L'acide désoxyribonucléique, ou ADN, peut être la molécule unique la plus célèbre de toute la biologie. La découverte de sa structure à double hélice en 1953 a catapulté James Watson et Francis Crick un prix Nobel, et même parmi les nerds non scientifiques, l'ADN est largement connu pour jouer un rôle majeur dans les innombrables traits qui sont transmis des parents à la progéniture. Au cours des dernières décennies, l'ADN est également devenu remarquable pour son rôle dans la médecine légale; "Preuve ADN", une expression qui n'aurait pas pu exister de manière significative avant au moins les années 80, est maintenant devenue un énoncé presque obligatoire dans les émissions de télévision et les films de procédure policière.

Au-delà de ces anecdotes banales, cependant , se trouve une structure élégante et remarquablement bien étudiée qui existe dans presque toutes les cellules de tout être vivant. L'ADN est la substance des gènes à plus petite échelle et des chromosomes, qui sont des collections de nombreux gènes à plus grande échelle; ensemble, tous les chromosomes d'un organisme (les humains ont 23 paires, dont 22 paires de chromosomes "réguliers" et une paire de chromosomes sexuels) sont connus comme le génome de l'organisme.

Si vous avez déjà suivi un cours de biologie ou regardé un programme éducatif sur la génétique de base, même si vous ne vous en souvenez pas beaucoup, vous vous souvenez probablement de quelque chose comme ceci:

... ACCCGTACGCGGATTAG ...

Les lettres A, C, G et T peuvent être considérées comme les pierres angulaires schématiques de la biologie moléculaire. Ce sont des abréviations pour les noms des quatre soi-disant bases azotées trouvées dans tout l'ADN, avec A pour l'adénine, C pour la cytosine, G pour la guanine et T pour la thymine. (Par souci de simplicité, ces abréviations seront généralement utilisées dans le reste de cet article.) Ce sont des combinaisons spécifiques de ces bases, en groupes de trois appelés codons triplets, qui servent en fin de compte d'instructions pour les protéines fabriquées par les usines de fabrication cellulaire de votre corps. Ces protéines, dont chacune est le produit d'un gène particulier, déterminent tout, des aliments que vous pouvez et ne pouvez pas digérer facilement, à la couleur de vos yeux, à la taille ultime de votre adulte, si vous pouvez "rouler" votre langue ou non et beaucoup d'autres traits.

Avant qu'un traitement approfondi de chacune de ces merveilleuses bases soit donné, un traité sur les bases de l'ADN lui-même est en ordre.
Acides nucléiques: vue d'ensemble

L'ADN en est un de deux acides nucléiques trouvés dans la nature, l'autre étant de l'ARN ou de l'acide ribonucléique. Les acides nucléiques sont des polymères ou des chaînes longues de nucléotides.
Les nucléotides comprennent trois éléments: un sucre pentose (cycle à cinq atomes), un groupe phosphate et une base azotée.

ADN et L'ARN diffère de trois façons fondamentales. Premièrement, le sucre dans l'ADN est le désoxyribose, tandis que celui dans l'ARN est le ribose; la différence entre ceux-ci est que le désoxyribose contient un atome d'oxygène de moins à l'extérieur de l'anneau central. De plus, l'ADN est presque toujours double brin, tandis que l'ARN est simple brin. Enfin, alors que l'ADN contient les quatre bases azotées susmentionnées (A, C, G et T), l'ARN contient A, C, G et l'uracile (U) à la place de T. Cette différence est essentielle pour arrêter les enzymes qui agissent sur l'ARN de exerçant une activité sur l'ADN et inversement.

Tout cela réuni, un seul nucléotide d'ADN contient donc un groupe désoxyribose, un groupe phosphate et une base azotée tirée parmi A, C, G ou T.

Certaines molécules similaires aux nucléotides, dont certaines servent d'intermédiaires dans le processus de synthèse des nucléotides, sont également importantes en biochimie. Un nucléoside, par exemple, est une base azotée liée à un sucre ribose; en d'autres termes, c'est un nucléotide qui manque son groupe phosphate. Alternativement, certains nucléotides ont plus d'un groupe phosphate. L'ATP, ou adénosine triphosphate, est l'adénine liée à un sucre ribose et à trois phosphates; cette molécule est essentielle dans les processus énergétiques cellulaires.

