires de bases au-dessus de la région blanche.

Les séquences où les facteurs de transcription sont couplés sont assez préservés entre différentes espèces. L'une des séquences de promotion les plus connues est la boîte Tata.

Dans l'allongement, l'enzyme de l'ARN polymérase ajoute de nouveaux nucléotides à l'extrémité 3'-OH, après l'adresse 5 «à 3». Le groupe hydroxyle agit comme un nucléophile, attaquant le phosphate alpha du nucléotide qui sera ajouté. Cette réaction libère un pyrophosphate.

Une seule des brins d'ADN est utilisée pour synthétiser l'ARN messager, qui est copié dans l'adresse 3 à 5 '(la forme antiparallèle de la nouvelle chaîne d'ARN). Le nucléotide qui sera ajouté doit être conforme à l'accouplement de base: u attend avec impatience, et g avec c.

L'ARN polymérase arrête le processus lorsqu'il trouve des régions riches en cytosine et en guanine. Enfin, la nouvelle molécule d'ARN messager est séparée du complexe.

Transcription chez les procaryotes

Dans les procaryotes, une molécule d'ARN messager peut coder pour plus d'une protéine.

Lorsqu'un RNM code exclusivement pour une protéine ou un polypeptide, il est appelé ARNm monocystronique, mais si vous codez pour plus d'un produit protéique, l'ARNM est polystonique (notez que dans ce contexte, le terme Cistron se réfère au gène).

Transcription chez les eucaryotes

Dans les organismes eucaryotes, la grande majorité des ARN sont les monocystroniques et les machines transcriptionnelles sont beaucoup plus complexes que cette lignée d'organismes. Ils sont caractérisés par trois ARN de polymérase, indiquées I, II et III, chacune avec des fonctions spécifiques.

Le I est responsable de la synthèse du pré-arnr, le II synthétise les ARN messager et certains ARN spéciaux. Enfin, l'III est en charge des ARN de transfert, du ribosomal 5S et d'autres petits ARN.

ARN messager dans les eucaryotes

L'ARN messager subit une série de modifications spécifiques dans les eucaryotes. Le premier implique l'ajout d'un "caperuza" à l'extrême 5 '. Chimiquement, Caperuza est un résidu de 7-méthylguanine ancré jusqu'à la fin par une liaison de type 5 ', 5'-trifosphate.

La fonction de cette zone est de protéger l'ARN contre la dégradation possible par les ribonucléases (enzymes qui dégradent l'ARN dans des composants plus petits).

De plus, l'élimination de l'extrémité 3 'se produit et les déchets d'adénine sont ajoutés de 80 à 250. Cette structure est connue sous le nom de «queue» de la polia et sert de zone union pour plusieurs protéines. Lorsqu'un procaryotes acquiert une queue de polia a tendance à stimuler sa dégradation.

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D'un autre côté, ce messager est transcrit avec les introns. Les intrones sont des séquences d'ADN qui ne font pas partie du gène mais que "interrompre" cette séquence. Les intrones ne se traduisent pas et doivent donc être éliminés du messager.

La plupart des gènes vertébrés ont des introns, à l'exception des gènes qu'ils codent pour les histones. De même, le nombre d'introns dans un gène peut varier de quelques à des dizaines.

Épissage de l'ARN

Le sPliances de l'ARN ou du processus de coupe et d'épissage consiste à éliminer les introns dans l'ARN messager.

Certaines introns trouvés dans les gènes nucléaires ou mitochondriaux peuvent effectuer le processus de Épissage Sans aide enzymatique ou ATP. Au lieu de cela, le processus est effectué par des réactions de transression. Ce mécanisme a été découvert dans le protozoaire cilié Tetrahymena thermophila.

En revanche, il y a un autre groupe de messagers qui ne sont pas en mesure de médiation Épissage, Ils ont donc besoin de machines supplémentaires. Ce groupe appartient un nombre assez élevé de gènes nucléaires.

