Toute vie sur la planète se compose de nombreuses cellules qui maintiennent l'ordre de leur organisation grâce à l'information génétique contenue dans le noyau. Il est stocké, mis en œuvre et transmis par des composés complexes de haut poids moléculaire - acides nucléiques, constitués d'unités monomères - nucléotides. Le rôle des acides nucléiques ne peut être surestimé. La stabilité de leur structure détermine l'activité vitale normale de l'organisme, et toute déviation de la structure entraînera inévitablement une modification de l'organisation cellulaire, de l'activité des processus physiologiques et de la viabilité des cellules dans leur ensemble.
Le concept de nucléotide et ses propriétés
Chaque molécule d'ADN ou d'ARN est assemblée à partir de composés monomères plus petits - les nucléotides. En d'autres termes, un nucléotide est un matériau de construction pour les acides nucléiques, les coenzymes et de nombreux autres composés biologiques qui sont essentiels pour une cellule au cours de sa vie.
Aux principales propriétés de ces irremplaçablessubstances peuvent être attribuées:
• stockage d'informations sur la structure des protéines et les traits héréditaires;
• contrôle de la croissance et de la reproduction;
• participation au métabolisme et à de nombreux autres processus physiologiques se produisant dans la cellule.
Composition nucléotidique
En parlant de nucléotides, on ne peut que s'attarder sur une question aussi importante que leur structure et leur composition.
Chaque nucléotide se compose de:
• résidu de sucre;
• base azotée;
• groupe phosphate ou résidu d'acide phosphorique.
On peut dire qu'un nucléotide est un composé organique complexe. Selon la composition spécifique des bases azotées et le type de pentose dans la structure nucléotidique, les acides nucléiques sont divisés en:
• acide désoxyribonucléique, ou ADN;
• acide ribonucléique, ou ARN.
Composition des acides nucléiques
Dans les acides nucléiques, le sucre est représenté par le pentose. C'est un sucre à cinq carbones, dans l'ADN, il s'appelle désoxyribose, dans l'ARN, il s'appelle ribose. Chaque molécule de pentose a cinq atomes de carbone, dont quatre, avec un atome d'oxygène, forment un cycle à cinq chaînons, et le cinquième fait partie du groupe HO-CH2.
La position de chaque atome de carbone dans une molécule de pentose est indiquée par un chiffre arabe avec un prime (1C´, 2C´, 3C´, 4C´, 5C´). Étant donné que tous les processus de lecture des informations héréditaires d'une molécule d'acide nucléique ont une direction stricte, la numérotation des atomes de carbone et leur disposition dans le cycle servent en quelque sorte d'indicateur de la bonne direction.
Selon le groupe hydroxyle àun résidu d'acide phosphorique est attaché aux troisième et cinquième atomes de carbone (3С´ et 5С´). Il détermine l'affiliation chimique de l'ADN et de l'ARN au groupe des acides.
Une base azotée est attachée au premier atome de carbone (1С´) dans une molécule de sucre.
Composition spécifique des bases azotées
Les nucléotides d'ADN par base azotée sont représentés par quatre types:
• adénine (A);
• guanine (G);
• cytosine (C);
• thymine (T).
Les deux premiers sont des purines, les deux derniers sont des pyrimidines. En poids moléculaire, les purines sont toujours plus lourdes que les pyrimidines.
Les nucléotides d'ARN par base azotée sont représentés par:
• adénine (A);
• guanine (G);
• cytosine (C);
• uracile (U).
L'uracile, comme la thymine, est une base de pyrimidine.
Dans la littérature scientifique, on trouve souvent une autre désignation des bases azotées - en lettres latines (A, T, C, G, U).
Attardons-nous plus en détail sur la structure chimique des purines et des pyrimidines.
Les pyrimidines, à savoir la cytosine, la thymine et l'uracile, sont représentées par deux atomes d'azote et quatre atomes de carbone, formant un cycle à six chaînons. Chaque atome a son propre numéro de 1 à 6.
Les purines (adénine et guanine) sont constituées de pyrimidine et d'imidazole ou de deux hétérocycles. La molécule de base purique est représentée par quatre atomes d'azote et cinq atomes de carbone. Chaque atome est numéroté de 1 à 9.
En raison de la connexion de l'azoteune base et un résidu pentose forment un nucléoside. Un nucléotide est une combinaison d'un nucléoside et d'un groupe phosphate.
Formation de liaisons phosphodiester
Il est important de comprendre la question de savoir comment les nucléotides sont connectés dans une chaîne polypeptidique et forment une molécule d'acide nucléique. Cela se produit en raison des soi-disant liaisons phosphodiester.
