Caractéristiques des acides nucléiques, fonctions, structure

Les acides nucléiques Ce sont de grandes biomolécules formées par des unités ou des monomères appelés nucléotides. Ils sont en charge du stockage et de la transmission d'informations génétiques. Ils participent également à chacune des étapes de la synthèse des protéines.

Structurellement, chaque nucléotide est formé par un groupe phosphate, un sucre à cinq carbone et une base d'azote hétérocyclique (A, T, C, G et U). Un pH physiologique, les acides nucléiques sont chargés négativement, ils sont solubles dans l'eau, ils forment des solutions visqueuses et sont assez stables.

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Il existe deux principaux types d'acides nucléiques: l'ADN et l'ARN. La composition des deux acides nucléiques est similaire: dans les deux, nous trouvons une série de nucléotides unis par des liaisons phosphodiéster. Cependant, dans l'ADN, nous trouvons Timina (t) et dans l'uracile d'ARN (U).

L'ADN est plus long et est dans une conformation à double hélice et l'ARN est formé par un seul brin. Ces molécules sont présentes dans tous les organismes vivants, des virus aux grands mammifères.

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Perspective historique

Découverte des acides nucléiques

La découverte d'acides nucléiques remonte à 1869 lorsque Friedrich Miescher a identifié la chromatine. Dans ses expériences, Miescher a fait l'extraction d'un matériau de consistance gélatineuse du noyau et a découvert que cette substance était riche en phosphore.

Initialement, le matériau mystérieux a été désigné comme "nucléine". Des expériences ultérieures sur Nuclein ont conclu que cela est non seulement riche en phosphore, mais aussi en glucides et bases organiques.

Phoebus Levene a découvert que la nucléine était un polymère linéaire. Bien que les propriétés chimiques de base des acides nucléiques soient connues, il n'a pas été considéré qu'il y avait une relation entre ce polymère et le matériau héréditaire des êtres vivants.

Découverte de la fonction d'ADN

Au milieu des années 40, il était peu convaincant pour les biologistes du moment où la molécule en charge de transmettre et de stocker les informations d'un organisme résidait dans une molécule avec une conformation aussi simple que l'ADN composé de quatre monomères (nucléotides) très très similaire.

Les protéines, les polymères composés de 20 types d'acides aminés, semblaient pour le temps les candidats plus plausibles comme la molécule d'héritage.

Cette vision a changé en 1928, lorsque le chercheur Fred Griffith soupçonnait que la nucléine était impliquée dans l'héritage. Enfin, en 1944, Oswald Avery a réussi à conclure avec des preuves solides que l'ADN contenait des informations génétiques.

Ainsi, l'ADN est passé d'une molécule ennuyeuse et monotone, constituée de seulement quatre blocs structurels, à une molécule qui permet le stockage d'un immense nombre d'informations, et qui peut le garder et le transmettre d'une manière précise, exacte et efficace.

Découverte de la structure de l'ADN

L'année 1953 a été révolutionnaire pour les sciences biologiques, depuis que les chercheurs James Watson et Francis Crick ont ​​élucidé la structure correcte de l'ADN.

Sur la base de l'analyse des modèles de réflexion des rayons x, les résultats de Watson et Crick ont ​​suggéré que la molécule est une double hélice, où les groupes de phosphate forment un squelette externe et les bases sont projetées.

L'analogie d'une échelle est généralement utilisée, où les mains courantes correspondent aux phosphates et aux marches des bases.

Découverte de séquençage d'ADN

Au cours des deux dernières décennies. Grâce aux avancées technologiques, nous avons aujourd'hui dans la technologie nécessaire pour savoir avec une précision assez élevée la séquence de l'ADN - par "séquence", nous entendons l'ordre des bases.

Initialement, l'élucider de la séquence était un événement coûteux et a nécessité beaucoup de temps pour terminer. Actuellement, ce n'est pas un problème de connaître la séquence de génomes entiers.

