L'ADN (acide désoxyribonucléique) est l'un des composants les plus importants de la matière vivante. Grâce à elle, la préservation et la transmission des informations héréditaires de génération en génération sont réalisées avec la possibilité de variabilité dans certaines limites. La synthèse de toutes les protéines nécessaires à un système vivant serait impossible sans une matrice d'ADN. Ci-dessous, nous examinerons la structure, la formation, le fonctionnement de base et le rôle de l'ADN dans la biosynthèse des protéines.
La structure de la molécule d'ADN
L'acide désoxyribonucléique est une macromolécule composée de deux brins. Sa structure comporte plusieurs niveaux d'organisation.
La structure primaire de la chaîne d'ADN est une séquence de nucléotides contenant chacun l'une des quatre bases azotées: adénine, guanine, cytosine ou thymine. Les chaînes apparaissent lorsque le sucre désoxyribose d'un nucléotide est joint au résidu phosphate d'un autre. Ce processus est réalisé avec la participation d'un catalyseur protéique - l'ADN ligase
- La structure secondaire de l'ADN est ce qu'on appelle la double hélice (plus précisément, une double vis). Les motifs sont capablesse connectent comme suit: l'adénine et la thymine forment une double liaison hydrogène, et la guanine et la cytosine forment un triple. Cette caractéristique sous-tend le principe de complémentarité des bases, selon lequel les chaînes sont connectées les unes aux autres. Dans ce cas, une torsion hélicoïdale (le plus souvent à droite) de la double chaîne se produit.
- Une structure tertiaire est une conformation complexe d'une énorme molécule qui se produit par des liaisons hydrogène supplémentaires.
- La structure quaternaire est formée en combinaison avec des protéines et de l'ARN spécifiques et c'est ainsi que l'ADN est empaqueté dans le noyau cellulaire.
Fonctions ADN
Considérons le rôle que joue l'ADN dans les systèmes vivants. Ce biopolymère est une matrice contenant un enregistrement de la structure de diverses protéines, de l'ARN nécessaire à l'organisme, ainsi que de divers types de sites régulateurs. En général, tous ces composants constituent le programme génétique du corps.
Grâce à la biosynthèse de l'ADN, le programme génétique est transmis aux générations suivantes, assurant l'hérédité des informations fondamentales à la vie. L'ADN est capable de muter, ce qui entraîne la variabilité des organismes vivants d'une espèce biologique et, par conséquent, le processus de sélection naturelle et l'évolution des systèmes vivants est possible.
Pendant la reproduction sexuée, l'ADN d'un organisme-descendant est formé en combinant les informations héréditaires paternelles et maternelles. Lorsqu'elles sont combinées, il existe diverses variations, ce qui contribue également à la variabilité.
Comment se reproduit le programme génétique
Grâce à la structure complémentaire, l'auto-reproduction matricielle de la molécule d'ADN est possible. Dans ce cas, les informations qu'il contient sont copiées. La duplication d'une molécule pour former deux «doubles hélices» filles est appelée réplication de l'ADN. Il s'agit d'un processus complexe qui implique de nombreux composants. Mais avec une certaine simplification, il peut être représenté sous forme de diagramme.
La réplication est initiée par un complexe spécial d'enzymes dans certaines zones de l'ADN. Dans le même temps, la double chaîne se déroule, formant une fourche de réplication, où se déroule le processus de biosynthèse de l'ADN - l'accumulation de séquences nucléotidiques complémentaires sur chacune des chaînes.
Caractéristiques du complexe de réplication
La réplication se déroule également avec la participation d'un ensemble complexe d'enzymes - les réplisomes, dans lesquels l'ADN polymérase joue le rôle principal.
L'une des chaînes au cours de la biosynthèse de l'ADN est le leader et se forme en permanence. La formation d'un brin retardé se produit en attachant de courtes séquences - fragments d'Okazaki. Ces fragments sont ligaturés à l'aide d'ADN ligase. Un tel processus est dit semi-continu. De plus, il est caractérisé comme semi-conservateur, puisque dans chacune des molécules nouvellement formées, l'une des chaînes est le parent et la seconde est la fille.
La réplication de l'ADN est l'une des étapes clés de la division cellulaire. Ce processus sous-tend le transfert d'informations héréditaires à la nouvelle génération, ainsi que la croissance de l'organisme.
Que sont les protéines
La protéine estl'élément fonctionnel le plus important dans les cellules de tous les organismes vivants. Ils remplissent des fonctions catalytiques, structurelles, régulatrices, de signalisation, de protection et bien d'autres.
Une molécule de protéine est un biopolymère formé par une séquence de résidus d'acides aminés. Comme les molécules d'acide nucléique, il se caractérise par la présence de plusieurs niveaux d'organisation structurelle - du primaire au quaternaire.
Il existe 20 acides aminés distincts (canoniques) utilisés par les systèmes vivants pour construire une grande variété de protéines. En règle générale, la protéine n'est pas synthétisée par elle-même. Le rôle principal dans la formation d'une molécule protéique complexe appartient aux acides nucléiques - ADN et ARN.
L'essence du code génétique
Donc, l'ADN est une matrice d'informations qui stocke des informations sur les protéines nécessaires à la croissance et à la vie du corps. Les protéines sont construites à partir d'acides aminés, l'ADN (et l'ARN) à partir de nucléotides. Certaines séquences de nucléotides de la molécule d'ADN correspondent à certaines séquences d'acides aminés de certaines protéines.