Le processus de Épissage Il est médiatisé par un complexe protéique appelé l'exploitosome ou le complexe de coupe et l'articulation. Le système est composé de complexes d'ARN spécialisés appelés ribonucléoprotéines petits nucléaires (RNP).

Il existe cinq types de RNP: U1, U2, U4, U5 et U6, qui sont dans le noyau et médient le processus de Épissage.

Il Épissage peut produire plus d'un type de protéine - c'est connu sous le nom Épissage Alternative-, puisque les exons sont fixes différentiellement, créant des variétés de messagers ARN.

ARN ribosomique

L'ARN ribosomal, RNR abrégé, se trouve dans les ribosomes et participe à la biosynthèse des protéines. Par conséquent, c'est un composant essentiel de toutes les cellules.

L'ARN ribosomal est associé à des molécules de protéines (environ 100,. Ils sont classés en fonction de leur coefficient de sédimentation, indiqué par la lettre S des unités Svedberg.

Un ribosome se compose de deux parties: la sous-unité majeure et la sous-unité mineure. Les deux sous-unités diffèrent entre les procaryotes et les eucaryotes en termes de coefficient de sédimentation.

Les procaryotes ont une grande sous-unité des années 50 et un petit.

Les gènes codant pour les ARN ribosomaux sont dans le nucléole, une zone particulière du noyau qui n'est pas la membrane. Les ARN ribosomaux sont transcrits dans cette région par l'ARN polymérase I.

Dans les cellules qui synthétisent de grandes quantités de protéines; Le nucléole est une structure proéminente. Cependant, lorsque la cellule en question ne nécessite pas un nombre élevé de produits protéiques, le nucléole est une structure presque imperceptible.

Traitement de l'ARN ribosomal

La grande sous-unité ribosomale des années 60 est associée aux fragments 28s et 5.8s. En ce qui concerne la petite sous-unité (40S), elle est associée à 18S.

Dans les eucaryotes supérieurs, le pré-ANNR est codé dans une unité transcriptionnelle 45S, qui implique l'ARN polymérase I. Cette transcription est traitée dans des côtes ribosomales matures 28S, 18S et 5.8s.

En poursuivant la synthèse, le pré-arnr est associé à différentes protéines et forment des particules de ribonucléoprotéines. Cela souffre d'une série de modifications ultérieures qui incluent la méthylation du groupe 2'-OH du ribose et la conversion des déchets d'uridine en pseudouridine.

La région où ces changements se produiront sont contrôlés par plus de 150 molécules de petits ARN nucléolaires, qui ont la capacité de rejoindre le pré-arnr.

Contrairement au reste du pré-ANNR, le 5S est transcrit par l'ARN polymérase III dans la nucléoplasma et non à l'intérieur du nucléole. Après avoir été synthétisé, il est emmené dans le nucléole pour s'assembler avec les 28 et 5.8s, formant ainsi des unités ribosomales.

À la fin du processus d'assemblage, les sous-unités sont transférées au cytoplasme par les pores nucléaires.

Polyribosomes

Il peut arriver qu'une molécule d'ARN messager entraîne plusieurs protéines en même temps, rejoignant plus d'un ribosome. Au fur et à mesure que le processus de traduction progresse, la fin du messager est libre et peut être capturée par un autre ribosome, commençant une nouvelle synthèse.

Par conséquent, il est courant de trouver les ribosomes groupés (entre 3 et 10) dans une seule molécule d'ARN messager, et ce groupe est appelé polyribosome.

Transférer l'ARN

Le transfert de l'ARN est responsable du transfert des acides aminés à mesure que le processus de synthèse des protéines progresse. Ils sont composés d'environ 80 nucléotides (comparés l'ARN messager, c'est une molécule "petite").

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La structure a des plis et des croisements qui rappellent un trèfle avec trois bras. À une extrémité, un anneau d'adényl est situé, où le groupe hydroxyle des médias Ribosa l'union avec l'acide aminé à transporter.

