I. Biochimie structurelle 7

I.DEFINITION 

Les acides nucléiques sont des enchaînements macromoléculaires dont la fonction principale est de conserver et de transférer l'information génétique. Le nom d'acide nucléique provient du fait que le premier représentant de cette classe de molécules a été isolé  à partir de noyaux cellulaires  : l'acide désoxyribonucléique  ( abréviation internationale  DNA du terme anglosaxon ) . L'autre représentant majeur  est l'acide ribonucléique  ou RNA ( idem ). En réalité, ces acides nucléiques  se rencontrent dans tous les autres compartiments cellulaires . Ils constituent globalement  de 5 à 15 % du poids sec des cellules .. Les unités macromériques des acides nucléiques sont appelés nucléotides qui seront variables d'un acide nucléique à l'autre  ( cf séquence des acides aminés  pour constituer les protéines ), on les appellera désoxyribonucléotides lorsqu'il s'agit des unités monomériques du DNA et ribonucléotides lorsqu'il s'agit du RNA .

Chaque nucléotide contient 3 composants caractéristiques :

1.- Une base hétérocyclique azotée qui dérive soit de la pyrimidine , soit de la purine.

2.- Un pentose ( ribose ou désoxyribose )

3.- Une molécule d'acide phosphorique.

II. BASES HETEROCYCLIQUES 

--Purine de départ

-Pyrimidine de départ

Ce sont essentiellement ces 2 bases puriques et ces 3 bases pyrimidiques que l'on trouve dans les nucléotides, ces bases ne se rencontrent sous forme libre qu'à l'état de traces. Dans les RNA de transfert ( voir plus loin ), on trouve quelques bases rares qui sont généralement des dérivés méthyl,acétyl ou hydroxyméthyl des bases usuelles.Les bases puriques et pyrimidiques des acides nucléiques absorbent fortement la lumière active entre 250 et 280 nanomètres, ce qui permet leur dosage. L'identification et séparation de ces bases est aisément réalisée par chromatographie  ou électrophorèse. 

III. SUCRES

Le pentose est lié aux bases par une liaison bêta -N-osidique entre l'atome de carbone 1 du pentose et l'azote 9 des purines ou l'azote 1 des pyrimidine.

IV. L'ACIDE PHOSPHORIQUE 

L'acide phosphorique estérifie le carbone 5 du pentose.

Les principaux ribonucléotides et désoxyribonucléotides ont dons la formule générale :

L'hydrolyse du groupement phosphate des nucléotides aboutit à un nucléoside , les nucléotides sont donc les 5'-phosphates des nucléosides correspondants , comme il existe également des dérivés ( nucléosides ) 5'-diphosphates et 5'- triphosphates ( voir plus loin ), on intercale la lette M ( pour mono)dans l'abréviation des nucléotides.

 

Tous les ribonucléotides et désoxyribonucléotides sous la forme de 54-diphosphates  et 5' triphosphates. La structure générale est la suivante 

L'ensemble des nucléosides phosphate sont donc :

Les fonctions des nucléosides triphosphates ( NTP) sont nombreuses et particulièrement importantes dans les cellules vivantes .En particulier l'ATP est un transporteur de phosphate (Pi) et de pyrophosphate (PPi) dans les réactions enzymatiques impliquées dans le transfert de l'énergie chimique . Le couple ATP/ADPreprésente vraisemblablement  le système essentiel de transfert des phosphates dans les cellules , d'autres NTP peuvent néanmoins jouer le même rôle. Une seconde fonction importante  des NTP et des NDP est leur intervention comme coenzymes dans différentes réactions biosynthétiques  ; par exemple l'uridine diphosphate - glucose  l'UDPG fonctionne comme donneur d'unités glucose au cours de la synthèse des polyosides ( glycogène ).

 

 

Enfin, les NTP et les dNTP servent de précurseurs riches en énergie  aux unités mononucléotidiques  des acides nucléiques . Pendant la biosynthèse des DNAet des RNA , les NTP et les dNTP perdent leur groupement pyrophosphate pour devenir des mononucléotides, l'énergie libérée  ( énergie chimique contenue dans les phosphate bêta et gamma) est utilisée pour la formation de nouvelles liaisons covalentes dans les acides nucléiques  ( assembla ge RNA et DNA).

En plus des dérivés 5' phospate, il existe en faible quantité des nucléosides  2',3',2-3' ex/

2 nucléotides jouent un rôle important dans l'action biochimique de nombreuses hormones  ( voir cours de biochimie métabolique , ce sont l'Adénosine 3'5' phosphate cyclique et la Guanosine 3'5'phosphate cyclique.

