Qu’est-ce qu’un nucléotide ?

L’acide désoxyribonucléique, affectueusement connu sous le nom d’ADN, est une molécule en forme de double hélice, qui est responsable du stockage de l’information génétique dans les cellules de tous les organismes vivants. La plupart des gens le savent ou devraient le savoir. Mais de quoi l’ADN est-il fait exactement?

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Figure 1: La double hélice de l’ADN

L’ADN, et d’autres acides nucléiques tels que l’ARN, sont constitués de nucléotides. Les nucléotides sont les éléments constitutifs de l’ADN et de l’ARN. La structure de l’ADN peut être visualisée ou pensée comme une échelle. Si nous continuons avec cette analogie, chaque « pas ou échelon » de cette échelle est constitué d’une chaîne de nucléotides, dans un ordre très spécifique et contrôlé. Chaque nucléotide, à son tour, est composé d’une base azotée, d’un sucre pentose et d’un phosphate. En figure 2, la base azotée est enfermée dans le carré rouge à droite, tandis que le phosphate est enfermé dans le carré bleu à gauche. Le reste de la molécule forme le sucre pentose. Cette molécule particulière est l’adénine; nous en saurons plus à ce sujet plus tard.

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Figure 2: L’assemblage chimique des trois parties du nucléotide, le phosphate (boîte bleue), la base azotée (boîte rouge) et le sucre pentose. Ce nucléotide particulier est l’adénine

L’assemblage de nucléotides (1) les différencie des nucléosides, qui ne contiennent pas de groupe phosphate (dans la boîte bleue); (2) permet au nucléotide de se connecter à d’autres nucléotides lorsque la base azotée forme une liaison hydrogène avec la base azotée d’un autre nucléotide; ainsi que (3) permet au phosphate de former une liaison phosphodiester avec le sucre pentose d’un autre nucléotide. Il en résulte une « chaîne ou échelle » complexe à double brin, comme le montre la figure1.C’est la base de la forme de l’ADN.

La Base azotée

Le mot « nucléotide” a été inventé pour la première fois par P.A. Levene, qui a observé que l’ADN contenait quatre blocs de construction similaires, en quantités à peu près égales. Ces éléments constitutifs sont ce que nous connaissons maintenant sous le nom de bases azotées présentes dans l’ADN et l’ARN.

Une base azotée est une molécule contenant de l’azote, avec les propriétés chimiques d’une base dues à une paire d’électrons sur l’atome d’azote. Ces bases azotées sont l’Adénine (A), la Cytosine (C) et la Guanine (G) qui se trouvent à la fois dans l’ARN et l’ADN puis la Thymine (T) qui ne se trouve que dans l’ADN et l’Uracile (U), qui prend la place de la Thymine dans l’ARN.

Les bases azotées peuvent être classées en tant que pyrimidines ou purines. La cytosine, l’uracile et la thymine sont toutes des pyrimidines. C’est-à-dire que leur structure moléculaire comprend une base azotée sous la forme d’un cycle unique à six éléments. La guanine et l’adénine, d’autre part, sont des purines. Ceux-ci contiennent une base azotée sous la forme d’un double cycle à neuf membres. En bref, les pyrimidines n’ont qu’un seul anneau tandis que les purines en ont deux (figure 3).

Maintenant que vous avez l’idée générale des purines par rapport aux pyrimidines, parlons biochimie. Une purine est un composé organique aromatique hétérocyclique qui comprend un cycle pyrimidine qui est joint à un cycle imidazole. La question logique suivante, bien sûr, devient « qu’est-ce qu’une pyrimidine, biochimiquement parlant »? Eh bien, les pyrimidines sont une classe de composés azotés qui n’ont qu’un seul cycle hétérocyclique.

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Figure 3:Structure chimique des purines (A, G) et des pyrimidines (C, T/U)

Les bases azotées forment des paires de bases entre elles dans l’ADN : l’adénine se couple toujours avec la thymine ; la guanine est toujours liée à la cytosine. Si vous faites attention, vous remarquerez que cela signifie qu’une pyrimidine est toujours liée à une purine. La liaison formée est une liaison hydrogène et est responsable des échelons formés dans l' »échelle” de l’ADN.Cette architecture est très importante pour la construction parfaite de la molécule d’ADN. Sinon, il y aurait des bosses et des crevasses sur la molécule. Cela ne fonctionnerait pas du tout car l’emballage, le déroulement et l’enroulement très soignés de l’ADN seraient un gâchis avec certains plus difficiles à entretenir que d’autres.

Cet appariement est donc crucial pour la fonction génétique et constitue le fondement de la réplication de l’ADN et de l’expression des gènes. L’ordre dans lequel les paires de bases apparaissent détermine le fonctionnement de votre physiologie. Dans la synthèse des protéines, par exemple, le code est lu en triplicats où trois bases codent pour un acide aminé particulier. Les délétions et insertions de nucléotides dans cette situation peuvent entraîner un changement de cadre complet perturbant la synthèse de la protéine en question. Les substitutions peuvent également être problématiques bien que moins, car elles peuvent changer l’identité d’un acide aminé dans le code protéique.