Les différents ARN de transfert sont combinés exclusivement avec l'un des vingt acides aminés qui forment les protéines; En d'autres termes, c'est le véhicule qui transporte les blocs fondamentaux des protéines. Le complexe d'ARN de transfert avec l'acide aminé est appelé amininoacil-arnt.

De plus, dans le processus de traduction - qui se produit grâce aux ribosomes - chaque transfert ARN reconnaît un codon spécifique dans l'ARN messager. Lorsqu'il le reconnaît, l'acide aminé correspondant est libéré et fait partie du peptide synthétisé.

Pour reconnaître le type d'acide aminé qui doit être livré, l'ARN a un "anticodon" situé dans la région du milieu de la molécule. Cet anticodon est capable de former des liaisons hydrogène avec les bases complémentaires présentes dans l'ADN messager.

Microarn

Microarn ou Rnami sont un type de chaîne unique, entre 21 et 23 nucléotides, dont la fonction est de réguler l'expression des gènes. Comme la protéine n'est pas traduite, elle est généralement appelée ARN non codante.

Comme les autres types d'ARN, le traitement des microarn est complexe et implique une série de protéines.

Microarn provient de précurseurs plus longs appelés RNEMI-PRI, dérivés de la première transcription du gène. Dans le cœur de la cellule, ces précurseurs sont modifiés dans le complexe de microprocesseur et le résultat est un pré-art.

Les pré-arnmi sont 70 fourches nucléotidiques qui continuent leur traitement dans le cytoplasme par une enzyme appelée Dicer, qui assemble le complexe de silencieux induit par l'ARN (RISC) et enfin le RNAMI est synthétisé.

Ces ARN sont capables de réguler l'expression des gènes, car elles sont complémentaires à des messagères spécifiques ARN. Lorsqu'ils s'attachent à leur cible, le RNEM est capable de réprimer le messager, ou même de le dégrader. Par conséquent, les ribosomes ne peuvent pas traduire lesdits transcrits.

Faire taire l'ARN

Un type particulier de microarn est un petit ARN d'interférence (ARNSI), également appelé réticence à l'ARN. Ils sont de l'ARN court, entre 20 et 25 nucléotides, ce qui entrave l'expression de certains gènes.

Ce sont des instruments très prometteurs pour la recherche, car ils permettent de faire taire un gène d'intérêt et d'étudier ainsi leur fonction possible.

Différences entre l'ADN et l'ARN

Bien que l'ADN et l'ARN soient des acides nucléiques et peuvent ressembler très à la première vue, ils diffèrent dans plusieurs de leurs propriétés chimiques et structurelles. L'ADN est une molécule à double bande, tandis que l'ARN est un groupe simple.

Par conséquent, l'ARN est une molécule plus polyvalente et peut adopter une grande variété de formes à trois dimensions. Cependant, certains virus ont une double bande dans leur matériel génétique.

Dans les nucléotides de l'ARN, la molécule sucre.

La liaison phosphodiester dans le squelette d'ADN et l'ARN est sujette à un processus d'hydrolyse lent et sans présence d'enzymes. Dans des conditions d'alcalinité, l'ARN est rapidement hydrolysé - que de la part du groupe hydroxyle supplémentaire - tandis que l'ADN ne.

De même, les bases d'azote qui composent les nucléotides de l'ADN sont la guanine, l'adénine, le timin et la cytosine; D'un autre côté, dans l'ARN, Timina est remplacée par l'uracile. L'uracile peut s'accoupler avec l'adénine, tout comme Timina dans l'ADN.

Origine et évolution

L'ARN est la seule molécule connue capable de stocker des informations et de catalyser les réactions chimiques en même temps; Par conséquent, plusieurs auteurs proposent que la molécule d'ARN était cruciale dans l'origine de la vie. Étonnamment, les substrats ribosomes sont d'autres molécules d'ARN.

La découverte des ribzymes a conduit à la redéfinition biochimique de "enzyme" - car le terme est utilisé exclusivement pour les protéines avec une activité catalytique - et a aidé à soutenir un scénario où les premiers modes de vie utilisés comme matériel génétique uniquement ARN ARN ARN.

Les références

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