Acide nucléique

Dans les acides nucléiques, les différents nucléotides sont placés bout à bout et liés les uns aux autres par des liens 5’- 3’ (prononcé 5 prime – 3 prime) phosphodiester (PO4) : ces chiffres donnent le sens de la liaison : 5' - Nucléotide 1 - PO4 - Nucléotide 2 - PO4 - ... - 3'.

Le phosphate se lie au carbone 3 du sucre du premier nucléotide et au carbone 5 du sucre du nucléotide suivant ; tout ceci par l'intermédiaire de deux liaisons ester. Les liaisons phosphodiester sont des liaisons covalentes. Le phosphate est donc le lien entre chaque sucre.

Les bases nucléiques sont attachées sur le carbone 1' des sucres par des liaisons covalentes.

Les sucres du squelette sont reliés par des liaisons phosphodiester. Ce sont des liaisons ester covalentes entre une fonction alcool du sucre (5'-OH ou 3'-OH) et l'acide phosphorique.

L’alternance des phosphates et des sucres produit le squelette de l’acide nucléique sur lequel s’attachent les bases nucléiques. Le polymère formé se nomme un brin et a l’allure schématique d’une « corde ».

Le squelette est une partie relativement rigide puisqu'il est composé de liaisons covalentes, des liens chimiques très forts.

Dans le cas de l’ADN, les deux brins sont disposés de telle sorte que toutes les bases nucléiques se retrouvent au centre de la structure. Cette structure dite en double hélice est maintenue par des liaisons hydrogène qui se forment entre les bases nucléiques complémentaires, des liaisons faibles que la cellule peut aisément défaire.

• L'adénine s’associe toujours avec la thymine (dans l'ADN) ou l’uracile (dans l'ARN) à l’aide de deux liens hydrogène.
• La guanine s’associe toujours avec la cytosine à l’aide de trois liens hydrogène.

Structure 3D de la molécule d'ADN

Les deux brins (plus souvent retrouvés dans l'ADN, rares dans l'ARN) prennent la forme d'une double hélice (structure hélicoïdale). Cette structure souple est idéale pour permettre aux protéines telles les polymérases, les primases et les ligases, de dupliquer l'ADN.

L’ADN est le support de 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 identiques).

L’ARN possède de nombreux rôles. Il existe différents types d’ARN et chacun d’entre eux joue un rôle spécifique.

L'ARN messager (ARNm)

Il est le produit de la maturation de l'ARN pré-messager (ARNpm), qui lui est le produit de la transcription opérée sur l’ADN. La maturation des ARNpm consiste en différentes modifications de la séquence telles que l'édition ou l'épissage. L'épissage de l'ARNpm consiste à enlever les introns et à relier les exons les uns à la suite des autres. Cette chaîne d'exons constitue alors l'ARN messager « produit final ». Contrairement à l'ARN prémessager, l'ARN messager quitte le noyau et est ultimement traduit en peptide dans le cytosol ou encore dans le réticulum endoplasmique. L'ARNm est le « plan de construction » d’une protéine. Il n'y a pas d'épissage chez les Procaryotes où l'ARN produit par la transcription est directement l'ARNm (en effet ces organismes ne possèdent pas de noyau et les ribosomes se fixent sur la molécule d'ARN pendant qu'elle est synthétisée). Dans le cas des eucaryotes. L'ARN prémessager nucléaire peut aussi être appelé ARN nucléaire hétérogène (ARNnh) car il se retrouve strictement dans le noyau et est composé d'introns et d'exons.

L'ARN de transfert (ARNt)

Il est impliqué lors de la traduction de l’ARN messager en peptide. Il est chargé d’apporter les bons acides aminés en décryptant le langage que constituent les codons et à les traduire en séquence d'acides aminés. Un codon est constitué de trois nucléotides adjacents. Un codon correspond à un seul acide aminé, mais un même acide aminé peut être spécifié par différents codons.

Voir code génétique au sujet de l'association des acides aminés aux codons.

L'ARN ribosomique (ARNr)

Il constitue le ribosome après maturation et association à des protéines. Les ribosomes sont des usines de fabrication de protéines. Le ribosome s’associe à l’ARN messager et « lit » les codons qui s'y retrouvent. Il gère ensuite l’entrée et la sortie des ARN de transfert qui transportent les acides aminés. S’ensuit la naissance d’un peptide qui sera éventuellement, après plusieurs étapes de maturation et d’assemblage, transformé en protéine.

Les microARN (miARN)

Découverts en 1993 par Victor Ambros chez le ver Caenorhabditis elegans, ils possèdent une structure simple brin et sont longs de 19 à 25 nucléotides. Ils jouent un rôle dans le métabolisme cellulaire en empêchant la traduction de certains ARN messager en peptides. En se liant à des ARN messagers dont ils sont partiellement complémentaires, les microARN entraînent le blocage de la traduction de l'ARNm par les ribosomes.

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

Les petits ARN interférents (pARNi)

Ce sont de petits ARN de 21-22 nucléotides parfaitement complémentaires à leurs ARNm cibles. Contrairement aux miRNA, les petits ARN interférents ne sont pas codés par le génome de la cellule hôte mais plutôt apportés par un éventuel envahisseur tel que les virus. De plus, ils possèdent une structure en double brin, et leur action consiste à dégrader les ARNm. Elle s'effectue en collaboration avec des protéines appelées RISC (RNA Induced Silencing Complex). Ces dernières se fixent sur le brin antisens (complémentaire au brin codant) du petit ARN interférent, le brin sens est abandonné, et le complexe (RISC + ARN simple brin antisens) ainsi formé peut reconnaître le fragment d'ARNm correspondant et le détruire, empêchant ainsi l'expression du gène associé.

Les petits ARN interférents sont plus spécifiques que les microARN : ils sont conçus pour reconnaître un seul gène.

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

Petit ARN nucléaire, Petit ARN nucléolaire, scaRNA (small cajal bodies RNA)

Ce sont de courtes chaînes de ribonucléotides (qui se retrouve exclusivement dans le noyau et plus précisément dans des compartiments du noyau comme le nucléole pr les snoRNA et les corps de Cajal pour les scaRNA. Ces ARN non codants s'associent à des protéines pour former des complexes nommés petites ribonucléoprotéines nucléaires (pRNPn), essentiels lors du processus d'épissage des ARN prémessagers et lors du processus de maturation des ARNr et ARNtm

• Donald Voet et Judith G. Voet, Biochimie, De Boeck Université, Paris, 1998.
• Elaine N. Marieb, Anatomie et physiologie humaine, éditions du renouveau pédagogique Inc., Montréal, 1999.
• Gerard J. Tortora, Berdell R. Funke et Christine L. Case, Introduction à la microbiologie, éditions du renouveau pédagogique Inc., Montréal, 2003.
• Neil A. Campbell, Biologie, éditions du renouveau pédagogique Inc., Montréal, 1995.
• Wayne M Becker, Lewis J. Kleinsmith et Jeff Hardin, The World of the Cell 5th edition, Benjammin Cummings, San Francisco, 2003.

• Nucléotide
• Acide désoxyribonucléique
• Acide ribonucléique