Dans un nucléotide d'ADN "standard", le désoxyribose et le groupe phosphate forment le "squelette" de la molécule double brin, avec des phosphates et des sucres se répétant le long des bords extérieurs de l'hélice en spirale. Les bases azotées occupent quant à elles la partie intérieure de la molécule. Surtout, ces bases sont liées les unes aux autres par des liaisons hydrogène, formant les «barreaux» d'une structure qui, si elle n'était pas enroulée en hélice, ressemblerait à une échelle; dans ce modèle, les sucres et les phosphates forment les côtés. Cependant, chaque base azotée d'ADN peut se lier à un et un seul des trois autres. Plus précisément, A s'associe toujours à T et C s'associe toujours à G.

Comme indiqué, le désoxyribose est un sucre à cinq atomes. Ces quatre atomes de carbone et un atome d'oxygène sont disposés dans une structure qui, dans une représentation schématique, offre une apparence de pentagone. Dans un nucléotide, le groupe phosphate est attaché au carbone désigné numéro cinq par la convention de dénomination chimique (5 '). le carbone numéro trois (3 ') est presque directement en face de celui-ci, et cet atome peut se lier au groupe phosphate d'un autre nucléotide. Pendant ce temps, la base azotée du nucléotide est attachée au carbone 2 'dans le cycle désoxyribose.

Comme vous l'avez peut-être compris par ce point, puisque la seule différence d'un nucléotide à l'autre est la base azotée chacun comprend, la seule différence entre deux brins d'ADN est la séquence exacte de ses nucléotides liés et donc ses bases azotées. En fait, l'ADN des palourdes, l'ADN des ânes, l'ADN des plantes et votre propre ADN se composent exactement des mêmes produits chimiques; ceux-ci ne diffèrent que par la façon dont ils sont commandés, et c'est cet ordre qui détermine le produit protéique que tout gène
- c'est-à-dire, toute section d'ADN portant le code pour un seul travail de fabrication - sera finalement responsable de synthétisant.
Qu'est-ce qu'une base azotée?

A, C, G et T (et U) sont azotés
en raison de la grande quantité d'azote élémentaire qu'ils contiennent par rapport à leur masse globale, et ce sont des bases
parce qu'ils sont des accepteurs de protons (atome d'hydrogène) et ont tendance à porter une charge électrique positive nette. Ces composés n'ont pas besoin d'être consommés dans l'alimentation humaine, bien qu'ils se trouvent dans certains aliments; ils peuvent être synthétisés à partir de zéro à partir de divers métabolites.

A et G sont classés comme purines
, tandis que C et T sont pyrimidines
. Les purines comprennent un cycle à six membres fusionné à un cycle à cinq membres, et entre eux, ces cycles comprennent quatre atomes d'azote et cinq atomes de carbone. Les pyrimidines n'ont qu'un cycle à six membres, qui abrite deux atomes d'azote et quatre atomes de carbone. Chaque type de base a également d'autres constituants qui sortent de l'anneau.

En regardant les mathématiques, il est clair que les purines sont significativement plus grandes que les pyrimidines. Cela explique en partie pourquoi la purine A ne se lie qu'à la pyrimidine T, et pourquoi la purine G ne se lie qu'à la pyrimidine C. Si les deux squelettes sucre-phosphate de l'ADN double brin doivent rester à la même distance l'un de l'autre, ce qu'ils doivent si l'hélice doit être stable, alors deux purines liées ensemble seraient excessivement grandes, tandis que deux pyrimidines liées seraient excessivement petites.

Dans l'ADN, les liaisons purine-pyrimidine sont des liaisons hydrogène. Dans certains cas, il s'agit d'un hydrogène lié à un oxygène, et dans d'autres, il s'agit d'un hydrogène lié à un azote. Le complexe CG comprend deux liaisons HN et une liaison HO, et le complexe AT comprend une liaison HN et une liaison HO.
Purine and Pyrimidine Metabolism

Adénine (anciennement 6-amino purine) et guanine (2 -amino-6-oxy purine) ont été mentionnés. Bien que ne faisant pas partie de l'ADN, d'autres purines d'importance biochimique comprennent l'hypoxanthine (6-oxy purine) et la xanthine (2,6-dioxy purine).

