L'époque dans laquelle nous vivons est marquée par des changements incroyables, d'énormes progrès, lorsque les gens obtiennent des réponses à de plus en plus de nouvelles questions. La vie avance rapidement et ce qui, jusqu'à récemment, semblait impossible commence à se réaliser. Il est tout à fait possible que ce qui semble aujourd'hui être une intrigue du genre science-fiction acquerra bientôt aussi les traits de la réalité.
L'une des découvertes les plus importantes de la seconde moitié du XXe siècle a été les acides nucléiques ARN et ADN, grâce auxquels l'homme s'est rapproché de percer les mystères de la nature.
Acides nucléiques
Les acides nucléiques sont des composés organiques aux propriétés macromoléculaires. Ils sont composés d'hydrogène, de carbone, d'azote et de phosphore.
Ils ont été découverts en 1869 par F. Miescher, qui a examiné le pus. Cependant, à cette époque, sa découverte n'avait pas beaucoup d'importance. Ce n'est que plus tard, lorsque ces acides ont été trouvés dans toutes les cellules animales et végétales, que l'on a compris leur énorme rôle.
Il existe deux types d'acides nucléiques: l'ARN et l'ADN (ribonucléique et désoxyribonucléiqueacides). Cet article concerne l'acide ribonucléique, mais pour une compréhension générale, considérons également ce qu'est l'ADN.
Qu'est-ce que l'acide désoxyribonucléique ?
L'ADN est un acide nucléique constitué de deux brins reliés selon la loi de complémentarité par des liaisons hydrogène de bases azotées. De longues chaînes sont tordues en spirale, un tour contient près de dix nucléotides. Le diamètre de la double hélice est de deux millimètres, la distance entre les nucléotides est d'environ un demi-nanomètre. La longueur d'une molécule atteint parfois plusieurs centimètres. La longueur de l'ADN du noyau d'une cellule humaine est de près de deux mètres.
La structure de l'ADN contient toutes les informations génétiques. L'ADN a une réplication, c'est-à-dire le processus au cours duquel deux molécules filles absolument identiques sont formées à partir d'une molécule.
Comme déjà indiqué, la chaîne est constituée de nucléotides, qui à leur tour sont constitués de bases azotées (adénine, guanine, thymine et cytosine) et d'un résidu d'acide phosphoreux. Tous les nucléotides diffèrent par leurs bases azotées. La liaison hydrogène ne se produit pas entre toutes les bases; l'adénine, par exemple, ne peut se combiner qu'avec la thymine ou la guanine. Ainsi, il y a autant d'adénylnucléotides dans le corps que de thymidylnucléotides, et le nombre de guanylnucléotides est égal aux cytidylnucléotides (règle de Chargaff). Il s'avère que la séquence d'une chaîne prédétermine la séquence d'une autre, et les chaînes semblent se refléter. Un tel motif, où les nucléotides de deux chaînes sont disposés de manière ordonnée et sont également connectés de manière sélective, est appeléle principe de complémentarité. En plus des composés d'hydrogène, la double hélice interagit également de manière hydrophobe.
Deux chaînes sont dans des directions opposées, c'est-à-dire qu'elles sont situées dans des directions opposées. Par conséquent, à l'opposé de l'extrémité trois de l'une se trouve l'extrémité cinq de l'autre chaîne.
Extérieurement, la molécule d'ADN ressemble à un escalier en colimaçon, dont la balustrade est un squelette sucre-phosphate, et les marches sont des bases azotées complémentaires.
Qu'est-ce que l'acide ribonucléique ?
L'ARN est un acide nucléique avec des monomères appelés ribonucléotides.
Dans les propriétés chimiques, il est très similaire à l'ADN, puisque les deux sont des polymères de nucléotides, qui sont un N-glycoside phosphorylé, qui est construit sur un résidu pentose (sucre à cinq carbones), avec un groupe phosphate sur le cinquième atome de carbone et une base azotée au niveau du premier atome de carbone.
C'est une chaîne polynucléotidique unique (sauf pour les virus), qui est beaucoup plus courte que celle de l'ADN.
