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Les nucléotides sont les unités fondamentales qui composent à la fois l'acide ribonucléique (ARN) et l'acide désoxyribonucléique (ADN). Ils constituent, à leur tour, les éléments constitutifs essentiels de tout organisme vivant sur Terre. L'ADN transporte les informations héréditaires qui passent d'une génération à l'autre, fonctionnant comme un modèle biologique précis. Sa configuration emblématique en double hélice reste l'un des symboles les plus reconnaissables de la science.
Même si l’ARN reçoit souvent moins d’attention du public, il n’en est pas moins crucial. L'ARN interprète les instructions génétiques stockées dans l'ADN et les transmet aux ribosomes, les usines cellulaires qui synthétisent les protéines. Contrairement à l'ADN double brin, l'ARN est simple brin et généralement plus court, mais il partage la même structure monomère sous-jacente.
L’ADN et l’ARN sont tous deux des polymères :de longues chaînes de monomères répétitifs. Dans ces acides nucléiques, les monomères sont des nucléotides comprenant chacun trois parties distinctes :une base azotée, un sucre pentose et un groupe phosphate. Ci-dessous, nous décomposons chaque composant et expliquons comment ils fonctionnent ensemble pour coder les informations de la vie.
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Les bases azotées sont des composés hétérocycliques constitués de cycles fusionnés d'azote et de carbone. Les bases à deux cycles sont classées comme purines, tandis que les structures à un seul cycle sont des pyrimidines. Les purines et les pyrimidines s’associent naturellement via des liaisons hydrogène – semblables à des pièces de puzzle complémentaires – formant les échelons de la structure « en échelle » de l’ADN. Dans l'ARN simple brin, ces bases restent non appariées mais codent toujours des messages génétiques.
Il existe deux purines – l’adénine (A) et la guanine (G) – présentes dans l’ADN et l’ARN. Les pyrimidines comprennent la cytosine (C), la thymine (T) (ADN uniquement) et l'uracile (U) (ARN uniquement). Ces bases sont l'alphabet du code génétique; chaque ensemble de trois bases, ou codons, spécifie un acide aminé particulier lors de la synthèse des protéines. Par exemple, les codons CAA et CAG codent tous deux pour l'acide aminé glutamine.
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Les sucres pentoses forment les « rails » du squelette des brins d’acide nucléique. Ce sont des monosaccharides à cinq atomes de carbone, reliant les bases azotées au groupe phosphate. Les deux pentoses critiques sont le ribose dans l’ARN et le désoxyribose dans l’ADN. La distinction réside dans un seul atome d'oxygène :le ribose porte un groupe hydroxyle sur son deuxième carbone, tandis que le désoxyribose a un atome d'hydrogène à cette position. Leurs formules chimiques sont C₅H₁₀O₅ (ribose) et C₅H₁₀O₄ (désoxyribose).
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Le groupe phosphate, composé d'un atome de phosphore lié à quatre atomes d'oxygène, crée le squelette sucre-phosphate qui maintient les nucléotides ensemble. Un nucléotide peut contenir un (monophosphate), deux (diphosphate) ou trois (triphosphate) groupes phosphate. Lorsque les nucléotides se lient pour former un brin d'acide nucléique, un seul phosphate reste attaché, reliant le sucre d'un nucléotide à la base suivante via des liaisons phosphodiester.
Considérez les groupes phosphate comme les couplages qui lient un train de nucléotides en un brin d’ADN ou d’ARN cohésif. Cette liaison est essentielle pour la stabilité et l'intégrité fonctionnelle du matériel génétique.