nucléiques, acides - chimie.

nucléiques, acides - chimie. 1 PRÉSENTATION nucléiques, acides, molécules complexes porteuses de l'information génétique, que l'on trouve chez tous les êtres vivants, des bactéries à l'homme, ainsi que chez les virus. Les deux acides nucléiques sont l'ADN (acide désoxyribonucléique) et l'ARN (acide ribonucléique). Ils sont composés d'un grand nombre de sous-unités appelées nucléotides. 2 STRUCTURE Les acides nucléiques sont des polymères de nucléotides. Ces derniers sont constitués de bases, de pentoses (sucres à 5 atomes de carbone) et de groupements phosphate, qui réunissent entre eux les pentoses de deux nucléotides successifs. Les bases jouent le rôle de porteurs de l'information génétique, tandis que les autres constituants ont un rôle structural. On distingue deux types de base : les bases pyrimidiques et les bases puriques. Les bases pyrimidiques sont la thymine (T), la cytosine (C) et l'uracile (U) ; les bases puriques sont l'adénine (A) et la guanine (G). L'ADN est constitué d'arrangements des 4 bases ATGC, tandis que dans l'ARN, on trouve les bases AUGC (l'uracile est un composant spécifique de l'ARN, qui remplace la thymine de l'ADN). L'association d'une base avec un pentose constitue un nucléoside. Le pentose du nucléoside est le ribose dans le cas de l'ARN et le désoxyribose (pentose ayant perdu un atome d'oxygène) dans le cas de l'ADN. Chaque nucléoside porte le nom de la base impliquée, auquel on associe l'état « oxy « ou « désoxy « du pentose par la désoxyadénine ou la déoxycytosine. L'estérification par des groupements phosphate du pentose du nucléoside aboutit au nucléotide, par exemple la désoxyadénine triphosphate (dATP). 3 FONCTIONS Les acides nucléiques ont au moins deux fonctions : transmettre les caractères génétiques d'une génération de cellules à l'autre, et contrôler la fabrication des protéines. Les acides nucléiques stockent des informations à l'aide d'une clé appelée code génétique. Les biologistes moléculaires ont réussi à déchiffrer ce code et sont capables de déterminer quelle sera la protéine produite par une fraction d'acide nucléique donnée. La séquence des nucléotides sur le brin d'ADN ou d'ARN détermine, en effet, la séquence des acides aminés présents dans la protéine correspondante. D'importantes recherches sur l'interprétation du code génétique et de son rôle dans la synthèse des protéines ont été menées par le chimiste américain d'origine indienne Har Gobind Khorana, qui, en 1970, réussit la première synthèse complète d'un gène. Voir aussi hérédité. Toutes les cellules vivantes renferment de l'ADN, souvent associé à des protéines pour former des chromosomes (un brin d'ADN correspond à un chromosome), qui sont les supports physiques de l'information génétique. Les cellules bactériennes possèdent un seul chromosome, libre dans le cytoplasme, qui contient toutes les informations nécessaires à la vie de la bactérie et à sa multiplication. Chez les cellules eucaryotes (littéralement « vrai noyau «), les chromosomes sont enfermés dans un noyau. Chez les virus, enfin, l'information génétique se présente soit sous forme d'ADN, soit sous forme d'ARN (jamais les deux à la fois), organisés en un ou plusieurs brins enfermés dans une coque de protéines. Les différents ARN -- les ARN messagers (ARNm), les ARN ribosomaux (ARNr) et les ARN de transfert (ARNt) -- interviennent à différents niveaux de la synthèse protéique. 4 SYNTHÈSE 4.1 Synthèse des nucléotides Les nucléotides sont des acteurs importants du métabolisme cellulaire. Quasiment, toutes les cellules sont, en effet, capables de synthétiser les nucléotides de novo, ou de les obtenir par dégradation des acides nucléiques. Pour les nucléotides puriques, c'est-à-dire dont la base est une base purique, le cycle purine est synthétisé à partir de certains acides aminés, de dérivés du tétrahydrofolate et de CO 2. La molécule clef est l'inosine monophosphate (IMP), dont la voie de synthèse comporte 11 réactions enzymatiques. Le composé de départ est le ribose 5-phosphate. Le cycle pyrimidique des nucléotides pyrimidiques est construit à partir du carbamoyl phosphate et de l'aspartate. 4.2 Synthèse des acides nucléiques La biosynthèse de l'ADN se fait à partir des quatre nucléotides dATP, dGTP, dCTP et dTTP, sous le contrôle d'enzymes appelées ADN polymérases et en présence d'un ADN de haut poids moléculaire, qui sert de matrice pour la réplication. Pour la synthèse ou transcription de l'ARN, le principe est le même, mais les quatre nucléotides sont l'ATP, le GTP, le CTP et l'UTP. L'enzyme est, cette fois, une ARN polymérase ; un ADN initiateur joue le rôle de matrice pour la transcription. 4.3 Purification Afin d'étudier les acides nucléiques, il est nécessaire de les isoler. Une des méthodes est de broyer les cellules, puis séparer les acides nucléiques des protéines par dénaturation de ces dernières, en ajoutant du phénol et du chloroforme. Les protéines sont ensuite éliminées par centrifugation. Différentes techniques de chromatographie sont également utilisées, de même que l'électrophorèse ou l'ultracentrifugation. L'ADN est ensuite précipité et concentré par de l'éthanol. 4.4 Séquençage Le séquençage consiste à déterminer la nature et l'ordre des nucléotides dans un acide nucléique. Cela consiste à couper l'acide nucléique en fragments suffisamment courts, à leur tour séquencés, puis mis dans l'ordre. Le premier à avoir séquencé un acide nucléique est Robert Holley, en 1965. Il s'agissait de l'ARNt de levure, composé de 76 nucléotides. Son séquençage a duré 7 ans. En 1975, la découverte des endonucléases de restriction (enzymes capables de couper l'ADN à des endroits spécifiques) a permis de réaliser des progrès importants dans les techniques d'analyse de l'ADN. Mais ce sont surtout les travaux de Gilbert, d'une part, et ceux de Sanger, d'autre part, qui ont permis de mettre au point des méthodes rapides et aujourd'hui automatisées de séquençage des acides nucléiques. 4.5 Synthèse chimique La première synthèse par voie chimique d'un nucléotide fut réalisée en 1948, pour l'adénosine triphosphate. Puis la possibilité d'obtenir des oligonucléotides -- enchaînement de quelques nucléotides -- en combinant méthodes chimiques et enzymatiques a, par exemple, abouti à la synthèse du gène de l'interféron. De nos jours, les oligonucléotides sont synthétisés en phase solide d'une manière automatisée, nucléotide après nucléotide. Cela fait partie de l'arsenal des techniques de la biologie moléculaire. Les oligonucléotides sont nécessaires pour modifier les gènes par mutagénèse dirigée. Utilisés comme sondes pour la détection de maladies génétiques, ils sont également de puissants moyens de diagnostic (l'oligonucléotide choisi comme sonde a une séquence complémentaire de celle du gène responsable de la maladie, et se fixera spécifiquement sur l'ADN porteur de cette anomalie).