« Acide nucléique/Composition et structure » : différence entre les versions

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==== Les oses ====
L'un des acides nucléiques montre un ose dans son hydrolysat complet, le '''Ribose''' ({{Formule chimique|C|5|H|10}}O<sub>5</sub>), l'autre montre un autre ose (dérivé du précédent) le '''Désoxyribose''' ({{Formule chimique|C|5|H|10}}O<sub>4</sub>).
Celui qui se colore en vert, donc qui entre dans la composition de la chromatine, est celui constitué de désoxyribose et est appelé pour cela '''Acide DésoxyriboNucléique''' ou '''Acide nucléiqueADN''' (DNA pour les anglosaxons qui mettent les adjectifs avant le nom DeoxyriboNucleic Acid).
Celui qui se colore en rouge, qui, donc, entre dans la composition des granules des nucléoles et des ribosomes, présent dans le noyau et dans le cytoplasme, est celui constitué de ribose et est appelé pour cela '''Acide RiboNucléique''' ou '''ARN''' (RNA).<br />
Les oses sont notés S (comme sucre) ou, dans certains cas R pour le ribose et D pour le désoxyribose
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Les deux hydrolysats complets montrent quatre bases différentes trois sont communes aux deux et une diffère de l'un à l'autre.
* les trois communes sont l'Adénine (notée A), la Cytosine (C) et la Guanine (G),
* pour l'Acide nucléiqueADN la quatrième est la Thymine (T) et pour l'ARN l'Uracile (U).
 
==== Les phosphates acides ====
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=== Les nucléosides ===
Les '''nucléosides''' sont des associations entre un ose et une base. Chaque acide nucléique en montre 4 différents et, donc, les deux en montrent 8 (deux oses différents et 4 bases pour chacun) :
* nucléosides d'Acide nucléiqueADN, D-A porteur d'Adénine ou adénine-nucléoside d'Acide nucléiqueADN, D-C, D-G et D-T mais quand le contexte précise bien qu'il s'agit d'élément d'Acide nucléiqueADN, ils s'écrivent S-A, S-C, S-G et S-T (pour ce dernier S est obligatoirement le Désoxyribose puisque la Thymine n'apparaît que dans l'Acide nucléiqueADN),
* nucléosides d'ARN, R-A ou S-A porteur d'Adénine ou adénine-nucléoside d'ARN, R-C ou S-C, R-G ou S-G et R-U ou S-U (ce dernier est obligatoirement composé de ribose, l'Uracile n'apparaissant que dans l'ARN).
 
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* la présence des phosphates monoacides dans ces chaînes explique le caractère acide de ces deux molécules.
 
== La structure de l'Acide nucléiqueADN ==
=== Une double chaine ===
L'Acide nucléiqueADN est constitué de deux chaînes de nucléotides (donc à base de désoxyribose et des quatre bases A, C, G et T), disposées "parallèlement" tournées l'une vers l'autre du côté de leurs bases par lesquelles elles sont maintenues l'une à l'autre (par des liaisons de type hydrogène moins résistantes que celles de covalence qui unissent les phosphates, les sucres et les bases dans les chaînes).<br />
La molécule d'Acide nucléiqueADN est donc une double chaîne de nucléotides et, comme chaque chaîne est appelée un brin, l'Acide nucléiqueADN est double brin.
Chaque molécule d'Acide nucléiqueADN constitue un des filaments (les nucléofilaments) de la chromatine : un Acide nucléiqueADN = un nucléofilament.
 
=== Les liaisons entre les bases ===
Un problème se pose : ''les liaisons entre les 4 bases de l'Acide nucléiqueADN sont-elles toutes possibles ?''<br />
Une analyse quantitative d'un hydrolysat complet d'une ou plusieurs molécules d'Acide nucléiqueADN donne les résultats suivants ou q représente une quantité :
* qA/qT = qC/qG = 1,
* qA/qC et qT/qG sont différents de 1.
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Cela peut être obtenu si on considère qu'à chaque adénine d'un brin correspond une thymine sur l'autre brin, une cytosine à une guanine, une guanine à une cytosine et une thymine à une adénine : il y aurait entre les deux brins que deux couples possibles de liaisons entre les deux brins adénine-thymine d'une part et cytosine-guanine d'autre part.<br />
Les capacités de liaisons hydrogènes des 4 bases sont différentes mais complémentaires pour l'adénine et la thymine d'une part et la cytosine et la guanine d'autre part : ce qui explique aussi qu'aucune base ne peut être associée avec une base identique.
Enfin, la succession des bases d'un brin est complémentaire de celle de l'autre de la molécule d'Acide nucléiqueADN.
 