Un monomère d'ARN est constitué des résidus des substances suivantes:
- bases azotées;
- monosaccharide à cinq carbones;
- acides phosphoreux.
Les ARN ont des bases pyrimidine (uracile et cytosine) et purine (adénine, guanine). Le ribose est le monosaccharide du nucléotide de l'ARN.
Différences entre l'ARN et l'ADN
Les acides nucléiques diffèrent les uns des autres des manières suivantes:
- sa quantité dans une cellule dépend de l'état physiologique, de l'âge et de l'affiliation organique;
- L'ADN contient des glucidesdésoxyribose et ARN - ribose;
- La base azotée dans l'ADN est la thymine, et dans l'ARN c'est l'uracile;
- classes remplissent des fonctions différentes, mais sont synthétisées sur la matrice d'ADN;
- L'ADN est une double hélice, l'ARN est un simple brin;
- pas typique pour ses règles ADN Chargaff;
- L'ARN a plus de bases mineures;
- les chaînes varient considérablement en longueur.
Historique des études
La cellule à ARN a été découverte pour la première fois par le biochimiste allemand R. Altman alors qu'il étudiait les cellules de levure. Au milieu du XXe siècle, le rôle de l'ADN dans la génétique a été prouvé. Ce n'est qu'alors que les types d'ARN, les fonctions, etc. ont été décrits. Jusqu'à 80 à 90 % de la masse de la cellule repose sur l'ARNr, qui, avec les protéines, forme le ribosome et participe à la biosynthèse des protéines.
Dans les années soixante du siècle dernier, il a été suggéré pour la première fois qu'il devait y avoir une certaine espèce qui transporte l'information génétique pour la synthèse des protéines. Après cela, il a été scientifiquement établi qu'il existe de tels acides ribonucléiques informationnels représentant des copies complémentaires de gènes. Ils sont aussi appelés ARN messagers.
Les soi-disant acides de transport sont impliqués dans le décodage des informations qui y sont enregistrées.
Plus tard, des méthodes ont commencé à être développées pour identifier la séquence des nucléotides et établir la structure de l'ARN dans l'espace acide. Il a donc été découvert que certains d'entre eux, appelés ribozymes, peuvent cliver les chaînes de polyribonucléotides. En conséquence, on a commencé à supposer qu'au moment où la vie émergeait sur la planète,L'ARN fonctionnait sans ADN ni protéines. De plus, toutes les transformations ont été faites avec sa participation.
La structure de la molécule d'acide ribonucléique
Presque tous les ARN sont des chaînes uniques de polynucléotides, qui, à leur tour, sont constitués de monoribonucléotides - bases puriques et pyrimidiques.
Les nucléotides sont désignés par les lettres initiales des bases:
- adénine (A), A;
- guanine (G), G;
- cytosine (C), C;
- uracile (U), U.
Ils sont liés par des liaisons à trois et cinq phosphodiesters.
Le nombre le plus varié de nucléotides (de plusieurs dizaines à plusieurs dizaines de milliers) est inclus dans la structure de l'ARN. Ils peuvent former une structure secondaire constituée principalement de courts brins double brin formés de bases complémentaires.
Structure d'une molécule d'acide ribnucléique
Comme déjà mentionné, la molécule a une structure simple brin. L'ARN reçoit sa structure et sa forme secondaires à la suite de l'interaction des nucléotides les uns avec les autres. C'est un polymère dont le monomère est un nucléotide constitué d'un sucre, d'un reste d'acide phosphoré et d'une base azotée. Extérieurement, la molécule est similaire à l'une des chaînes d'ADN. Les nucléotides adénine et guanine, qui font partie de l'ARN, sont des purines. La cytosine et l'uracile sont des bases pyrimidiques.
Processus de synthèse
Pour qu'une molécule d'ARN soit synthétisée, la matrice est une molécule d'ADN. Certes, le processus inverse se produit également lorsque de nouvelles molécules d'acide désoxyribonucléique se forment sur la matrice d'acide ribonucléique. Telse produit lors de la réplication de certains types de virus.
