Structure et rôle des acides nucléiques : ADN et ARN

Résumé

Ce document présente les acides nucléiques, en partant des nucléosides et des nucléotides. Il décrit le modèle de la double hélice de l'ADN établi par Watson et Crick, puis le rôle biologique de l'ADN dans la transmission de l'information génétique. Il présente enfin la structure de l'ARN et sa fonction dans la synthèse des protéines.

Points clés

Un nucléoside résulte de l'union d'une base azotée et d'un pentose par une liaison N-glycosidique, avec perte d'une molécule d'eau.
Un nucléotide est un ester phosphorique d'un nucléoside, lié par le groupe hydroxyle du carbone 5' du pentose.
Le modèle de Watson et Crick (1952) décrit l'ADN comme une double hélice dextrogyre, plectonémique, de 2 nm de diamètre, avec deux chaînes antiparallèles.
Dans la double hélice, chaque paire de nucléotides est espacée de 0,34 nm et chaque tour comprend 10 paires de nucléotides.
L'ADN est le réservoir de l'information génétique et se réplique grâce à la complémentarité des bases azotées.
L'ARN est formé de ribonucléotides (adénine, guanine, cytosine, uracile), est généralement simple brin et dirige la synthèse des protéines.

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Les Acides Nucléiques

Nucléosides

Les nucléosides sont le résultat de l'union entre une base azotée et un pentose, par une liaison N-glycosidique entre le carbone 1' du pentose et la base azotée, avec la perte d'une molécule d'eau. Ils sont nommés en ajoutant la terminaison -osine pour une base purique ou -idine pour une base pyrimidique. Si le pentose est le désoxyribose, on ajoute le préfixe désoxy-.

Nucléotides

Ce sont les esters phosphoriques des nucléosides. Ils sont formés par la liaison d'un nucléoside avec une molécule d'acide phosphorique sous forme d'ion phosphate, ce qui confère au composé un caractère acide marqué. La liaison ester se produit entre le groupe hydroxyle du carbone 5' du pentose et l'acide phosphorique. Ils sont nommés en utilisant le nom du nucléoside suivi de 5'-phosphate ou monophosphate.

Modèle de Watson et Crick

La structure spatiale de l'ADN a été établie en 1952 par Watson et Crick. Ils savaient déjà que l'ADN était composé de nucléotides liés par des liaisons phosphodiester. Ils ont exploité les travaux de Chargaff, Franklin et Wilkins sur le contenu en bases azotées et la diffraction des rayons X pour découvrir la structure de l'ADN :

La molécule d'ADN est longue, rigide et non repliée.
La structure présente des motifs répétitifs.
La composition en bases varie, mais pour une même espèce, le contenu en bases puriques est égal à celui des pyrimidines.

La double hélice d'ADN mesure 2 nm de diamètre et se compose de deux chaînes polynucléotidiques enroulées autour d'un axe imaginaire, avec les bases azotées situées à l'intérieur. Les plans de leurs anneaux sont parallèles et perpendiculaires à l'axe de la double hélice :

L'enroulement est dextrogyre (à droite) et plectonémique : pour séparer les deux chaînes, il faut les dérouler.
Chaque paire de nucléotides est séparée par une distance de 0,34 nm, et chaque tour de double hélice comprend 10 paires de nucléotides, soit une longueur de 3,4 nm.
Les deux chaînes polynucléotidiques sont antiparallèles : les liaisons 5'→3' sont orientées dans des directions opposées et sont complémentaires.

Importance Biologique

L'ADN est le réservoir de l'information génétique et la molécule responsable de la transmission à la descendance des instructions nécessaires à la construction des protéines. Il possède la capacité de se répliquer grâce à la complémentarité des bases azotées. Il existe une corrélation entre la complexité d'un organisme et la quantité d'ADN qu'il contient.

L'ARN

L'ARN est formé par l'assemblage de ribonucléotides (adénine, guanine, cytosine et uracile) par des liaisons phosphodiester dans le sens 5'→3'. Outre les quatre bases principales, on peut trouver des dérivés méthylés. La plupart des organismes possèdent un ARN simple brin, à l'exception de certains virus bicaténaires. Dans certaines régions, la molécule peut adopter une structure en double hélice par formation de liaisons hydrogène entre bases complémentaires. La fonction de l'ARN est de diriger la synthèse des protéines à partir des informations issues de l'ADN.

Questions fréquentes

Quelle est la différence entre un nucléoside et un nucléotide ?

Un nucléoside est formé d'une base azotée liée à un pentose. Un nucléotide est un ester phosphorique du nucléoside, résultant de la liaison avec l'acide phosphorique au niveau du carbone 5' du pentose.

Quel est le rôle de l'ADN ?

L'ADN est le réservoir de l'information génétique. Il transmet à la descendance les instructions nécessaires à la construction des protéines et peut se répliquer grâce à la complémentarité des bases azotées.

En quoi l'ARN diffère-t-il de l'ADN ?

L'ARN est formé de ribonucléotides contenant de l'uracile à la place de la thymine, et la plupart des ARN sont simple brin. Son rôle est de diriger la synthèse des protéines à partir des informations de l'ADN.