Cours de biochimie structurale partie des acides nucléiques

Les acides nucléiques sont des molécules biologiques essentielles qui jouent un rôle crucial dans le stockage, la transmission et l'expression de l'information génétique. Il existe deux principaux types d’acides nucléiques : l'ADN (acide désoxyribonucléique) et l'ARN (acide ribonucléique). Chacun a une structure et des propriétés distinctes, mais ils partagent des caractéristiques communes.

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Structure des acides nucléiques

1. Structure de base des nucléotides

Les deux types d’acides nucléiques sont constitués de nucléotides, qui sont les unités de base des acides nucléiques. Un nucléotide est composé de trois composants :

• Un sucre :

  • Dans l'ADN, le sucre est le désoxyribose, un sucre à cinq atomes de carbone.
  • Dans l'ARN, le sucre est le ribose, qui a un groupe hydroxyle (-OH) supplémentaire sur le carbone 2.

• Un groupe phosphate : Ce groupe est lié au carbone 5 du sucre et est responsable de la formation de la chaîne phosphodiester qui lie les nucléotides entre eux.

• Une base azotée : Il existe quatre bases azotées, divisées en deux catégories :

  • Purines : Adénine (A) et Guanine (G).
  • Pyrimidines : Cytosine (C), Thymine (T) (dans l'ADN) et Uracile (U) (dans l'ARN).

2. Structure de l'ADN

L'ADN est généralement représenté sous la forme d'une double hélice. Deux brins de nucléotides sont liés entre eux par des liaisons hydrogène entre les bases azotées complémentaires :

• A avec T (2 liaisons hydrogène)
• C avec G (3 liaisons hydrogène)

Chaque brin de l'ADN a une direction : un brin est orienté 5' à 3' (vers la droite) et l'autre brin est orienté 3' à 5'. Les deux brins sont donc antiparallèles.

3. Structure de l'ARN

L'ARN est généralement monocaténaire (un seul brin), bien que certaines structures, comme l'ARN double brin, existent dans des conditions spécifiques. Il contient des bases azotées similaires à l'ADN, mais avec de l'uracile (U) à la place de la thymine (T). L'ARN a également une structure plus flexible que l'ADN.

4. Structure secondaire et tertiaire

Les acides nucléiques peuvent se replier et se plier en structures secondaires et tertiaires complexes. Par exemple :

• L'ADN peut former des superhélices ou des boucles.
• L'ARN peut adopter des structures telles que des épingle à cheveux ou des doubles brins dans des ARN double-brins.

Propriétés des acides nucléiques

1. Stabilité chimique

• L'ADN est relativement stable en raison de sa structure double brin et de la présence de désoxyribose qui n'a pas de groupe hydroxyle sur le carbone 2, ce qui le rend moins susceptible à l'hydrolyse.
• L'ARN, par contre, est plus instable en raison de la présence du ribose et de son groupe hydroxyle supplémentaire, ce qui le rend plus susceptible à l'hydrolyse et à la dégradation.

2. Réplication et transcription

• L'ADN est la molécule utilisée pour le stockage permanent de l'information génétique. Il peut se répliquer de manière semi-conservative, où chaque brin parental sert de modèle pour créer un nouveau brin complémentaire.
• L'ARN joue un rôle dans la transcription de l'information génétique stockée dans l'ADN. Il sert de moule pour la synthèse des protéines au cours de la traduction.

3. Rôle biologique

• ADN : Il contient l'information génétique nécessaire pour la reproduction et les fonctions cellulaires. L'ADN est stable et est utilisé pour la transmission de l'information génétique d'une génération à l'autre.
• ARN : L'ARN a plusieurs rôles fonctionnels :
  • ARN messager (ARNm) : Copie transitoire de l'information génétique de l'ADN, utilisée dans la synthèse des protéines.
  • ARN de transfert (ARNt) : Transporteur des acides aminés pendant la traduction.
  • ARN ribosomal (ARNr) : Composant principal des ribosomes, qui sont responsables de la synthèse des protéines.

4. Propriétés optiques

Les acides nucléiques absorbent la lumière ultraviolette (UV) à une longueur d'onde de 260 nm, ce qui est utilisé pour mesurer leur concentration dans une solution.

5. Interaction avec les protéines

Les acides nucléiques interagissent avec diverses protéines, comme les protéines de régulation qui influencent la transcription et la réplication de l'ADN. Ces interactions sont cruciales pour le contrôle des processus cellulaires.

6. Mutation et réparation

L'ADN peut subir des mutations, qui sont des changements dans la séquence de bases. Des mécanismes de réparation de l'ADN sont présents dans les cellules pour corriger ces erreurs et maintenir l'intégrité de l'information génétique.

Conclusion

Les acides nucléiques, l'ADN et l'ARN, sont des biomolécules complexes essentielles au stockage, à la transmission et à l'expression de l'information génétique. Leur structure chimique et leur stabilité varient, mais ils jouent tous deux un rôle fondamental dans la biologie cellulaire et les processus biologiques.