Enfin, de nombreux coenzymes sont des nucléotides ou des dérivésde nucléotides , par exemple, la nicotineamide adénine dinucléotide  (NAD)est un coenzyme d'un grand nombre d'oxydo-réductase  appelées désydrogénase pyrimidiques ( voir chapitre suivant )

 

DNA ( acide désoxyribonucléique ) et RNA (acide ribonucléique) ont de nombreuses propriétés physico-chimiques  communes , car la nature de leur enchaînement covalent de mononucléotides est identique  : les mononucléotides successifs sont dans les deux molécules, reliés par des ponts phosphodiester  entre l'hydroxyl 3''d'un macronucléotide et l'hydroxyl en 5' du mononucléotide adjacent. Les bases puriques et pyrimidiques constituent des chaînes latérales distinctes ( cf groupement R des résidus d'aminoacides dans les polypeptides) . 

 

DNA

Isolé pour la première fois par F. Miescher ( biochimiste suisse )  ( ~ 1870 ) 

L'acide désoxyribonucléique résulte de l'assemblage dans un ordre déterminé de nucléotides ( les quatre principaux types),donnant naissance à 2 brins dans un arrangement complémentaire en double hélice . Cette structure en double hélice est maintenue d'une part par les liaisons covalentes  3'--5'  phosphate entre les résidus pentoses  et, d'autre part par un grand nombre de liaisons hydrogène entre les bases puriques et pyrimidiques dirigées vers l'intérieur de la double hélice.

Le DNA est présent sous la forme d'une seule macromolécule  ( PM >= 2.10⁹ ) chez les procaryotes ( un seul chromosome lié à la membrane cellulaire ou mésosome ). Chez les eucaryotes , les cellules contiennent plusieurs chromosomes , chacun d'eux contenant une molécule de DNA. Ce matériel génétique est localisé dans le noyau . Une petite partie ( 0,2%) est retrouvée dans les mitochondries .

La composition en bases des DNAest caractéristique d'une espèce donnée , cette constatation expérimentale est un argumenbt fondamental  en faveur du rôle du DNA comme support de l'information génétique . C'est à la suite de travaux du groupe Chargaff sur l"analyse chimique du DNA , des travaux de Franklin et Wilkins sur l'analyse par diffraction aux rayons X  et de l'élaboration d'un modèle stérique par Watson et Crick que la structure des DNA a put être établie  ( début des années 1950).

Parmi les propriétés importantes retenons ( outre ce qui est dit plus haut ) :

1. Les DNA provenant de différents tissus d'une même espèce ont la même composition en bases.

2. La composition en base du DNA varie d'une espèce à l'autre .

3. La composition en basesdu DNA d'une espèce donnéene change ni avec l'âge, ni avec l'état nutritionnel , ni avec les modifications de l'environnement

4. Le nombre de résidus Adénine  est égal au nombre de résidus Thymine ( A=T) et le nombre de résidus Guanine est égal au nombre de résidus Cytosine ( G = C ). La somme des résidus puriques et donc égal à la somme des résidus pyrimidiques ( A + G= T+C ).

5. Le DNA d'espèces proches ont des compositions en bases similaires, tandis que ceux d'espèces très éloignées  présentent des compositions en bases très différentes

La duplication du DNA est réalisée par séparation des 2 brins de la double hélice et copie de chacun d'entre eux selon la règle de la complémentarité des bases.

RNA caractérisés par Casperson  ( G.B) et Brachet ( B ) ( ~ 1940 )

Trois principaux types de RNA sont rencontrés dans les cellules , ils sont tous formés d'une seule chaîne polynucléotidique , mais se présentent sous des formes moléculaires différentes .

	Type	Svedberg *	PM	nombre de mononucléotides	%age dans RNA
	RNA messager	6-25	25000 - 106	75 - 3000	2
	RNA ribosomique	5,16,23	35000, 550000,1100000	~100, ~1500, ~3200	{82
	RNA de transfert ( E. Coli	~4	23000-30000	75-90	10

. .    

* S = coefficient de sédimentation ; l'unité le Svedberg = 10^-13 secondes.

RNA messager : il ne contient que les quatre bases A,G,C,U. Il est synthétisé dans le noyau  ( chez les eucaryotes ) au moment de la TRANSCRIPTION , processus au cours duquel la séquence en bases du DNA est transcrite en un brin de mRNA, celui-ci est transféré dans le cytoplasme pour être traduit en protéines.

RNA de transfert : ces  molécules ont la fonction de véhicule dans le cytoplasme d'acides aminés constitutifs de protéines . Une extrémité est de l'acide guanylique , l'autre est toujours formée du même trinucléotide C C A . Un groupement hydroxyle libre de l'acide guanylique terminal peut être estérifié par le carboxyl de l'alpha aminoacide . Une région caractéristique du RNA de transfert est un triplet de bases ( anticodon ) capable de reconnaître le codon localisé sur le RNA messager.