Caractéristiques

Chargement et solubilité

Comme son nom l'indique, la nature des acides nucléiques est acide et est des molécules à haute solubilité en eau; c'est-à-dire qu'ils sont hydrophile. Au pH physiologique, la molécule est chargée négativement, par la présence de groupes phosphates.

En conséquence, les protéines avec lesquelles l'ADN est associé sont riches en résidus d'acides aminés avec des charges positives. La bonne association d'ADN est cruciale pour l'emballage dans les cellules.

Gelée

La viscosité de l'acide nucléique dépend de la bande double ou simple. L'ADN à double bande forme des solutions de viscosité élevée, car sa structure est rigide, une résistance opposée à la déformation. De plus, ce sont des molécules extrêmement longues par rapport à son diamètre.

En revanche, il existe également des solutions d'acide nucléique dans une bande simple, qui se caractérisent par une viscosité réduite.

La stabilité

Une autre caractéristique des acides nucléiques est leur stabilité. Naturellement, une molécule avec un travail si indispensable que le stockage d'héritage doit être très stable.

Comparativement, l'ADN est plus stable que l'ARN, car il manque un groupe hydroxyle.

Il est possible que cette caractéristique chimique ait joué un rôle important dans l'évolution des acides nucléiques et dans le choix de l'ADN comme matériel héréditaire.

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Selon les transitions hypothétiques soulevées par certains auteurs, l'ARN a été remplacé par l'ADN dans un avenir évolutif. Cependant, aujourd'hui, certains virus utilisent l'ARN comme matériel génétique.

Absorption de la lumière ultraviolette

L'absorption des acides nucléiques dépend également de la double bande ou en bande simple. Le pic d'absorption des anneaux dans sa structure est de 260 nanomètres (nm).

À mesure que le brin d'ADN à double bande commence à se séparer, l'absorption de la longueur d'onde mentionnée augmente, car les anneaux qui composent les nucléotides sont exposés.

Ce paramètre est important pour les biologistes moléculaires en laboratoire, car en mesurant l'absorption, ils peuvent estimer la quantité d'ADN qui existe dans leurs échantillons. En général, la connaissance des propriétés de l'ADN contribue à sa purification et à son traitement dans les laboratoires.

Classification (types)

Les deux acides nucléiques principaux sont l'ADN et l'ARN. Les deux sont des composants de tous les êtres vivants. L'ADN est l'acronyme de l'acide désoxyribonucléique et de l'ARN pour l'acide ribonucléique. Les deux molécules ont un rôle fondamental dans l'héritage et la synthèse des protéines.

L'ADN est la molécule qui stocke toutes les informations nécessaires au développement d'un organisme et est regroupé en unités fonctionnelles appelées gènes. L'ARN est responsable de la prise de ces informations et, avec des complexes de protéines, traduit les informations d'une chaîne nucléotidique en une chaîne d'acides aminés.

Les chaînes d'ARN peuvent avoir une longue ou quelques milliers de nucléotides, tandis que les chaînes d'ADN dépassent les millions de nucléotides et peuvent être visualisées sous la lumière d'un microscope optique si elles sont teintes avec des colorants.

Les différences structurelles de base entre les deux molécules les détaillent dans la section suivante.

ARN

Dans les cellules, il existe différents types d'ARN qui travaillent ensemble pour orchestrer la synthèse des protéines. Les trois principaux types d'ARN sont le messager, le ribosomal et le transfert.

ARN messager

L'ARN messager est chargé de copier le message qui existe dans l'ADN et de le transporter vers la synthèse des protéines qui se déroule dans des structures appelées ribosomes.

ARN ribosomal ou ribosomal

L'ARN ribosomique fait partie de cette machinerie essentielle: le ribosome. Del ribosoma, 60% est formé par l'ARN de ribosoma et les autres sont occupés par près de 80 protéines différentes.

