Les acides nucléiques sont des macromolécules clés dans la continuité de la vie. Ils portent le plan génétique d’une cellule et transportent des instructions pour le fonctionnement de la cellule. Les deux principaux types d’acides nucléiques sont l’acide désoxyribonucléique (ADN) et l’acide ribonucléique (ARN). L’ADN est le matériel génétique présent dans tous les organismes vivants, des bactéries unicellulaires aux mammifères multicellulaires. L’autre type d’acide nucléique, l’ARN, intervient principalement dans la synthèse des protéines. Les molécules d’ADN ne quittent jamais le noyau, mais utilisent un intermédiaire d’ARN pour communiquer avec le reste de la cellule. D’autres types d’ARN sont également impliqués dans la synthèse des protéines et sa régulation. Nous aborderons plus en détail les acides nucléiques dans une section ultérieure.
L’ADN et l’ARN sont constitués de monomères appelés nucléotides reliés entre eux en une chaîne par des liaisons covalentes. Chaque nucléotide est constitué de trois composants : une base azotée, un sucre à cinq carbones et un groupe phosphate (figure 1). La base azotée d’un nucléotide est attachée à la molécule de sucre, qui est attachée au groupe phosphate.
Les bases azotées, composants importants des nucléotides, sont des molécules organiques et sont ainsi nommées parce qu’elles contiennent du carbone et de l’azote. Elles sont des bases parce qu’elles contiennent un groupe amino qui a le potentiel de se lier à un hydrogène supplémentaire, et ainsi, diminue la concentration d’ions hydrogène dans son environnement, le rendant plus basique. Chaque nucléotide de l’ADN contient l’une des quatre bases azotées possibles : adénine (A), guanine (G), cytosine (C) et thymine (T). L’ARN contient la base uracile (U) à la place de la thymine. L’ordre des bases dans un acide nucléique détermine l’information que la molécule d’ADN ou d’ARN transporte. En effet, l’ordre des bases dans un gène d’ADN détermine l’ordre dans lequel les acides aminés seront assemblés pour former une protéine.
Le sucre pentose de l’ADN est le désoxyribose, et dans l’ARN, le sucre est le ribose (figure 1). La différence entre ces sucres est la présence du groupe hydroxyle sur le deuxième carbone du ribose et de l’hydrogène sur le deuxième carbone du désoxyribose. Les atomes de carbone de la molécule de sucre sont numérotés 1′, 2′, 3′, 4′ et 5′ (1′ se lit comme » un premier « ). Le résidu phosphate est attaché au groupe hydroxyle du carbone 5′ d’un sucre et au groupe hydroxyle du carbone 3′ du sucre du nucléotide suivant, ce qui forme une liaison 5′-3′ phosphodiester (un type spécifique de liaison covalente). Un polynucléotide peut avoir des milliers de ces liaisons phosphodiester.
L’ADN a une structure à double hélice (figure 2). Il est composé de deux brins, ou chaînes, de nucléotides. La double hélice de l’ADN est souvent comparée à une échelle torsadée. Les brins (les parties extérieures de l’échelle) sont formés en reliant les phosphates et les sucres des nucléotides adjacents par des liaisons chimiques fortes, appelées liaisons covalentes. Les barreaux de l’échelle torsadée sont constitués des deux bases attachées ensemble par une liaison chimique faible, appelée liaison hydrogène. Deux bases liées par une liaison hydrogène sont appelées une paire de bases. L’échelle se tord sur sa longueur, d’où la description de « double hélice », qui signifie une double spirale.
L’alternance des groupes sucre et phosphate se trouve à l’extérieur de chaque brin, formant le squelette de l’ADN. Les bases azotées sont empilées à l’intérieur, comme les marches d’un escalier, et ces bases s’apparient ; les paires sont liées entre elles par des liaisons hydrogène. Les bases s’apparient de telle sorte que la distance entre les squelettes des deux brins est la même tout au long de la molécule.
Dans une molécule d’ADN, l’adénine (A) s’apparie toujours avec la thymine (T), et la cytosine (C) s’apparie toujours avec la guanine (G). Cela signifie que la séquence d’un brin de la double hélice d’ADN peut toujours être utilisée pour déterminer l’autre brin.
Comment la structure de l’acide nucléique détermine-t-elle la fonction?
La fonction principale de l’ADN et de l’ARN est de stocker et de transporter l’information génétique. L’ordre spécifique des nucléotides dans la molécule d’ADN ou d’ARN est ce qui détermine l’information génétique qu’elle transporte. Vous pouvez y penser comme les lettres d’un livre – si l’ordre des lettres était modifié, le livre ne contiendrait plus la même (ou la bonne) information.