L'interaction de deux nucléotides donne un dinucléotide. La formation d'un nouveau composé se produit par condensation, lorsqu'une liaison phosphodiester se produit entre le résidu phosphate d'un monomère et le groupe hydroxy du pentose d'un autre.
La synthèse d'un polynucléotide est la répétition répétée de cette réaction (plusieurs millions de fois). La chaîne polynucléotidique est construite par la formation de liaisons phosphodiester entre les troisième et cinquième carbones des sucres (3С´ et 5С´).
L'assemblage des polynucléotides est un processus complexe qui se produit avec la participation de l'enzyme ADN polymérase, qui assure la croissance de la chaîne uniquement à partir d'une extrémité (3') avec un groupe hydroxy libre.
Structure de la molécule d'ADN
Une molécule d'ADN, comme une protéine, peut avoir une structure primaire, secondaire et tertiaire.
La séquence de nucléotides dans une chaîne d'ADN détermine sa structure primaire. La structure secondaire est formée de liaisons hydrogène, qui reposent sur le principe de complémentarité. Autrement dit, lors de la synthèse de la double hélice d'ADN, un certain schéma s'opère: l'adénine d'une chaîne correspond à la thymine de l'autre, la guanine à la cytosine, et inversement. Paires d'adénine et de thymine ou de guanine et de cytosinese forment grâce à deux liaisons hydrogène dans le premier et trois dans le dernier cas. Une telle connexion de nucléotides fournit une liaison solide entre les chaînes et une distance égale entre elles.
Connaissant la séquence nucléotidique d'un brin d'ADN, vous pouvez compléter le second par le principe de complémentarité ou d'addition.
La structure tertiaire de l'ADN est formée de liaisons tridimensionnelles complexes, ce qui rend sa molécule plus compacte et capable de tenir dans un petit volume cellulaire. Ainsi, par exemple, la longueur de l'ADN d'E. coli est supérieure à 1 mm, tandis que la longueur de la cellule est inférieure à 5 microns.
Le nombre de nucléotides dans l'ADN, c'est-à-dire leur rapport quantitatif, obéit à la règle de Chergaff (le nombre de bases puriques est toujours égal au nombre de bases pyrimidiques). La distance entre les nucléotides est une valeur constante égale à 0,34 nm, tout comme leur poids moléculaire.
La structure de la molécule d'ARN
L'ARN est représenté par une seule chaîne polynucléotidique formée par des liaisons covalentes entre un pentose (dans ce cas, le ribose) et un résidu phosphate. Il est beaucoup plus court que l'ADN. Il existe également des différences dans la composition des espèces de bases azotées dans le nucléotide. Dans l'ARN, l'uracile est utilisé à la place de la base pyrimidique de la thymine. Selon les fonctions exercées dans le corps, l'ARN peut être de trois types.
• Ribosomal (ARNr) - contient généralement de 3000 à 5000 nucléotides. En tant que composant structurel nécessaire, il participe à la formation du centre actif des ribosomes, siège de l'un des processus les plus importants de la cellule.- biosynthèse des protéines.
• Transport (ARNt) - se compose d'une moyenne de 75 à 95 nucléotides, transfère l'acide aminé désiré au site de synthèse polypeptidique dans le ribosome. Chaque type d'ARNt (au moins 40) a sa propre séquence unique de monomères ou de nucléotides. Transfère l'information génétique de l'ADN aux ribosomes, agit comme une matrice pour la synthèse d'une molécule protéique.
Le rôle des nucléotides dans le corps
Les nucléotides dans la cellule remplissent un certain nombre de fonctions importantes:
• sont utilisés comme blocs de construction pour les acides nucléiques (nucléotides de la série des purines et des pyrimidines);
• sont impliqués dans de nombreux processus métaboliques dans la cellule;
• font partie de l'ATP - la principale source d'énergie dans les cellules;
• agissent comme vecteurs d'équivalents réducteurs dans les cellules (NAD+, NADP+, FAD, FMN);
• remplissent la fonction de biorégulateurs;
• peuvent être considérés comme des seconds messagers de la synthèse régulière extracellulaire (par exemple, cAMP ou cGMP).
Le nucléotide est une unité monomérique qui forme des composés plus complexes - les acides nucléiques, sans lesquels le transfert d'informations génétiques, son stockage et sa reproduction sont impossibles. Les nucléotides libres sont les principaux composants impliqués dans les processus de signalisation et d'énergie qui soutiennent le fonctionnement normal des cellules et du corps dans son ensemble.