La base de la biosynthèse peut également servir d'autres molécules d'acide ribonucléique. Sa transcription, qui se produit dans le noyau cellulaire, implique de nombreuses enzymes, mais la plus importante d'entre elles est l'ARN polymérase.
Vues
Selon le type d'ARN, ses fonctions diffèrent également. Il en existe plusieurs types:
- informationnel i-RNA;
- ARNr ribosomal;
- transport t-RNA;
- mineur;
- ribozymes;
- viral.
Informational Acide Ribonucléique
Ces molécules sont aussi appelées matrices. Ils représentent environ deux pour cent du total dans la cellule. Dans les cellules eucaryotes, ils sont synthétisés dans les noyaux sur des matrices d'ADN, puis passent dans le cytoplasme et se lient aux ribosomes. De plus, ils deviennent des matrices pour la synthèse des protéines: ils sont reliés par des ARN de transfert qui portent des acides aminés. C'est ainsi que se déroule le processus de transformation de l'information, qui se réalise dans la structure unique de la protéine. Dans certains ARN viraux, c'est aussi un chromosome.
Jacob et Mano sont les découvreurs de cette espèce. N'ayant pas de structure rigide, sa chaîne forme des boucles courbes. Ne fonctionnant pas, l'i-ARN se rassemble en plis et se plie en boule, et se déplie en état de marche.
i-RNA contient des informations sur la séquence d'acides aminés de la protéine en cours de synthèse. Chaque acide aminé est codé à un emplacement spécifique à l'aide de codes génétiques qui sont:
- tripletity - à partir de quatre mononucléotides, il est possible de construire soixante-quatre codons (code génétique);
- non-crossing - les informations se déplacent dans une direction;
- continuité - le principe de fonctionnement est qu'un ARNm est une protéine;
- universalité - tel ou tel type d'acide aminé est codé de la même manière dans tous les organismes vivants;
- dégénérescence - vingt acides aminés sont connus, et soixante et un codons, c'est-à-dire qu'ils sont codés par plusieurs codes génétiques.
Acide ribonucléique ribosomal
Ces molécules constituent la grande majorité de l'ARN cellulaire, soit quatre-vingt à quatre-vingt-dix % du total. Ils se combinent avec des protéines et forment des ribosomes - ce sont des organites qui effectuent la synthèse des protéines.
Les ribosomes sont composés à soixante-cinq pour cent d'ARNr et à trente-cinq pour cent de protéines. Cette chaîne polynucléotidique se plie facilement avec la protéine.
Le ribosome est constitué de régions d'acides aminés et de peptides. Ils sont situés sur les surfaces de contact.
Les ribosomes se déplacent librement dans la cellule, synthétisant les protéines aux bons endroits. Ils ne sont pas très spécifiques et peuvent non seulement lire les informations de l'ARNm, mais aussi former une matrice avec eux.
Transport de l'acide ribonucléique
t-RNA est le plus étudié. Ils représentent dix pour cent de l'acide ribonucléique cellulaire. Ces types d'ARN se lient aux acides aminés grâce à une enzyme spéciale et sont délivrés aux ribosomes. Dans le même temps, les acides aminés sont transportés par transportmolécules. Cependant, il arrive que des codons différents codent pour un acide aminé. Ensuite, plusieurs ARN de transport les transporteront.
Il se recroqueville en boule lorsqu'il est inactif, mais fonctionne comme une feuille de trèfle.
Les sections suivantes y sont distinguées:
- souche acceptrice ayant la séquence nucléotidique de l'ACC;
- site de fixation au ribosome;
- un anticodon codant pour l'acide aminé attaché à cet ARNt.
Espèces mineures d'acide ribonucléique
Récemment, les espèces d'ARN ont été reconstituées avec une nouvelle classe, les soi-disant petits ARN. Ce sont très probablement des régulateurs universels qui activent ou désactivent les gènes au cours du développement embryonnaire, ainsi que des processus de contrôle au sein des cellules.
Les ribozymes ont également été récemment identifiés, ils sont activement impliqués lorsque l'acide ARN est fermenté, agissant comme un catalyseur.