Transférer l'ARN

Le transfert de l'ARN est une sorte d'adaptateur moléculaire qui transporte les acides aminés (les blocs structurels des protéines) en ribosome, à incorporer.

ARN petit

En plus de ces trois types de base, il existe une série supplémentaire d'ARN qui ont été découvertes récemment et qui ont un rôle essentiel dans la synthèse des protéines et dans l'expression des gènes.

Les petits ARN nucléaires, abrégés en tant qu'srnA participent en tant qu'entités catalytiques dans le Épissage (processus composé de l'élimination des introns) de l'ARN messager.

Les ARN nucléolaires petits ou snoRNA sont impliqués dans le traitement des transcrits pré-arn ribosomaux qui feront partie de la sous-unité ribosome. Cela se produit dans le nucléole.

Les ARN courts d'interférence et de microarn sont de petites séquences d'ARN dont le rôle principal est la modulation de l'expression des gènes. Les microarn sont codés à partir de l'ADN, mais ne continue pas leur traduction protéique. Ce sont des monocatenarios et peuvent être complétés à un message d'ARN, inhibant leur traduction protéique.

Structure chimique et composition

Les acides nucléiques sont de longues chaînes de polymères formés d'unités monomères appelées nucléotides. Chacun est composé de:

Un groupe de phosphate

Il existe quatre types de nucléotides et ceux-ci ont une structure commune: un groupe de phosphate lié à un pentose à travers une liaison phosphodi-flue. La présence de phosphates donne à la molécule un caractère acide. Le groupe phosphate est dissocié au pH de la cellule, donc il est chargé négativement.

Cette charge négative permet l'association d'acides nucléiques avec des molécules dont la charge est positive.

À l'intérieur des cellules et également dans des fluides extracellulaires, nous pouvons trouver de petites quantités de nucléosides. Ce sont des molécules formées par toutes les composantes d'un nucléotide, mais qui manquent de groupes de phosphate.

Selon la nomenclature, un nucléotide est un nucléoside qui a un, deux ou trois groupes de phosphate estérifiés dans l'hydroxyle situé dans le carbone 5 '. Les nucléosides avec trois phosphates sont impliqués dans la synthèse d'acides nucléiques, bien qu'ils remplissent également d'autres fonctions dans la cellule.

Un pentose

Un pentose est un glucides monomères formé cinq atomes de carbone. Dans l'ADN, le pentose est un désoxyribose, qui se caractérise par la perte d'un groupe hydroxyle dans le carbone 2 '. Dans l'ARN, le pentose est un ribose.

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Une base d'azote

Le Pantosa est à son tour lié à une base organique. L'identité du nucléotide est fournie par l'identité de la base. Il existe cinq types, abrégés par son initial: adénine (a), guanine (g), cytosine (c), timina (t) et uracile (u).

Il est courant que dans la littérature, nous constatons qu'ils utilisent ces cinq lettres pour désigner l'ensemble du nucléotide. Cependant, à proprement parler, ce ne sont qu'une partie du nucléotide.

Les trois premiers, A, G et C, sont communs à l'ADN et à l'ARN. Tandis que le T est unique à l'ADN et l'uracile est limité à la molécule d'ARN.

Structurellement, les bases sont des composés chimiques hétérocycliques, dont les anneaux sont composés de molécules de carbone et d'azote. A et G sont formés par quelques anneaux fusionnés et appartiennent au groupe Purinas. Les bases restantes appartiennent aux pyrimidines et leur structure est formée par un seul anneau.

Il est courant que dans les deux types d'acides nucléiques, nous trouvons une série de bases modifiées, comme un groupe méthyle supplémentaire.

Lorsque cet événement se produit, nous disons que la base est méthylée. Chez les procaryotes, les adénines méthylées sont généralement trouvées et à la fois chez les procaryotes et chez les eucaryotes, les cytosines peuvent avoir une méthode supplémentaire.

Comment est la polymérisation?

