Nucléotides

Définition des nucléotides

Tout d'abord, voyons la définition d'un nucléotide.

Nucléotide et acide nucléique

Avant de poursuivre, mettons les choses au clair : les nucléotides sont différents des acides nucléiques. Un nucléotide est considéré comme un monomère, tandis qu'un acide nucléique est un polymère. Les monomères sont des molécules simples qui se lient à des molécules similaires pour former de grandes molécules appelées polymères. Les nucléotides se lient entre eux pour former des acides nucléiques.

Les acides nucléiques sont des molécules qui contiennent des informations génétiques et des instructions pour les fonctions cellulaires.

Il existe deux types principaux d'acides nucléiques: L'ADN et l'ARN.

• Acide désoxyribonucléique (ADN): L'ADN contient l'information génétique nécessaire à la transmission des caractères héréditaires et les instructions pour la production de protéines.

• Acideribonucléique (ARN): L'ARN joue un rôle essentiel dans la création des protéines. Il porte également l'information génétique dans certains virus.

Il est important de faire la distinction entre les deux car les composants et la structure des nucléotides de l'ADN et de l'ARN sont différents.

Composants et structure d'un nucléotide

Nous allons d'abord aborder les principaux composants d'un nucléotide avant de développer sa structure et la façon dont il se lie pour former les acides nucléiques.

Les 3 parties d'un nucléotide

Un nucléotide a trois composants principaux: une base azotée, un sucre pentose et un groupe phosphate. Examinons chacun de ces éléments et voyons comment ils interagissent pour former un nucléotide.

Base azotée

Lesbases azotées sont des molécules organiques contenant un ou deux anneaux avec des atomes d'azote. Les bases azotées sont basiques parce qu'elles possèdent un groupe aminé qui a tendance à lier de l'hydrogène supplémentaire, ce qui entraîne une plus faible concentration d'ions hydrogène dans son environnement.

Les bases azotées sont classées en purines ou en pyrimidines (Fig. 1) :

Figure 1. L'adénine (A) et la guanine (G) sont des purines, tandis que la thymine (T), l'uracile (U) et la cytosine (C) sont des pyrimidines.

Lespurines ont une structure à double anneau dans laquelle un anneau à six membres est attaché à un anneau à cinq membres. En revanche, les pyrimidines sont plus petites et ont une structure d'anneau unique à six membres.

Les atomes des bases azotées sont numérotés de 1 à 6 pour les anneaux pyrimidiques et de 1 à 9 pour les anneaux puriques (Fig. 2). Cette numérotation a pour but d'indiquer la position des liaisons.

Figure 2. Cette illustration montre comment les bases puriques et pyrimidiques sont structurées et numérotées. Source : StudySmarter Originals.

L'ADN et l'ARN contiennent tous deux quatre nucléotides. L'adénine, la guanine et la cytosine se trouvent à la fois dans l'ADN et dans l'ARN. La thymine ne se trouve que dans l'ADN, tandis que l'uracile ne se trouve que dans l'ARN.

Sucre pentose

Un sucre pentose possède cinq atomes de carbone, chaque carbone étant numéroté de 1′ à 5′ (1′ se lit comme "une prime").

Deux types de pentose sont présents dans les nucléotides : le ribose et le désoxyribose (figure 2). Dans l'ADN, le sucre pentose est le désoxyribose, tandis que dans l'ARN, le sucre pentose est le ribose. Ce qui distingue le désoxyribose du ribose, c'est l'absence de groupe hydroxyle (-OH) sur son carbone 2' (c'est pourquoi on l'appelle "désoxyribose").

Figure 3. Cette illustration montre comment le ribose et le désoxyribose sont structurés et numérotés. Source : StudySmarter Originals.

La base azotée d'un nucléotide est attachée à l'extrémité 1', tandis que le phosphate est attaché à l'extrémité 5' du sucre pentose.

Groupe phosphate

La combinaison d'une base azotée et d'un sucre pentose (sans groupe phosphate) s'appelle un nucléoside. L'ajout d'un à troisgroupes phosphates (_PO4) transforme un nucléoside en nucléotide.

Avant d'être intégré à l'acide nucléique, un nucléotide existe généralement sous forme de triphosphate (c'est-à-dire qu'il possède trois groupes phosphates) ; cependant, en devenant un acide nucléique, il perd deux des groupes phosphates.