Types d'acides viraux
Le virus peut contenir soit de l'acide ribonucléique, soit de l'acide désoxyribonucléique. Par conséquent, avec les molécules correspondantes, elles sont dites contenant de l'ARN. Lorsqu'un tel virus pénètre dans une cellule, une transcription inverse se produit - un nouvel ADN apparaît sur la base de l'acide ribonucléique, qui est intégré dans les cellules, assurant l'existence et la reproduction du virus. Dans un autre cas, la formation d'ARN complémentaire se produit sur l'ARN entrant. Les virus sont des protéines, l'activité vitale et la reproduction se font sans ADN, mais uniquement sur la base des informations contenues dans l'ARN du virus.
Réplication
Afin d'améliorer la compréhension commune, il est nécessaireConsidérez le processus de réplication qui produit deux molécules d'acide nucléique identiques. C'est ainsi que commence la division cellulaire.
Il s'agit d'ADN polymérases, d'ADN dépendantes, d'ARN polymérases et d'ADN ligases.
Le processus de réplication comprend les étapes suivantes:
- déspiralisation - il y a un déroulement séquentiel de l'ADN maternel, capturant toute la molécule;
- rupture des liaisons hydrogène, dans laquelle les chaînes divergent et une fourche de réplication apparaît;
- ajustement des dNTP aux bases libérées des chaînes mères;
- clivage des pyrophosphates des molécules de dNTP et formation de liaisons phosphorodiesters en raison de l'énergie libérée;
- respiralisation.
Après la formation de la molécule fille, le noyau, le cytoplasme et le reste sont divisés. Ainsi, deux cellules filles sont formées qui ont complètement reçu toutes les informations génétiques.
De plus, la structure primaire des protéines qui sont synthétisées dans la cellule est codée. L'ADN participe indirectement à ce processus, et non direct, qui consiste dans le fait que c'est sur l'ADN que s'effectue la synthèse des protéines, ARN impliqués dans la formation. Ce processus est appelé transcription.
Transcription
La synthèse de toutes les molécules se produit pendant la transcription, c'est-à-dire la réécriture de l'information génétique à partir d'un opéron d'ADN spécifique. Le processus est similaire à la réplication à certains égards, et très différent à d'autres.
Les similitudes sont les parties suivantes:
- commence par la déspiralisation de l'ADN;
- une rupture d'hydrogène se produitconnexions entre les bases des chaînes;
- FNT qui leur sont complémentaires;
- des liaisons hydrogène se forment.
Différences par rapport à la réplication:
- lors de la transcription, seule la portion d'ADN correspondant au transcripton est détorsadée, tandis que lors de la réplication, la totalité de la molécule est détorsadée;
- lorsqu'ils sont transcrits, les NTF accordables contiennent du ribose et de l'uracile au lieu de la thymine;
- l'information n'est radiée que d'une certaine zone;
- après la formation de la molécule, les liaisons hydrogène et la chaîne synthétisée sont rompues et la chaîne se détache de l'ADN.
Pour un fonctionnement normal, la structure primaire de l'ARN ne doit être constituée que de sections d'ADN copiées à partir d'exons.
Le processus de maturation commence dans l'ARN nouvellement formé. Les régions silencieuses sont excisées et les régions informatives sont fusionnées pour former une chaîne polynucléotidique. De plus, chaque espèce a ses propres transformations.
Dans l'i-ARN, l'attachement à l'extrémité initiale se produit. Le polyadénylate est attaché au site final.
Les bases TRNA sont modifiées pour former des espèces mineures.
Dans l'ARNr, les bases individuelles sont également méthylées.
Protège les protéines de la destruction et améliore le transport vers le cytoplasme. L'ARN mature se lie à eux.
L'importance des acides désoxyribonucléiques et ribonucléiques
Les acides nucléiques sont d'une grande importance dans la vie des organismes. Il y est stocké, transféré dans le cytoplasme et hérité par les cellules fillesinformations sur les protéines synthétisées dans chaque cellule. Ils sont présents dans tous les organismes vivants, la stabilité de ces acides joue un rôle important pour le fonctionnement normal des cellules et de l'organisme entier. Tout changement dans leur structure entraînera des changements cellulaires.