=== La double hélice ===
[[Fichier:Acide nucléiqueADN animation.gif|thumb|Structure 3D de la molécule d'Acide nucléiqueADN|Double hélice d'Acide nucléiqueADN]]
Cette molécule double brin qui pourrait être, dans un premier temps, vue comme une échelle dont les barreaux seraient les liaisons entre les bases et les montants la chaîne phosphoglucidique, est enroulée en une double hélice autour de ces liaisons entre les bases. Cela donne une sorte de tube phosphoglucidique au milieu duquel se trouveraient les bases et leur liaison deux à deux. Enfin, en tout point de la double hélice les deux chaînes restent à la même distance montrant que les distances sucre à sucre sont les mêmes qu'elles soient occupées par une liaison S-A(-)T-S ou une liaison S-C(-)G-S (où "-" représente une liaison de covalence et "(-)" des liaisons hydrogène.
 
Crick et Watson, sont les inventeurs (découvreurs) de la structure double hélice de l'Acide nucléiqueADN qui est aussi appelée Structure de Crick et Watson. Cela leur a valu un Prix Nobel. <br />
:Ils étaient à la recherche d'une substance codante (dont la structure pouvait constituer un code) : ils imaginent que la séquence des bases (liste dans l'ordre des bases) le long de l'un des brins de l'Acide nucléiqueADN, serait un code écrit avec 4 symboles (une sorte de texte écrit avec un alphabet à 4 lettres).<br />
:Jacob et Monod avaient reçu, en leur temps, un Prix Nobel pour leur travaux sur la liaison un "gène = une enzyme" qui nécessitait une substance codante inconnue : c'est la recherche de cette molécule codante qui a abouti, dans un premier temps, à la structure de l'Acide nucléiqueADN par Watson et Crick et qui se poursuivra par la compréhension du code et de son fonctionnement.
 
== La structure de l'ARN ==
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Certains ARN suffisamment longs peuvent montrer un enroulement en "double hélice" d'une partie de leur unique brin (un bouclage en "double hélice"). Dans ces parties, les liaisons entre les bases sont d'une part des liaisons C-G et d'autre part des liaisons A-U montrant que, dans l'ARN, l'uracile se substitue complètement à la thymine. Pour avoir ce bouclage, il faut que la chaîne montre deux séquences complémentaires séparées par une troisième séquence qui matérialisera la boucle à l'extérieur de la partie en "double hélice".
 
== La duplication de l'Acide nucléiqueADN ==
=== Observations ===
L'observation de nucléofilaments a montré des figures de dédoublement comme des boutonnières qui s'étendraient progressivement sur leur longueur. Ces modifications apparentes de la structure de l'Acide nucléiqueADN ont lieu juste avant une division.<br />
D'autre part, le dosage de l'Acide nucléiqueADN par cellule montre, avant une division, un doublement progressif de la quantité d'Acide nucléiqueADN. Les figures de dédoublement s'expliquerait par un phénomène permettant à chaque molécule d'Acide nucléiqueADN présente d'en donner deux.<br />
S'il est admis que les molécules d'Acide nucléiqueADN portent les potentialités cellulaires et que les cellules filles ont les mêmes potentialités que la cellule qui les a produites par sa division, on peut admettre que :
* ce phénomène de dédoublement qui précède la division permet à la cellule de produire deux exemplaires de chacune de ses molécules Acide nucléiqueADN,
* chacune des cellules filles reçoit un des exemplaires produits par chaque duplication, c'est-à-dire reçoit les potentialités de la cellule initiale.<br />
Les deux exemplaires de chaque molécule d'Acide nucléiqueADN initiale doivent être suffisamment proches dans leur composition (leur code) pour fournir aux deux cellules filles les mêmes potentialités : ce constat permet d'appeler ce phénomène '''duplication de l'Acide nucléiqueADN''' qui exprime à la fois le passage à deux exemplaires et la similitude entre les deux exemplaires obtenus voire avec celui de la molécule initiale.
 
=== Modalités de la duplication ===
[[Fichier:Modalités théoriques de la duplication.png|thumb|600px|Modalités théoriques de la duplication de l'Acide nucléiqueADN]]
 
Pour passer d'une à deux molécules d'Acide nucléiqueADN, il doit y avoir fabrication de parties de brin ou de brins entiers nouveaux qui se retrouvent ou non dans les deux nouvelles molécules. Trois modalités théoriques se présentent :
* le système conservatif qui donnerait la molécule ancienne conservée et un autre exemplaire complètement nouveau,
* le système semi-conservatif qui permettrait d'obtenir un exemplaire composé par l'un des brins de l'ancienne molécule associé à un brin totalement nouveau et l'autre exemplaire lui aussi constitué d'un brin entièrement nouveau et du brin complémentaire de l'ancienne molécule par rapport à celui qui se retrouve dans le premier exemplaire,
* le système dispersif qui, comme son nom l'indique, donnerait deux exemplaires présentant dans chacun de leurs brins des parties anciennes et des parties nouvelles.
 
