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
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