Les acides nucléiques sont de longues chaînes de nucléotides reliés entre eux par des liaisons phosphodiester. Il existe deux types d’acides nucléiques : l’acide désoxyribonucléique, ou ADN, et l’acide ribonucléique, ou ARN. Les nucléotides dans l’ADN et l’ARN sont constitués d’un sucre, d’une base azotée et d’une molécule de phosphate.
Le matériel héréditaire d’une cellule est composé d’acides nucléiques, qui permettent aux organismes vivants de transmettre des informations génétiques d’une génération à l’autre. Il existe deux types d’acides nucléiques : l’acide désoxyribonucléique (ADN) et l’acide ribonucléique (ARN). L’ADN et l’ARN diffèrent très légèrement dans leur composition chimique, mais ils jouent des rôles biologiques complètement différents.
Chimiquement, les acides nucléiques sont des polynucléotides — des chaînes de nucléotides. Un nucléotide est composé de trois constituants : un sucre pentose, une base azotée et un groupe phosphate. Le sucre et la base forment ensemble un nucléoside. Par conséquent, un nucléotide est parfois appelé un nucléoside monophosphate. Chacun des trois constituants d’un nucléotide joue un rôle clé dans l’assemblage global des acides nucléiques.
Comme son nom l’indique, un sucre pentose a cinq atomes de carbone, qui sont libellés 1o, 2o, 3o, 4o et 5o. Le sucre pentose dans l’ARN est le ribose, ce qui signifie que le carbone 2o porte un groupe hydroxyle. Le sucre dans l’ADN est le désoxyribose, ce qui signifie que le carbone 2o est lié à un atome d’hydrogène. Le sucre est fixé à la base azotée au carbone 1o et à la molécule de phosphate au carbone 5o.
La molécule de phosphate fixée au carbone 5o d’un nucléotide peut former une liaison covalente avec le groupe hydroxyle 3o d’un autre nucléotide, reliant les deux nucléotides ensemble. Cette liaison covalente s’appelle une liaison phosphodiester. La liaison phosphodiester entre les nucléotides crée un squelette de sucres et de phosphates en alternance dans une chaîne polynucléotidique. La liaison de l’extrémité 5o d’un nucléotide à l’extrémité 3o d’un autre confère un caractère directionnel à la chaîne polynucléotidique, qui joue un rôle clé dans la réplication de l’ADN et la synthèse de l’ARN. À une extrémité de la chaîne polynucléotidique, appelée extrémité 3o, le sucre a un groupe hydroxyle 3o libre. À l’autre extrémité, l’extrémité 5o, le sucre a un groupe phosphate 5o libre.
Les bases azotées sont des molécules contenant un ou deux cycles composés d’atomes de carbone et d’azote. Ces molécules sont appelées “ bases ” parce qu’elles sont chimiquement basiques et peuvent se lier aux ions hydrogène. Il existe deux classes de bases azotées : les pyrimidines et les purines. Les pyrimidines ont une structure cyclique à six membres, tandis que les purines sont composées d’un cycle à six membres fusionné à un cycle à cinq membres. Les pyrimidines comprennent la cytosine (C), la thymine (T) et l’uracile (U). Les purines comprennent l’adénine (A) et la guanine (G).
La cytosine, l’adénine et la guanine sont présentes dans l’ADN et l’ARN. Cependant, la thymine est spécifique à l’ADN, et l’uracile se trouve uniquement dans l’ARN. Les purines et les pyrimidines peuvent former des liaisons hydrogène les unes avec les autres dans un motif particulier, basé sur la présence de groupes chimiques complémentaires qui sont analogues aux pièces d’un puzzle. Dans des conditions cellulaires normales, l’adénine forme des liaisons hydrogène avec la thymine (dans l’ADN) ou l’uracile (dans l’ARN), tandis que la guanine forme des liaisons hydrogène avec la cytosine. Cet appariement complémentaire de bases est essentiel à la structure et à la fonction de l’ADN.
L’ADN adopte une structure hélicoïdale double à l’intérieur de la cellule. Une double hélice est composée de deux chaînes polynucléotidiques, appelées brins, qui serpentent l’une autour de l’autre de manière hélicoïdale (c.-à-d. une spirale). Les deux brins sont dans des orientations opposées, ou sont “ antiparallèles ” l’un à l’autre, ce qui signifie que l’extrémité 5o d’un brin est proche de l’extrémité de 3o d’un autre. Les deux brins sont maintenus ensemble par l’appariement de bases complémentaires (par exemple, la cytosine avec la guanine).
Dans une double hélice d’ADN, le squelette sucre-phosphate se trouve à l’extérieur, tandis que les bases avec des liaisons hydrogène sont à l’intérieur. L’ARN se présente principalement sous forme de molécule à brin unique. L’unique brin d’ARN peut former des structures secondaires localisées grâce à l’appariement intra-brin de bases complémentaires. Les différents types de structures secondaires d’ARN possèdent des fonctions distinctes dans la cellule.