Comme nous l'avons mentionné, les acides nucléiques sont de longues chaînes formées par des monomères - nucléotides. Pour former les chaînes, celles-ci sont liées d'une manière particulière.

Lorsque les nucléotides polymérisane, le groupe hydroxyle (-OH) qui se trouve dans le carbone 3 'du sucre de l'un des nucléotides forme un lien de type ester avec le groupe phosphate à partir d'une autre molécule nucléotidique. Pendant la formation de ce lien, l'élimination d'une molécule d'eau se produit.

Ce type de réaction est appelé "réaction de condensation" et est très similaire à ce qui se produit lorsque les liaisons peptidiques des protéines entre deux déchets d'acides aminés se forment. Les liens entre chaque paire de nucléotides sont appelés Liens de phosphodiéster.

Comme dans les polypeptides, les chaînes d'acide nucléique ont deux orientations chimiques à leurs extrémités: l'une est l'extrémité de 5 'qui contiennent un groupe hydroxyle libre ou un groupe phosphate dans le carbone 5' du sucre terminal, tandis qu'à la fin 3 ', nous avons trouvé un groupe hydroxyle sans carbone 3 '.

Imaginez que chaque bloc d'ADN est un bloc du jeu LEGO, avec une extrémité qui est insérée et avec un trou libre où l'insertion d'un autre bloc peut se produire. L'extrémité 5 'avec du phosphate sera extrême à insérer et le 3' est analogue au trou libre.

Autres nucléotides

Dans la cellule, nous trouvons un autre type de nucléotides avec une structure différente de celle mentionnée ci-dessus. Bien que ceux-ci ne feront pas partie des acides nucléiques, ils jouent des articles biologiques très importants.

Parmi les plus pertinents, nous avons le mononucléido de la riboflavine, connu sous le nom de FMN, la coenzyme A, le dyucléotide d'Adenina et de Nicotinina, entre autres.

Structure de l'ARN

La structure linéaire du polymère d'acide nucléique correspond au structure primaire de ces molécules. Les policléotides ont également la capacité de former des arrangements en trois dimensions stabilisées par des forces non covalentes - similaires au pliage que nous trouvons dans les protéines.

Bien que la composition principale de l'ADN et de l'ARN soit assez similaire (à l'exception des différences mentionnées ci-dessus), la formation de sa structure est nettement différente. Nous trouvons généralement des ARN comme une seule chaîne nucléotidique, bien que cela puisse prendre des arrangements différents.

Les ARN de transfert, par exemple, sont de petites molécules formées par moins de 100 nucléotides. Sa structure secondaire typique est sous la forme d'un trèfle avec trois bras. C'est-à-dire que la molécule d'ARN trouve des bases complémentaires à l'intérieur et peut se plier sur elle-même.

Les ARN ribosomaux sont des molécules plus grandes qui prennent des conformations complexes à trois dimensions et ont une structure secondaire et tertiaire.

Structure d'ADN

Hélice double

Contrairement à l'ARN linéaire, l'arrangement d'ADN se compose de deux brins entrelacés. Cette différence structurelle est cruciale pour remplir ses fonctions spécifiques. L'ARN n'est pas en mesure de former ce type d'hélices en raison d'un obstacle stérique imposé par le groupe OH supplémentaire qui présente son sucre.

Complémentarité de base

Parmi les bases, il y a une complémentarité. C'est-à-dire en conséquence de sa taille, de sa forme et de sa composition chimique, les purines doivent être boueuses avec une pyrimidine par des liaisons hydrogène. Par conséquent, dans l'ADN naturel, nous constatons que A est presque toujours associé à T et G avec C, formant des ponts d'hydrogène avec leurs compagnons.

Les paires de bases entre G et C sont liées par trois ponts d'hydrogène, tandis que le couple A et T est plus faible, et seules deux liaisons hydrogène les maintiennent ensemble.

