Acides nucléiques sont l'une des quatre classes de biomolécules essentielles qui constituent les cellules vivantes, aux côtés des protéines, des glucides et des lipides. Contrairement aux trois autres, l’ADN et l’ARN ne servent pas de source d’énergie directe aux organismes, c’est pourquoi vous ne les trouverez pas sur les étiquettes nutritionnelles.
L'ADN et l'ARN agissent comme des systèmes de stockage et de transport de l'information génétique. L’ADN présent dans le noyau de presque toutes les cellules forme des chromosomes, analogues au disque dur d’un ordinateur qui contient le système d’exploitation complet. L'ARN messager (ARNm), quant à lui, porte le code d'une seule protéine, ressemblant à une clé USB qui transporte un fichier critique vers le ribosome pour traduction.
Les acides nucléiques sont des polymères de nucléotides, chacun comprenant un sucre pentose, un groupe phosphate et une base azotée. Dans l’ARN, le sucre est le ribose; dans l'ADN, c'est le désoxyribose. Alors que les nucléotides portent généralement un seul phosphate, des molécules comme l'ATP (adénosine triphosphate) peuvent contenir plusieurs phosphates et jouent un rôle central dans le transfert d'énergie cellulaire.
Le ribose contient un groupe hydroxyle (-OH) au niveau du carbone 2, tandis que le désoxyribose le remplace par un atome d'hydrogène, donnant à l'ADN un squelette plus stable. Les bases azotées diffèrent également :l'ADN utilise l'adénine (A), la cytosine (C), la guanine (G) et la thymine (T); L'ARN remplace la thymine par l'uracile (U).
L'ADN stocke le modèle génétique permanent qui régit la fonction cellulaire et l'hérédité. L'ARN, en particulier l'ARNm, extrait cette information et la transmet aux ribosomes où les protéines sont synthétisées, permettant l'exécution de processus cellulaires.
Les purines (A, G) ont deux anneaux fusionnés ; les pyrimidines (C, T dans l'ADN, C, U dans l'ARN) ont un seul cycle. L'appariement complémentaire – A avec T (ou U dans l'ARN) et C avec G – garantit un alignement et une stabilité corrects de la double hélice.
Le modèle emblématique à double hélice, décrit par Watson et Crick en 1953, leur a valu un prix Nobel, tandis que les travaux de Rosalind Franklin sur la diffraction des rayons X ont joué un rôle essentiel dans cette découverte. La forme hélicoïdale minimise la contrainte énergétique, permettant aux interactions sucre-phosphate et paires de bases de coexister de manière optimale.
Les brins d’ADN alternent unités phosphate et sucre, liées par des liaisons phosphodiester qui se forment lorsque le phosphate 5’ d’un nucléotide s’attache à l’hydroxyle 3’ du suivant. Cette épine dorsale assure l'intégrité structurelle tandis que les bases sont tournées vers l'intérieur, formant des paires complémentaires entre les deux brins.
L’ARN est simple brin et n’a pas de partenaire complémentaire. Cela lui permet de se replier en diverses structures secondaires (boucles, tiges et épingles à cheveux) permettant des rôles polyvalents au-delà du simple transfert d'informations.
Étant donné la séquence d'ADN AAATCGGCATTA , la présence de thymine confirme qu'il s'agit bien d'ADN. Son volet complémentaire se lirait TTTAGCCGTAA . Le transcrit d'ARNm correspondant refléterait l'ADN complémentaire mais remplacerait la thymine par l'uracile, donnant UUUAGCCGUAA .
La réplication commence lorsque la double hélice se sépare, exposant les brins simples. Chaque brin modèle guide la synthèse d'un nouveau brin complémentaire dans des directions opposées :les brins principaux se développent continuellement, tandis que les brins en retard forment des fragments d'Okazaki qui sont ensuite joints, ce qui donne lieu à deux doubles hélices antiparallèles.
La transcription nécessite également la séparation des brins d'ADN. L'ARN polymérase synthétise un pré-ARNm qui contient à la fois des introns et des exons. L'épissage supprime les introns, reliant les exons en un ARNm mature qui code pour une seule protéine. La transcription mature quitte le noyau et s'associe aux ribosomes pour lancer la traduction.
Les acides nucléiques ne peuvent pas servir de sources d’énergie mais sont synthétisés de novo à partir de nucléosides ou dégradés en bases, qui finissent par former de l’acide urique. Une bonne dégradation des purines est essentielle pour la santé ; un catabolisme altéré conduit à la goutte en raison du dépôt de cristaux d'urate.