Il existe 20 types d'unités structurelles de protéines - acides aminés canoniques - dans une cellule, et 4 types de nucléotides dans l'ADN. Ainsi, chaque acide aminé est écrit sur la matrice d'ADN comme une combinaison de trois nucléotides - un triplet, dont les composants clés sont des bases azotées. Ce principe de correspondance s'appelle le code génétique et les triplets de bases sont appelés codons. Le gène estune séquence de codons contenant un enregistrement d'une protéine et certaines combinaisons de services de bases - un codon de départ, un codon d'arrêt et autres.
Quelques propriétés du code génétique
Le code génétique est presque universel - à de très rares exceptions près, il est le même dans tous les organismes, des bactéries aux humains. Cela témoigne, d'une part, de la relation de toutes les formes de vie sur Terre, et d'autre part, de l'ancienneté du code lui-même. Probablement, dans les premiers stades de l'existence de la vie primitive, différentes versions du code se sont formées assez rapidement, mais une seule a reçu un avantage évolutif.
De plus, il est spécifique (sans ambiguïté): des acides aminés différents ne sont pas codés par le même triplet. De plus, le code génétique se caractérise par une dégénérescence, ou redondance - plusieurs codons peuvent correspondre au même acide aminé.
L'enregistrement génétique est lu en continu; les fonctions des signes de ponctuation sont également remplies par des triplets de bases. En règle générale, il n'y a pas d'enregistrements qui se chevauchent dans le "texte" génétique, mais ici aussi il y a des exceptions.
Unités fonctionnelles de l'ADN
La totalité de tout le matériel génétique d'un organisme s'appelle le génome. Ainsi, l'ADN est le support du génome. La composition du génome ne comprend pas seulement des gènes de structure codant pour certaines protéines. Une partie importante de l'ADN contient des régions ayant des objectifs fonctionnels différents.
Donc, l'ADN contient:
- réglementairedes séquences codant pour des ARN spécifiques, tels que des commutateurs génétiques et des régulateurs de l'expression structurelle des gènes;
- éléments qui régulent le processus de transcription - l'étape initiale de la biosynthèse des protéines;
- les pseudogènes sont une sorte de "gènes fossiles" qui ont perdu leur capacité à coder une protéine ou à être transcrits en raison de mutations;
- éléments génétiques mobiles - régions qui peuvent se déplacer dans le génome, comme les transposons ("gènes sauteurs"));
- les télomères sont des régions spéciales situées aux extrémités des chromosomes, grâce auxquelles l'ADN des chromosomes est protégé contre le raccourcissement à chaque événement de réplication.
Implication de l'ADN dans la biosynthèse des protéines
L'ADN est capable de former une structure stable dont l'élément clé est le composé complémentaire de bases azotées. Le double brin d'ADN assure, d'une part, la reproduction complète de la molécule, et d'autre part, la lecture de sections individuelles d'ADN lors de la synthèse protéique. Ce processus est appelé transcription.
Pendant la transcription, une section d'ADN contenant un certain gène est détordue, et sur l'une des chaînes - celle du modèle - une molécule d'ARN est synthétisée en tant que copie de la deuxième chaîne, appelée chaîne codante. Cette synthèse repose également sur la propriété des bases à former des paires complémentaires. Les régions de service non codantes de l'ADN et l'enzyme ARN polymérase participent à la synthèse. L'ARN sert déjà de modèle pour la synthèse des protéines et l'ADN n'est pas impliqué dans le processus ultérieur.
Transcription inversée
On a longtemps cru que la matricela copie de l'information génétique ne peut aller que dans un sens: ADN → ARN → protéine. Ce schéma a été appelé le dogme central de la biologie moléculaire. Cependant, au cours de la recherche, il a été constaté que dans certains cas, il est possible de copier de l'ARN à l'ADN - la soi-disant transcription inverse.
La capacité de transférer du matériel génétique de l'ARN à l'ADN est caractéristique des rétrovirus. Un représentant typique de ces virus contenant de l'ARN est le virus de l'immunodéficience humaine. L'intégration du génome viral dans l'ADN d'une cellule infectée se produit avec la participation d'une enzyme spéciale - la transcriptase inverse (révertase), qui agit comme un catalyseur pour la biosynthèse de l'ADN sur une matrice d'ARN. La révertase fait également partie de la particule virale. La molécule nouvellement formée est intégrée dans l'ADN cellulaire, où elle sert à produire de nouvelles particules virales.
Qu'est-ce que l'ADN humain
L'ADN humain, contenu dans le noyau cellulaire, est composé de 23 paires de chromosomes et contient environ 3,1 milliards de nucléotides appariés. En plus de l'ADN nucléaire, les cellules humaines, comme d'autres organismes eucaryotes, contiennent de l'ADN mitochondrial, un facteur de l'hérédité des organites des cellules mitochondriales.
Les gènes codant pour l'ADN nucléaire (il y en a entre 20 000 et 25 000) ne représentent qu'une petite partie du génome humain - environ 1,5 %. Le reste de l'ADN était auparavant appelé "junk", mais de nombreuses études révèlent le rôle important des régions non codantes du génome, qui ont été discutées ci-dessus. Il est également extrêmement important d'étudier les processustranscription inverse dans l'ADN humain.
La science a déjà acquis une compréhension assez claire de ce qu'est l'ADN humain en termes structurels et fonctionnels, mais les travaux ultérieurs des scientifiques dans ce domaine apporteront de nouvelles découvertes et de nouvelles technologies biomédicales.