Lorsque les purines sont décomposées dans le corps chez l'homme, le produit final est l'acide urique, qui est excrété dans l'urine. A et G subissent des processus cataboliques légèrement différents (c'est-à-dire une dégradation), mais ceux-ci convergent à la xanthine. Cette base est ensuite oxydée pour générer de l'acide urique. Normalement, comme cet acide ne peut plus être décomposé, il est excrété intact dans l'urine. Cependant, dans certains cas, un excès d'acide urique peut s'accumuler et provoquer des problèmes physiques. Si l'acide urique se combine avec les ions calcium disponibles, des calculs rénaux ou des calculs vésicaux peuvent en résulter, qui sont souvent très douloureux. Un excès d'acide urique peut également provoquer une affection appelée goutte, dans laquelle des cristaux d'acide urique sont déposés dans divers tissus de l'organisme. Une façon de contrôler cela est de limiter la consommation d'aliments contenant des purines, comme les viandes d'organes. Une autre consiste à administrer le médicament allopurinol, qui éloigne la voie de dégradation des purines de l'acide urique en interférant avec les enzymes clés.

Comme pour les pyrimidines, la cytosine (2-oxy-4-amino pyrimidine), la thymine (2, La 4-dioxy-5-méthyl pyrimidine) et l'uracile (2,4-dioxy pyrimidine) ont déjà été introduits. L'acide orotique (2,4-dioxy-6-carboxy pyrimidine) est une autre pyrimidine métaboliquement pertinente.

La dégradation des pyrimidines est plus simple que celle des purines. Tout d'abord, l'anneau est cassé. Les produits finaux sont des substances simples et courantes: acides aminés, ammoniac et dioxyde de carbone.
Synthèse des purines et des pyrimidines

Comme indiqué ci-dessus, les purines et les pyrimidines sont fabriquées à partir de composants qui peuvent être trouvés en abondance chez l'homme corps et n'ont pas besoin d'être ingérés intacts.

Les purines, qui sont synthétisées principalement dans le foie, sont assemblées à partir des acides aminés glycine, aspartate et glutamate, qui fournissent l'azote, et de l'acide folique et du dioxyde de carbone ", which provide the carbon.", 3, [[Il est important de noter que les bases azotées elles-mêmes ne se tiennent jamais seules pendant la synthèse des nucléotides, car le ribose entre dans le mélange avant l'apparition d'alanine ou de guanine pure. Cela produit soit de l'adénosine monophosphate (AMP) ou de la guanosine monophosphate (GMP), qui sont tous deux des nucléotides presque complets prêts à entrer dans une chaîne d'ADN, bien qu'ils puissent également être phosphorylés pour produire de l'adénosine di- et triphosphate (ADP et ATP) ou dian et triphosphate de guanosine (PIB et GTP).

La synthèse des purines est un processus énergivore, nécessitant au moins quatre molécules d'ATP par purine produite.

Les pyrimidines sont des molécules plus petites que les purines, et leur synthèse est d'autant plus simple. Il survient principalement dans la rate, la glande thymus, le tractus gastro-intestinal et les testicules chez les hommes. La glutamine et l'aspartate fournissent tout l'azote et le carbone nécessaires. Dans les purines et les pyrimidines, le composant sucre du nucléotide éventuel provient d'une molécule appelée 5-phosphoribosyl-1-pyrophosphate (PRPP). La glutamine et l'aspartate se combinent pour donner la molécule de phosphate de carbamoyle. Celui-ci est ensuite converti en acide orotique, qui peut ensuite devenir de la cytosine ou de la thymine. Notez que, contrairement à la synthèse des purines, les pyrimidines destinées à être incluses dans l'ADN peuvent se présenter comme des bases libres (c'est-à-dire que le composant sucre est ajouté plus tard). La transformation de l'acide orotique en cytosine ou thymine est une voie séquentielle, pas une voie ramifiée, donc la cytosine est invariablement formée en premier, et celle-ci peut être soit conservée, soit transformée en thymine.

Le corps peut utiliser bases de purine autonomes en dehors des voies de synthèse de l'ADN. Bien que les bases de purine ne soient pas formées pendant la synthèse des nucléotides, elles peuvent être incorporées au milieu du processus en étant «récupérées» de divers tissus. Cela se produit lorsque le PRPP est combiné avec de l'adénosine ou de la guanine d'AMP ou de GMP plus deux molécules de phosphate.

Le syndrome de Lesch-Nyhan est une condition dans laquelle la voie de récupération des purines échoue en raison d'une carence enzymatique, conduisant à une très concentration élevée de purine libre (non récupérée) et donc un niveau dangereusement élevé d'acide urique dans tout le corps. L'un des symptômes de cette malheureuse maladie est que les patients présentent souvent un comportement d'automutilation incontrôlable.