Les groupes phosphates se lient à 3' des anneaux de ribose (dans l'ARN) ou à 5' des anneaux de désoxyribose (dans l'ADN).

Structure des nucléosides, des nucléotides et des acides nucléiques

Dans un polynucléotide, un nucléotide est relié au nucléotide adjacent par une liaison phosphodiester. Cette liaison entre le sucre pentose et le groupe phosphate crée un motif répétitif et alternatif appelé l'épine dorsale sucre-phosphate.

Le polynucléotide qui en résulte possède deux "extrémités libres" qui sont différentes l'une de l'autre :

• L' extrémité 5' comporte un groupe phosphate.

• L'extrémité 3' comporte un groupe hydroxyle.

Ces extrémités libres sont utilisées pour indiquer une direction à travers le squelette sucre-phosphate (cette direction peut être soit de 5' à 3', soit de 3' à 5'). Les bases azotées sont attachées sur toute la longueur du squelette sucre-phosphate.

La séquence des nucléotides le long de la chaîne polynucléotidique définit la structure primaire de l'ADN et de l'ARN. La séquence de base est unique pour chaque gène, et elle contient des informations génétiques très spécifiques. À son tour, cette séquence spécifie la séquence d'acides aminés d'une protéine pendant l'expression du gène.

Le schéma ci-dessous résume la formation des nucléosides, des nucléotides et des acides nucléiques à partir des trois principaux composants (Fig. 4).

Figure 4. Ce schéma montre comment un sucre pentose, une base azotée et un groupe phosphate forment les nucléosides, les nucléotides et les acides nucléiques. Source : StudySmarter Originals.

La structure secondaire de l'ADN et de l'ARN diffère à plusieurs égards :

• L'ADN est constitué dedeux chaînes de polynucléotides entrelacées qui forment une structure en double hélice.

  • Les deux brins forment une hélice droite: lorsqu'elle est observée le long de son axe, l'hélice s'éloigne de l'observateur dans un mouvement de vissage dans le sens des aiguilles d'une montre.

  • Les deux brins sont antiparallèles : les deux brins sont parallèles, mais ils vont dans des directions opposées ; plus précisément, l'extrémité 5' d'un brin fait face à l'extrémité 3' de l'autre brin.

  • Les deux brins sont complémentaires: la séquence de bases de chaque brin s'aligne sur les bases de l'autre brin.

• L'ARN est constitué d'une seule chaîne de polynucléotides.

  • Lorsque l'ARN se replie, l'appariement des bases peut avoir lieu entre les régions complémentaires.

Dans l'ADN comme dans l'ARN, chaque nucléotide de la chaîne polynucléotidique s'apparie avec un nucléotide complémentaire spécifique par le biais de liaisons hydrogène. Plus précisément, une base purine s'apparie toujours avec une base pyrimidine comme suit :

• La guanine (G) s'associe à la cytosine (C) par le biais de trois liaisons hydrogène.

• L'adénine (A) s'associe à la thymine (T) dans l'ADN ou à l'uracile (U) dans l'ARN par le biais de deux liaisons hydrogène.

Conventions de dénomination des nucléosides et des nucléotides

Lesnucléosides sont nommés en fonction de la base azotée et du sucre pentose qui y sont attachés :

• Les nucléosides à base purique se terminent par -osine.

  • Lorsqu'ils sont liés au ribose : adénosine et guanosine.

  • Lorsqu'ils sont liés au désoxyribose : désoxyadénosine et désoxyguanosine.

• Les nucléosides àbase pyrimidique se terminent par -idine.

  • Lorsqu'ils sont liés au ribose : uridine et cytidine.

  • Lorsqu'ils sont liés au désoxyribose : la désoxythymidine et la désoxycytidine.

Lesnucléotides sont nommés de la même façon, mais ils indiquent également si la molécule contient un, deux ou trois groupes phosphates.

En outre, le nom des nucléotides peut également indiquer la position dans l'anneau de sucre où le phosphate est attaché.

Les nucléotides dans d'autres molécules biologiques

En plus de stocker les informations génétiques, les nucléotides sont également impliqués dans d'autres processus biologiques. Par exemple, l'adénosine triphosphate (ATP) fonctionne comme une molécule qui stocke et transfère l'énergie. Les nucléotides peuvent également jouer le rôle de coenzymes et de vitamines. Ils jouent également un rôle dans la régulation du métabolisme et la signalisation cellulaire.