Le groupe Phosphate

Le groupe phosphate (PO4) est ce qui différencie un nucléotide d’un nucléoside. Cette addition change le nucléoside d’une base à un acide. Ces groupes phosphates sont importants, car ils forment des liaisons phosphodiester avec les sucres pentoses pour créer les côtés de l' »échelle” de l’ADN. Ceci est critique, car les liaisons hydrogène qui rejoignent les bases azotées ne sont pas très fortes. Ces côtés de l’échelle sont hydrophiles (attirés par l’eau), ce qui permet à la molécule d’ADN de se lier à l’eau.

Que sont les Diphosphates nucléosidiques et les triphosphates?

Vous savez qu’un nucléotide est différencié d’un nucléoside par un groupe phosphate. En conséquence, un nucléotide peut également être un nucléoside monophosphate (figure 4). Si plus de phosphates se lient au nucléotide (nucléoside monophosphate), il peut devenir un nucléoside diphosphate (si deux phosphates se lient) ou un nucléoside triphosphate (si trois phosphates se lient), tel que l’adénosine triphosphate (ATP). L’ATP est un élément crucial de la respiration et de la photosynthèse, entre autres processus.

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Figure 4: La structure moléculaire du nucléoside mono-, di- et triphosphate

Un polynucléotide est une chaîne de plus de 20 nucléotides reliés par une liaison phosphodiester.

Le sucre pentose

Le sucre pentose est un monosaccharide à 5 carbones de formule (CH2O)5. Ceux-ci forment deux groupes: les aldopentoses et les cétopentoses. Les sucres pentoses présents dans les nucléotides sont des aldopentoses. Le désoxyribose et le ribose sont deux de ces sucres.

Ces sucres diffèrent en ADN et en ARN. Le sucre dans l’ADN est l’acide désoxyribonucléique, qui contient du désoxyribose. Le sucre dans l’ARN est l’acide ribonucléique, qui contient du ribose. La différence structurelle entre ces sucres est que l’acide ribonucléique contient un groupe hydroxyle (-OH), alors que l’acide désoxyribonucléique ne contient qu’un atome d’hydrogène à la place de ce groupe hydroxyle. Les nucléotides contenant de l’acide désoxyribonucléique sont appelés désoxyribonucléotides. Ceux contenant de l’acide ribonucléique sont appelés ribonucléotides. Ainsi, la molécule de sucre détermine si un nucléotide fait partie d’une molécule d’ADN ou d’une molécule d’ARN. Voici une liste des noms donnés aux sucres présents dans l’ARN et l’ADN.

Putting it All Together

To recap, we have covered what a nucleotide is, what the three parts of a nucleotide are, we have covered the specifics of nitrogenous bases, pentose sugars, and phosphates, and we have discussed how les nucléotides diffèrent par l’ADN et l’ARN.

Le phosphate est connecté au sucre pentose; le sucre pentose est connecté à la paire de bases azotées (A, C, G ou T), qui dans l’ADN est connectée à son partenaire de paire de bases. Quelque chose comme ceci:

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Figure 5: Liaison nucléotidique dans la molécule d’ADN avec des liaisons hydrogène et phosphate.

La structure chimique du phosphate, du sucre pentose et des bases azotées de l’adénine, de la thymine, de la cytosine et de la guanine est illustrée ci-dessus (figure 5).

Un brin d’ADN est formé lorsque les bases azotées sont jointes par des liaisons hydrogène et que les phosphates d’un groupe sont joints aux sucres pentoses du groupe suivant avec une liaison phosphodiester (figure 5).

La forme en double hélice est le résultat des liaisons hydrogène entre les bases azotées, qui forment les « échelons” de l’échelle tandis que le phosphate et le sucre pentose (formant des liaisons phosphodiester) forment les parties verticales de l’échelle.

Pour conclure, les nucléotides sont importants car ils forment les éléments constitutifs des acides nucléiques, tels que l’ADN et l’ARN. Les nucléotides sont constitués de 3 parties. La première est une base azotée distincte, qui est l’adénine, la cytosine, la guanine ou la thymine. Dans l’ARN, la thymine est remplacée par l’uracile. Ces bases azotées sont soit des purines, soit des pyrimidines. Des paires de bases se forment lorsque l’adénine forme une liaison hydrogène avec la thymine, ou la cytosine forme une liaison hydrogène avec la guanine. La deuxième partie d’un nucléotide est le phosphate, qui différencie la molécule nucléotidique d’une molécule nucléosidique. Ce phosphate est important dans la formation de liaisons phosphodiester, qui lient plusieurs nucléotides de manière linéaire. La troisième partie d’un nucléotide est le sucre pentose (5 carbones). Les sucres pentoses présents dans les nucléotides sont les aldopentoses : le ribose dans l’ARN et le désoxyribose dans l’ADN. Ces sucres déterminent si le nucléotide fera partie d’une molécule d’ADN ou d’ARN, et font partie des liaisons phosphodiester qui lient plusieurs nucléotides. La combinaison des liaisons hydrogène entre les bases azotées et des liaisons phosphodiester entre les phosphates et les sucres est ce qui donne à l’ADN sa forme en double hélice.

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