Les acides nucléiques, en particulier l'ADN, sont assez bien connus en science. Cela s'explique par le fait qu'elles sont les substances de la cellule, dont dépendent le stockage et la transmission de ses informations héréditaires. L'ADN, découvert en 1868 par F. Miescher, est une molécule aux propriétés acides prononcées. Le scientifique l'a isolé des noyaux des leucocytes - cellules du système immunitaire. Au cours des 50 années suivantes, des études sur les acides nucléiques ont été menées de manière sporadique, car la plupart des biochimistes considéraient les protéines comme les principales substances organiques responsables, entre autres, des traits héréditaires.
Depuis le déchiffrement de la structure de l'ADN par Watson et Crick en 1953, des recherches sérieuses ont commencé, qui ont découvert que l'acide désoxyribonucléique est un polymère et que les nucléotides servent de monomères d'ADN. Leurs types et leur structure seront étudiés par nous dans ce travail.
Les nucléotides en tant qu'unités structurelles de l'information héréditaire
L'une des propriétés fondamentales de la matière vivante est la préservation et la transmission d'informations sur la structure et les fonctions de la cellule et de l'organisme entieren général. Ce rôle est joué par l'acide désoxyribonucléique et les monomères d'ADN - les nucléotides sont une sorte de "briques" à partir desquelles la structure unique de la substance de l'hérédité est construite. Considérons les signes par lesquels la faune a été guidée lors de la création d'une super bobine d'acide nucléique.
Comment se forment les nucléotides
Pour répondre à cette question, nous avons besoin de quelques connaissances en chimie organique. En particulier, nous rappelons qu'il existe dans la nature un groupe d'hétérosides hétérocycliques azotés associés à des monosaccharides - les pentoses (désoxyribose ou ribose). Ils sont appelés nucléosides. Par exemple, l'adénosine et d'autres types de nucléosides sont présents dans le cytosol d'une cellule. Ils entrent dans une réaction d'estérification avec des molécules d'acide orthophosphorique. Les produits de ce processus seront des nucléotides. Chaque monomère d'ADN, et il en existe quatre types, porte un nom, tel que les nucléotides de guanine, de thymine et de cytosine.
Monomères puriques d'ADN
En biochimie, une classification est adoptée qui divise les monomères d'ADN et leur structure en deux groupes: par exemple, les nucléotides d'adénine et de guanine sont des purines. Ils contiennent des dérivés de purine, une substance organique de formule C5H4N44. Le monomère d'ADN, un nucléotide guanine, contient également une base azotée purique reliée au désoxyribose par une liaison N-glycosidique dans la configuration bêta.
nucléotides pyrimidiques
Bases azotées,appelées cytidine et thymidine, sont des dérivés de la substance organique pyrimidine. Sa formule est C4H4N2. La molécule est un hétérocycle planaire à six chaînons contenant deux atomes d'azote. On sait qu'au lieu d'un nucléotide de thymine, les molécules d'acide ribonucléique, telles que l'ARNr, l'ARNt et l'ARNm, contiennent un monomère d'uracile. Lors de la transcription, lors du transfert d'informations du gène d'ADN à la molécule d'ARNm, le nucléotide thymine est remplacé par l'adénine et le nucléotide adénine est remplacé par l'uracile dans la chaîne d'ARNm synthétisée. C'est-à-dire que le record suivant sera juste: A - U, T - A.
