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Polymères complexes qui, supports matériels de l'hérédité, conservent et transmettent l'information génétique. http://www.webencyclo.com/articles/articles.asp?iddoc=00001c8b

 

En 1868, le biologiste suisse Johannes Miescher décrit la nucléine, une substance riche en phosphore et aux propriétés acides (le matériau étudiéétait extrait de noyaux de globules blancs). Il faut cependant attendre la seconde moitié du XXe siècle pour que soit compris le rôle fondamental des acides nucléiques dans le maintien de la vie ; et ce, grâce aux observations de Chargaff, Wilkins, Watson, Crick, Ochoa et de nombreux autres.

Des macromolécules linéaires

Les acides nucléiques sont de grosses molécules (macromolécules), dont la masse moléculaire est comprise entre quelques milliers et plusieurs millions de daltons a. Ce sont aussi des polymères, c'est-à-dire des associations moléculaires, constitués par une succession de motifs simples, les nucléotides, suivant une séquence phosphate-sucre-base azotée. Les bases azotées dérivent de deux composés aromatiques dits hétérocycliques, la pyrimidine (cycle à 6 atomes dont 2 d'azote et 4 de carbone) et la purine (double cycle formé par la fusion d'un cycle pyrimidique et d'un noyau imidazole). Il y a 5 bases azotées : deux d'entre elles, l'adénine et la guanine, ont un cycle purique ; les trois autres (la thymine, l'uracile et la cytosine) ont un cycle pyrimidique. Elles sont reliées par un élément azote (en position 3 dans la basse pyrimidique, en position 9 dans la base purique) au carbone 1 d'un sucreà 5 atomes de carbone (pentose) : le ribose dans le cas des acides ribonucléiques (ARN), le désoxyribose dans le cas des acides désoxyribonucléiques (ADN) ; ces couples associant une base azotée et un sucre sont appelés " nucléosides ". C'est ainsi que l'adénine donne l'adénosine (A) et la désoxyadénosine (dA) ; la guanine, la guanosine (G) et la désoxyguanosine (dG) ; la cytosine, la cytidine (C) et la désoxycytidine (dC). L'uracile donne l'uridine (U) et la thymine, la thymidine (T). Quant aux nucléotides, ils correspondent à autant de nucléosides dont le sucre est estérifié par un acide phosphorique, le groupe phosphate pouvant prendre 3 ou 2 positions suivant que le pentose (le sucre à 5 atomes de carbone) est un ribose ou un désoxyribose. D'une manière générale, on peut dire que les nucléotides constituent le motif unitaire des acides nucléiques, lesquels sont des polynucléotides, où chaque nucléotide est rattachéà un autre par un " pont phosphate " disposé entre les deux molécules de sucre qui portent les bases ; de ce fait, ils ont l'aspect d'un fil sur lequel seraient disposés en épis parallèles des plateaux formés par les ensembles sucre-base azotée.

La double hélice

Il existe donc deux grands types d'acides nucléiques : les acides désoxyribonucléiques (ADN), où le sucre est du désoxyribose, et les acides ribonucléiques (ARN), où le sucre est du ribose. La thymine ne se trouve que dans les premiers alors que l'uracile ne se trouve que dans les seconds.

L'ADN est présent dans les chromosomes du noyau des cellules (c'est le support de l'héridité) mais aussi dans les mitochondries et les chloroplastes (composants du cytoplasme des cellules). Dans tous les cas, il s'agit de polymères dont la masse moléculaire est considérable (de 1 million à plusieurs dizaines de millions de daltons). On a constaté que les rapports adénine/thymine et guanine/cytosine étaient toujours égaux à 1, alors que le rapport adénine + thymine/guanine + cytosine était variable (0,5 à 2,7) et caractéristique de l'espèce (1,52 chez l'homme) ; ces résultats et ceux des études de la structure de l'ADN dans l'espace, faites aux rayons X, ont permis àJames D. W atson et àFrancis H.C. C rick de montrer que les molécules d'ADN étaient formées de deux brins disposés suivant une " double hélice ", où les bases correspondant à chacun des brins se font face et sont associées entre elles par des " ponts hydrogène ", de telle sorte que la guanine se trouve face à la cytosine et l'adénine face à la thymine (l'un des brins est complémentaire de l'autre). Le plan des couples guanine-cytosine et adénine-thymine étant perpendiculaire à l'axe de la double hélice ainsi formée, la molécule prend l'aspect d'une échelle en colimaçon.

Les ARN : les outils de la synthèse des protéines

Dans de rares cas (comme dans celui des rétrovirus, tel le virus du sida), un ARN peut être le support de l'hérédité. Le plus souvent, il sert d'intermédiaire dans la synthèse des protéines codées par les gènes de l'ADN. On distingue les ARN messagers (molécules linéaires instables à un seul brin, copies d'un gène, véhiculant l'information de ce dernier vers le lieu de son décodage), les ARN de transfert (plus courts et repliés en boomerang, qui servent d'adaptateurs pour la fixation des acides aminés dans l'ordre déterminé par celui des nucléotides sur l'ARN messager), et les ARN ribosomiques qui, en association avec des protéines, constituent les ribosomes (particules sur lesquelles s'effectue la synthèse des protéines).

Les acides nucléiques et l'hérédité

Pour que l'ADN puisse servir de support aux caractères héréditaires, il faut qu'il soit transféré, sans modification, des cellules mères vers les cellules filles, lors de la division cellulaire. Cela est possible du fait de son " autoduplication " et de sa structure en double chaîne, où un brin est toujours complémentaire de l'autre. En effet, avant que la division cellulaire ne commence, les deux brins constituant la molécule d'ADN se séparent et servent de matrice à la synthèse d'un brin complémentaire ; dès lors, chaque molécule d'ADN transférée aux cellules filles est formée d'un brin déjà présent dans la cellule mère et d'un brin complémentaire, obtenu par synthèse. Ce système permet le transfert de la même molécule d'ADN de génération en génération.

Les gènes sont des segments de l'ADN. Ils sont jointifs chez les organismes les plus simples (bactéries et virus) mais noyés dans un océan d'ADN chez les organismes supérieurs ; cet ADN, dit " non codant " (parce que non recopié en ARN), contient des signaux de contrôle du fonctionnement des gènes ainsi que des zones qui ne servent à rien. Souvent aussi, les gènes des organismes supérieurs sont " en morceaux " : des régions codantes (exons) y sont séparées par des régions non codantes (introns) ; les exons sont raboutés l'un à l'autre (on parle d'" épissage ") après copie en ARN messager du gène dans son ensemble, codant et non codant (on parle de " maturation " de l'ARN messager).

L'ADN fossile

Si les ARN sont très instables, l'ADN peut se conserver, sous certaines conditions, pendant longtemps. C'est ainsi que l'on a pu récupérer de l'ADN d'ossements humains et de momies remontant à plusieurs millénaires, et celui d'insectes inclus dans de l'ambre datant d'il y a plusieurs dizaines de millions d'années. L'étude de ces ADN fossiles permet, par comparaison avec celui d'espèces actuelles apparentées, d'analyser des processus évolutifs et de retracer des filiations.

Voir aussi :
chromosome
gènes
génétique