L'ADN et l'ARN sont des acides nucléiques, qui sont essentiellement constitués d'une base azotée contenant des sucres pentose liés par des groupes phosphate. Les éléments constitutifs des acides nucléiques sont appelés nucléotides. Les acides nucléiques servent de matériel génétique à la cellule en stockant les informations nécessaires au développement, au fonctionnement et à la reproduction des organismes. La plupart des organismes utilisent l'ADN comme matériel génétique, tandis que peu d'entre eux, comme les rétrovirus, utilisent l'ARN comme matériel génétique. L'ADN est stable par rapport à l'ARN en raison des différences de sucres phosphates et de bases partagées par chacun d'eux. Un, deux ou trois groupes phosphate peuvent être attachés au sucre pentose, produisant respectivement des mono-, di- et triphosphates. Le sucre pentose utilisé par l'ADN est le désoxyribose et le sucre pentose utilisé par l'ARN est le ribose. Les bases azotées présentes dans l'ADN sont l'adénine, la guanine, la cytosine et la thymine. Dans l'ARN, la thymine est remplacée par l'uracile.

Cet article examine,

1. Que sont les phosphates 2. Que sont les sucres 3. Que sont les bases 4. Comparaison des sucres phosphates et des bases d'ADN et d'ARN - Similitudes - Différences

Que sont les phosphates

L'ADN et l'ARN sont constitués d'unités répétitives de nucléotides; désoxyribonucléotides et ribonucléotides, respectivement. Le nucléotide est composé d'un sucre pentose, qui est attaché à une base azotée et à un, deux ou trois groupes phosphate. Les nucléotides d'ADN et d'ARN peuvent se fixer à un, deux ou trois groupes phosphate sur leur carbone 5' du sucre pentose. Les nucléosides liés au phosphate sont appelés respectivement mono-, di- et triphosphates. Les réactions de phosphorylation sont catalysées par une classe d'enzymes appelées ATP:D-ribose 5-phosphotransférase. Les désoxyribonucléosides sont phosphorylés par l'enzyme appelée désoxyribokinase et les ARN nucléosides sont phosphorylés par l'enzyme appelée ribokinase. La formation de liaisons phosphodiester lors de la production du squelette sucre-phosphate est stimulée en coupant les liaisons phosphate à haute énergie dans les triphospahates nucléotidiques. La formation de chaque nucléotide, nucléoside monophosphate, nucléoside diphosphate et nucléoside triphosphate est illustrée à la figure 1.

Figure 1: Trois types de nucléotides

Que sont les sucres

L'ADN et l'ARN contiennent tous deux des sucres pentoses. Les désoxyribonucléotides contiennent du désoxyribose et les ribonucléotides contiennent du ribose comme sucres pentoses. Le ribose est un monosaccharide pentose, contenant un cycle à cinq chaînons dans sa structure. Il contient une fonction aldéhyde sous sa forme à chaîne ouverte. Par conséquent, le ribose est appelé aldopentose. Le ribose contient deux énantiomères: le D-ribose et le L-ribose. La conformation naturelle est le D-ribose, où le L-ribose ne se trouve pas dans la nature. Le D-ribose est un épimère du D-arabinose, qui diffère par la stéréochimie au niveau du carbone 2′. Ce groupe hydroxyle 2' est important dans l'épissage de l'ARN.

Le sucre pentose présent dans l'ADN est le désoxyribose. Le désoxyribose est une forme modifiée du sucre, le ribose. Il est formé à partir du ribose 5-phosphate par l'action de l'enzyme ribonucléotide réductase. Un atome d'oxygène est perdu lors de la formation de désoxyribose à partir du deuxième atome de carbone du cycle ribose. Par conséquent, le désoxyribose est plus précisément appelé 2-désoxyriose. Le 2-désoxyribose contient deux énantiomères: le D-2-désoxyribose et le L-2-désoxyribose. Seul le D-2-désoxyribose est impliqué dans la formation du squelette de l'ADN. En raison de l'absence de groupe hydroxyle 2' dans les désoxyriboses, l'ADN est capable de se replier dans sa structure en double hélice, augmentant la flexibilité mécanique de la molécule. L'ADN peut être étroitement enroulé afin de s'intégrer également dans un petit noyau. La différence entre le ribose et le désoxyribose réside dans le groupe hydroxyle 2' présent dans le ribose. Le désoxyribose, comparé au ribose, est illustré à la figure 2.