Règle Chargaff
Dans la section précédente, nous avons déjà partiellement abordé les principes de correspondance entre les monomères dans les chaînes d'ADN et dans le complexe gène-ARNm. Le célèbre biochimiste E. Chargaff a établi une propriété tout à fait unique des molécules d'acide désoxyribonucléique, à savoir que le nombre de nucléotides d'adénine qu'elles contiennent est toujours égal à la thymine et à la guanine - à la cytosine. La principale base théorique des principes de Chargaff était la recherche de Watson et Crick, qui ont établi quels monomères forment la molécule d'ADN et quelle organisation spatiale ils ont. Un autre modèle, dérivé de Chargaff et appelé principe de complémentarité, indique la relation chimique des bases puriques et pyrimidiques et leur capacité à former des liaisons hydrogène lorsqu'elles interagissent les unes avec les autres. Cela signifie que l'arrangement des monomères dans les deux brins d'ADN est strictement déterminé: par exemple, l'opposé A du premier brin d'ADN peut êtreseul T est différent et deux liaisons hydrogène apparaissent entre eux. En face du nucléotide guanine, seule la cytosine peut être localisée. Dans ce cas, trois liaisons hydrogène se forment entre les bases azotées.
Le rôle des nucléotides dans le code génétique
Pour effectuer la réaction de biosynthèse des protéines se produisant dans les ribosomes, il existe un mécanisme permettant de transférer des informations sur la composition en acides aminés du peptide de la séquence de nucléotides de l'ARNm dans la séquence d'acides aminés. Il s'est avéré que trois monomères adjacents portent des informations sur l'un des 20 acides aminés possibles. Ce phénomène s'appelle le code génétique. Dans la résolution de problèmes de biologie moléculaire, il est utilisé pour déterminer à la fois la composition en acides aminés d'un peptide et pour clarifier la question: quels monomères forment une molécule d'ADN, en d'autres termes, quelle est la composition du gène correspondant. Par exemple, le triplet AAA (codon) dans le gène code pour l'acide aminé phénylalanine dans la molécule de protéine, et dans le code génétique, il correspondra au triplet UUU dans la chaîne d'ARNm.
Interaction des nucléotides dans le processus de reduplication de l'ADN
Comme on l'a découvert plus tôt, les unités structurelles, les monomères d'ADN sont des nucléotides. Leur séquence spécifique dans les chaînes est la matrice du processus de synthèse de la molécule fille de l'acide désoxyribonucléique. Ce phénomène se produit au stade S de l'interphase cellulaire. La séquence nucléotidique d'une nouvelle molécule d'ADN est assemblée sur les chaînes mères sous l'action de l'enzyme ADN polymérase, en tenant compte du principecomplémentarité (A - T, D - C). La réplication fait référence aux réactions de synthèse de la matrice. Cela signifie que les monomères d'ADN et leur structure dans les chaînes parentes servent de base, c'est-à-dire de matrice pour sa copie enfant.
La structure d'un nucléotide peut-elle changer
Au fait, disons que l'acide désoxyribonucléique est une structure très conservatrice du noyau cellulaire. Il y a une explication logique à cela: les informations héréditaires stockées dans la chromatine du noyau doivent être inchangées et copiées sans distorsion. Eh bien, le génome cellulaire est constamment "sous le feu" des facteurs environnementaux. Par exemple, des composés chimiques agressifs tels que l'alcool, les drogues, les radiations radioactives. Tous sont des soi-disant mutagènes, sous l'influence desquels tout monomère d'ADN peut modifier sa structure chimique. Une telle distorsion en biochimie s'appelle une mutation ponctuelle. La fréquence de leur apparition dans le génome cellulaire est assez élevée. Les mutations sont corrigées par le bon fonctionnement du système de réparation cellulaire, qui comprend un ensemble d'enzymes.
Certains d'entre eux, par exemple, les restrictases, "découpent" les nucléotides endommagés, les polymérases assurent la synthèse des monomères normaux, les ligases "cousent" les sections restaurées du gène. Si, pour une raison quelconque, le mécanisme décrit ci-dessus ne fonctionne pas dans la cellule et que le monomère d'ADN défectueux reste dans sa molécule, la mutation est captée par les processus de synthèse matricielle et se manifeste phénotypiquement sous la forme de protéines aux propriétés altérées qui sont incapables d'exercer les fonctions nécessaires qui leur sont inhérentes dansmétabolisme cellulaire. Il s'agit d'un facteur négatif sérieux qui réduit la viabilité de la cellule et raccourcit sa durée de vie.