Les brins d'ADN peuvent être séparés (cela se produit à la fois dans la cellule et dans les procédures de laboratoire) et la chaleur nécessaire dépend de la quantité de GC que la molécule est élevée: plus elle est élevée, plus il sera nécessaire d'énergie pour le séparer.

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Orientation de brin

Une autre caractéristique de l'ADN est son orientation opposée: alors qu'un brin fonctionne dans une direction de 5 '- 3', son partenaire est dans la direction de 3'- 5 '.

Conformations naturelles et en laboratoire

La structure ou la conformation que nous avons normalement trouvée dans la nature est appelée ADN B. Ceci est caractérisé par 10,4 nucléotides pour chaque tour, séparé par une distance de 3,4. L'ADN B se tourne vers la droite.

Ce motif de roulement entraîne l'apparition de deux rainures, une majeure et une mineure.

Dans les acides nucléiques formés en laboratoire (synthétique), d'autres conformations peuvent être trouvées, qui apparaissent également dans des conditions très spécifiques. Ce sont l'ADN A et l'ADN Z.

La variante A effectue également le virage à droite, bien qu'il soit plus court et un peu plus large que le naturel. La molécule acquiert cette forme lorsque l'humidité diminue. Tourner toutes les 11 paires de bases.

La dernière variante est le z, caractérisé par être étroit et en tournant à gauche. Il est formé par un groupe d'hexanucléotides qui sont regroupés en unplex de chaînes antipaalla.

Les fonctions

ADN: molécule d'héritage

L'ADN est une molécule qui peut stocker des informations. La vie, telle que nous la connaissons sur notre planète, dépend de la possibilité d'économiser et de traduire ces informations.

Pour la cellule, l'ADN est une sorte de librairie où toutes les instructions nécessaires pour la fabrication, le développement et l'entretien d'un organisme vivant sont trouvés.

Dans la molécule d'ADN, nous trouvons une organisation d'entités fonctionnelles discrètes appelées gènes. Certains d'entre eux seront transportés dans les protéines, tandis que d'autres rempliront des fonctions de régulation.

La structure de l'ADN que nous décrivons dans la section précédente est la clé pour remplir ses fonctions. L'hélice doit être en mesure de se séparer et de rejoindre facilement - une propriété clé pour les événements de réplication et de transcription.

L'ADN est situé dans les procaryotes dans un endroit spécifique de son cytoplasme, tandis que dans les eucaryotes, il est situé dans le noyau.

ARN: une molécule multifonctionnelle

Document dans la synthèse des protéines

L'ARN est un acide nucléique que nous trouvons à différents stades de la synthèse des protéines et dans la régulation de l'expression des gènes.

La synthèse des protéines commence par la transcription du message chiffré dans l'ADN à une molécule d'ARN messager. Ensuite, le messager doit éliminer les parties qui ne seront pas traduites, appelées introns.

Pour la traduction du message de l'ARN en résidus d'acides aminés, deux composants supplémentaires sont nécessaires: l'ARN ribosomal qui fait partie des ribosomes, et l'ARN de transfert, qui transportera les acides aminés et sera chargé de l'insertion du bon acide aminé dans la chaîne peptidique en entraînement.

En d'autres termes, chaque type principal d'ARN a un rôle fondamental dans ce processus. Ce passage de l'ADN vers un messager et finalement aux protéines est ce que les biologistes appellent "le dogme central de la biologie".

Cependant, comme la science ne peut pas être basée sur des dogmes, il existe différents cas où cette prémisse n'est pas remplie, comme le rétrovirus.

Rôle dans la réglementation

Le petit ARN mentionné ci-dessus participe indirectement à la synthèse, orchestrant la synthèse de l'ARN messager et participant à la régulation de l'expression.

Par exemple, dans la cellule, il existe différents messagers qui sont régulés par de petits ARN, qui ont une séquence complémentaire à ce. Si le petit ARN s'associe au message peut diviser le messager, empêchant ainsi sa traduction. Il existe plusieurs processus qui sont régulés de cette manière.

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