Figure 2: Désoxyribose

Que sont les bases

L'ADN et l'ARN sont tous deux attachés à une base azotée sur le carbone 1' du sucre pentose, remplaçant le groupe hydroxyle du désoxyribose. Cinq types de bases azotées se trouvent à la fois dans l'ADN et l'ARN. Ce sont l'adénine (A), la guanine (G), la cytosine (C), la thymine (T) et l'uracile (U). L'adénine et la guanine sont des purines, qui se trouvent dans un cycle pyrimidine structuré à deux cycles fusionné avec un cycle imidazole. La cytosine, la thymine et l'uracile sont des pyrimidines, qui contiennent une seule structure cyclique de pyrimidine à six chaînons. L'ADN contient de l'adénine, de la guanine, de la cytosine et de la thymine dans ses nucléotides. L'ARN contient de l'uracile au lieu de la thymine. L'adénine forme deux liaisons hydrogène avec la thymine et la guanine forme trois liaisons hydrogène avec la cytosine. L'appariement de bases complémentaires dans l'ADN est appelé Modèle d'appariement de bases d'ADN Watson-Crick. Il rassemble deux brins d'ADN complémentaires, formant des liaisons hydrogène. Par conséquent, la structure finale de l'ADN est double brin et antiparallèle. Dans l'ARN, l'uracile forme deux liaisons hydrogène avec l'adénine, remplaçant la thymine. L'appariement de bases complémentaires de l'ARN au sein de la même molécule forme des structures d'ARN double brin appelées boucles en épingle à cheveux. L'ADN double brin est représenté sur la figure 3.

Figure 3: ADN

La différence entre la thymine et l'uracile réside dans le groupe méthyle présent dans l'atome de carbone 5' de la thymine. L'uracile est capable de s'apparier avec d'autres bases, en plus de l'adénine et la désamination de la cytosine peut produire de l'uracile. Par conséquent, l'ARN est moins stable par rapport à l'ADN en raison de la présence d'uracile au lieu de thymine. L'uracile et la thymine sont montrés dans Figure 4.

Figure 4: Uracil et thymine

Comparaison des sucres phosphates et des bases d'ADN et d'ARN

Similitudes entre les sucres phosphates et les bases d'ADN et d'ARN

Phosphates

Sucre pentose

Bases azotées

Différences entre les sucres phosphates et les bases d'ADN et d'ARN

Sucre pentose

ADN: Le sucre pentose présent dans l'ADN est le désoxyribose.

ARN: Le sucre pentose présent dans l'ARN est le ribose.

Conformation du sucre

ADN: Le D-2-désoxyribose se trouve dans le squelette sucre-phosphate de l'ADN.

ARN: Le D-ribose se trouve dans le squelette sucre-phosphate de l'ARN.

Importance du sucre pentose dans l'ADN/ARN

ADN: Le 2-désoxyribose permet la formation d'ADN en double hélice.

ARN: Le ribose ne permet pas la formation d'une double hélice d'ARN en raison de la présence du groupe hydroxyle 2'.

thymine/uracile

ADN: La thymine se trouve dans l'ADN.

ARN: L'uracile se trouve dans l'ARN.

Importance de la thymine/uracile

ADN: L'ADN est plus stable que l'ARN en raison de la présence de thymine.

ARN: L'ARN est moins stable en raison de la présence d'uracile au lieu de thymine.

Phosphorylation

ADN: Les désoxyribonucléosides sont phosphorylés par les désoxyribokinases.

ARN: Les ribonucléosides sont phosphorylés par les ribokinases.

La phosphorylation produit

ADN: La phosphorylation des désoxyribonucléosides produit des désoxyribonucléotides.

ARN: La phosphorylation des ribonucléosides produit des ribonucléotides.

Conclusion

L'ADN et l'ARN sont tous deux constitués d'un sucre pentose, qui est attaché à une base azotée sur le carbone 1' et un ou plusieurs groupes phosphate sur le carbone 5'. Le squelette sucre-phosphate des deux types d'acides nucléiques est formé par la polymérisation de nucléotides via des groupes phosphate. Le sucre pentose présent dans le squelette sucre-phosphate de l'ADN est le D-2-désoxyribose. Le D-ribose se trouve dans l'ARN. Les bases azotées présentes dans l'ADN sont l'adénine, la guanine, la cytosine et la thymine. Dans l'ARN, on trouve de l'uracile, remplaçant la thymine. Un, deux ou trois groupes phosphate se trouvent attachés au sucre pentose. Lorsqu'un groupe phosphate est attaché au nucléoside, il est appelé nucléotide monophosphate. Lorsque deux groupes phosphate sont attachés au nucléoside, on parle de nucléotide diphosphate. Lorsque trois groupes phosphate sont attachés au nucléoside, on parle de nucléotide triphosphate.

Référence: 1. » Notes de classe. » Les bases: ADN, ARN, protéine. N.p., s.d. La toile. 28 avril 2017. 2. "Structure des acides nucléiques." SparkNotes. SparkNotes, s.d. La toile. 28 avril 2017. 3. "Pourquoi la thymine au lieu de l'uracile ?" Nature terrienne. N.p., 17 juin 2016. Web. 28 avril 2017.

Courtoisie d'image: 1. "Nucleotides 1" par Boris (PNG), SVG par Sjef - en: Image: Nucleotides.png (domaine public) via Commons Wikimedia 2. "DeoxyriboseLabeled" par Adenosine (utilisateur de Wikipedia anglais) - Wikipedia anglais (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia 3. «Nucléotides d'ADN» Par OpenStax College - Anatomy & Physiology, site Web Connexions. 19 juin 2013 (CC BY 3.0) via Commons Wikimedia 4. «Pyrimidines2» de Mtov - Travail personnel (domaine public) via Commons Wikimedia