La structure de base de l’ARN se compose d’un sucre à cinq carbones et de l’une des quatre bases azotées. Bien que la plupart des ARN soient simple brin, ils peuvent former des structures secondaires et tertiaires complexes. Ces structures jouent un rôle essentiel dans la régulation de la transcription et de la traduction.
Il existe trois principaux types d’acide ribonucléique (ARN) : l’ARN messager (ARNm), l’ARN de transfert (ARNt) et l’ARN ribosomique (ARNr). Les trois types d’ARN se composent tous d’une chaîne à brin unique de nucléotides. Chaque nucléotide est composé du sucre à cinq carbones ribose. Les carbones des molécules de ribose sont numérotées de un à cinq. Le carbone numéro cinq porte un groupe phosphate et le carbone numéro un une base azotée.
Il existe quatre bases azotées dans l’ARN : l’adénine (A), la guanine (G), la cytosine (C) et l’uracile (U). L’uracile est la seule base dans l’ARN qui n’est pas présente dans l’ADN, qui utilise la thymine (T) à la place. Pendant la transcription, l’ARN est synthétisé à partir d’un ADN matrice d’après la liaison complémentaire des nouvelles bases d’ARN aux bases d’ADN ; A se lie à T, G se lie à C, C se lie à G et U se lie à A.
Comme l’ADN, les nucléotides adjacents dans l’ARN sont liés entre eux par le biais de liaisons phosphodiester. Ces liaisons se forment entre le groupe phosphate d’un nucléotide et un groupe hydroxyle (–OH) sur le ribose du nucléotide adjacent.
Cette structure confère à l’ARN sa directionnalité, c’est-à-dire que les deux extrémités de la chaîne de nucléotides sont différentes. Le carbone numéro cinq du ribose porte un groupe phosphate non lié qui donne lieu au nom de l’extrémité 5’. Le dernier ribose à l’autre extrémité de la chaîne de nucléotides a un groupe hydroxyle (–OH) libre au carbone numéro 3 ; par conséquent, cette extrémité de la molécule d’ARN s’appelle l’extrémité 3’. Au fur et à mesure que des nucléotides sont ajoutés à la chaîne pendant la transcription, le groupe phosphate en 5’ du nouveau nucléotide réagit avec le groupe hydroxyle en 3’ de la chaîne croissante. Par conséquent, l’ARN est toujours assemblé dans le sens 5’ à 3’.
Les structures secondaires sont formées par l’appariement de bases complémentaire entre des nucléotides éloignés sur le même ARN à brin unique. Les boucles d’épingle à cheveux sont formées par l’appariement complémentaire des bases à 5-10 nucléotides les unes des autres. Les tiges-boucles sont formées par l’appariement des bases qui sont séparées par 50 à des centaines de nucléotides. Chez les procaryotes, ces structures secondaires fonctionnent comme des régulateurs transcriptionnels. Par exemple, une boucle d’épingle à cheveux peut servir de signal de terminaison de telle sorte que lorsque les enzymes de transcription rencontrent cette structure, elles se détachent de l’ARNm et la transcription s’arrête. Les tiges-boucles ou les épingles à cheveux aux extrémités 3’ ou 5’ régulent également la stabilité de l’ARNm dans les eucaryotes en empêchant la liaison des ribonucléases — les enzymes qui dégradent l’ARN.
Les structures secondaires peuvent former des structures tertiaires plus compliquées appelées pseudo-nœuds. Les pseudo-nœuds sont formés lorsque des bases dans les régions des boucles des structures secondaires interagissent avec des bases complémentaires en dehors de la boucle. Ces structures tertiaires jouent un rôle essentiel dans la structure et la fonction de l’ARN.
Les ARNt servent de molécules adaptrices lors de la traduction de l’ARNm en protéines. À une extrémité, les ARNt portent un acide aminé. À l’autre extrémité, ils se lient à un codon d’ARNm — une séquence de trois nucléotides qui code un acide aminé spécifique. Les molécules d’ARNt ont généralement une longueur de 70-80 nucléotides et se plient en une structure en tige-boucle qui ressemble à une feuille de trèfle. Trois des quatre tiges comportent des boucles contenant 7 à 8 bases. La quatrième tige est sans boucle et comprend les extrémités 5’ et 3’ libres du brin d’ARN. L’extrémité 3’ agit comme le site accepteur d’acides aminés.
La structure tridimensionnelle de l’ARNt est en forme de L, avec le site de liaison des acides aminés à une extrémité et un anticodon à l’autre extrémité. Les anticodons sont des séquences de trois nucléotides qui sont complémentaires au codon de l’ARNm. Cette forme particulière de l’ARNt lui permet de se lier aux ribosomes, où se produit la synthèse des protéines.