Pour qu'une cellule fabrique un brin ou une partie de brin d'Acide nucléiqueADN, il faut qu'elle assemble des nucléotides et notamment des porteurs de thymine. Si la cellule reçoit des nucléotides porteurs de thymine radioactive, ils se retrouveront dans les parties nouvelles des deux nouveaux exemplaires qui seront alors radioactives. Le choix de la thymine radioactive assure que seul l'Acide nucléiqueADN pourra l'incorporer.
 
Une cellule aux Acide nucléiqueADN non radioactifs à laquelle il est fourni des nucléotides porteurs de thymine radioactive, a, après la duplication, toutes ses molécules d'Acide nucléiqueADN radioactives et cela se vérifie pour toutes les cellules testées. Cela montre que la duplication de l'Acide nucléiqueADN ne se fait pas par le système conservatif qui donnerait une moitié des molécules non radioactives : les molécules anciennes avec ce système se retrouveraient et ne seraient pas radioactives.
Par contre, les deux autres systèmes sont conformes avec le résultat obtenu : toutes les molécules d'Acide nucléiqueADN auraient soit un brin nouveau radioactif (semi-conservatif) soit des parties dans chacun des brins radioactives (dispersif).<br />
Si les cellules filles obtenues ne reçoivent pas, avant leur division, de thymine radioactive, leurs molécules d'Acide nucléiqueADN après duplication sont pour moitié radioactives. Cela permet d'éliminer le système dispersif qui donnerait que des molécules radioactives : si par chance une de leurs molécules d'Acide nucléiqueADN était non radioactive, c'est parce que les parties nouvelles auraient remplacé toutes les parties radioactives de la molécules mère, ce qui est fort peu probable et de toutes les façons loin d'expliquer la moitié des molécules non radioactives. Reste alors le semi conservatif qui donnerait à la fin de la première duplication des molécules d'Acide nucléiqueADN ayant toutes un brin radioactif et un brin non radioactif, mais comme chacun d'eux s'associe à un brin nouveau non radioactif lors de la seconde duplication, cela donnera une moitié des molécules d'Acide nucléiqueADN radioactives et une moitié des molécules non radioactives.
 
La duplication de l'Acide nucléiqueADN est semi-conservatrice.
 
=== Description de la duplication de l'Acide nucléiqueADN ===
[[Fichier:Schéma duplication de l'Acide nucléiqueADN.png|thumb|600px|La duplication de l'Acide nucléiqueADN]]
 
La molécule initiale s'ouvre '''progressivement''' : ses deux brins se séparent en libérant les liaisons hydrogènes des bases.<br />
Des nucléotides libres (non associés entre eux) d'Acide nucléiqueADN présents dans le nucléoplasme vont venir se placer en face de chaque base venant d'être mise à nu par l'ouverture. Mais comme ils se fixent sur les bases mises à nu par les liaisons hydrogènes :
* en face d'une adénine viendra se positionner un nucléotide libre d'Acide nucléiqueADN porteur d'une thymine,
* en face d'une cytosine un porteur de guanine,
* en face d'une guanine un porteur de cytosine,
* en face d'une thymine un porteur d'adénine.
Ainsi placés, les nucléotides d'Acide nucléiqueADN devenus voisins se lient par une liaison Sucre-Phosphate : il se forme progressivement un nouveau brin en face de chaque brin initial.<br />
Du fait des liaisons particulières entre les bases, '''les deux molécules nouvelles d'Acide nucléiqueADN obtenues par la duplication sont strictement identiques entre elles et à la molécule d'Acide nucléiqueADN initiale'''.
 
== Rôle des acides nucléiques ==
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Ces rôles ne seront qu'évoqués dans ce qui suit.
 
=== Rôle de l'Acide nucléiqueADN ===
L'Acide nucléiqueADN est le support de tous les codes - les '''gènes''' - qui détermineront les activités des cellules et, par là, les caractéristiques de toute nature de l'individu auquel elles appartiennent.<br />
Notamment l'Acide nucléiqueADN contient les codes de la synthèse des protides et, donc, des enzymes qui appartiennent à ce groupe de molécules : comme les enzymes permettent les réactions du vivant, celles-ci ne pourront avoir lieu que si le code de l'Acide nucléiqueADN correspondant permet la synthèse de l'enzyme.
 
Si l'Acide nucléiqueADN est le support des gènes, il doit permettre leur transmission d'une génération cellulaire ou d'individus à l'autre : la duplication en doublant les exemplaires de toutes les molécules d'Acide nucléiqueADN permet cette transmission de l'Acide nucléiqueADN donc des gènes.
 
=== Rôle de l'ARN ===
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| idfaculté = biologie
| précédent = [[../Mise en évidence/]]
| suivant = [[../Condensation de l'Acide nucléiqueADN/]]
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