Structure nucléotidique | Un aperçu détaillé et sa signification

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Structure nucléotidique | Un aperçu détaillé et sa signification

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À l'exception de certains virus, l'ADN est omniprésent dans les formes vivantes (à l'exception des virus à ARN) et agit comme matériel génétique dans presque toutes les formes vivantes. Le nucléotide est considéré comme un élément constitutif de la synthèse des acides nucléiques (ARN et ADN). En plus de participer à la synthèse des acides nucléiques, les nucléotides sont également impliqués dans diverses autres fonctions cellulaires en fonction de leurs propriétés chimiques et structurelles.

Concept et termes clés

ARN (acide ribonucléique) : il est présent dans toutes les cellules présentant des activités métaboliques. Il est produit à partir de l'ADN et intervient dans la synthèse des protéines selon les instructions données par l'ADN. L'ARN agit comme un médiateur entre l'information génétique et son expression. Comme l'ordre d'expression de l'information génétique est de l'ADN -> ARN -> protéines.

ADN (acide désoxyribonucléique) : l'ADN est omniprésent dans presque tous les organismes vivants. L'ADN peut s'auto-répliquer et synthétiser ses copies. Cependant, ce processus de réplication est initié et complété par une enzyme ADN polymérase. L'ADN porte des informations génétiques et se trouve dans presque toutes les cellules de notre corps (absent dans les globules rouges). L'ADN a une structure en double hélice.

Monomère: Un monomère est une unité (monomère ; « mono » signifie un) qui se lie aux autres unités similaires pour produire une plus grande unité (polymère).

Polymère: Un polymère est une unité plus grande (polymère ; « poly » signifie plusieurs) ou une unité formée à la suite de l'association d'unités plus petites (monomères).

Purines : Une structure de base azotée à double anneau est connue sous le nom de purine (Guanine et Adénine)

Pyrimidine : Une structure de base azotée à un seul anneau est connue sous le nom de pyrimidine (Uracil, Thymine et Cytosine)

Les pyrimidines et les purines sont les bases azotées constitutives présentes dans l'ADN et l'ARN.

Qu'est-ce qu'un nucléotide ? | De quoi sont faits les nucléotides ?

Les nucléotides sont les unités monomères qui se combinent pour former de plus grosses molécules (polymères) comme l'ARN et l'ADN. Les nucléotides servent d'unité structurelle et fondamentale de base d'un brin polynucléotidique. Les nucléotides sont responsables de la synthèse du matériel génétique de toutes les formes de vie sur cette planète.

Quels que soient l'organisme et le site d'occurrence, le nucléotide contient trois composants chimiques de base, qui sont les suivants :

  • Groupe phosphate (au moins un)
  • Sucre pentose (sucre à cinq carbones qui peut être du ribose ou du désoxyribose)
  • Base azotée (pyrimidine de purine)
structure nucléotidique
Figure : Structure nucléotidique et différence fondamentale entre les nucléotides mono, di et triphosphates https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Nucleotide_nucleoside_general_vi.svg

Les nucléotides se lient pour produire des brins d'acide nucléique ou de polynucléotide, souvent considérés comme la chaîne d'ADN.

Les nucléotides agissent parfois indépendamment (expression génique) ou s'impliquent dans les autres processus cellulaires (catalyse et signalisation).

Structure nucléotidique | Monomère nucléotidique

Pour comprendre le fonctionnement diversifié du nucléotide, nous devons nous concentrer sur la façon dont ils sont construits et comment ils se combinent pour devenir un acide nucléique. 

Bases nucléotidiques (bases azotées)

Les nucléotides sont différenciés et classés en fonction de la présence de différentes bases azotées. Il existe généralement cinq types de bases azotées présentes dans le génome de chaque organisme.

  • Uracile
  • Thymine
  • guanine
  • La cytosine
  • Adénine

La dénomination d'un nucléotide est déterminée par la base azotée et le nombre de groupes phosphate qu'elle contient. Disons, par exemple, si un nucléotide contient de la guanine et un groupe phosphate, alors le nucléotide sera nommé guanosine monophosphate (GMP). Ici, guanosine se réfère à Guanine, et monophosphate désigne le phosphate unique présent dans le GMP. 

Les bases azotées sont généralement classées sur la base du nombre de cycles présents en deux types, à savoir les purines et les pyrimidines. Les purines comprennent l'adénine et la guanine (elles sont appelées respectivement adénosine et guanosine lorsqu'elles sont présentes dans l'ADN ou l'ARN. Leur nom se termine généralement par le suffixe « sine »). En revanche, les pyrimidines comprennent la thymine, la cytosine et l'uracile (elles sont appelées respectivement thymidine, cytidine et uridine, lorsqu'elles sont présentes dans l'ADN ou l'ARN. Leur nom se termine généralement par le suffixe « dine »).

Adénine (A): L'adénine est une base azotée purique de formule chimique C5H5N5. Le nucléotide contenant l'adénine est connu sous le nom d'adénosine. L'adénine se lie à la thymine à l'aide de deux liaisons hydrogène. Ces interactions aident à stabiliser la structure de l'ADN ou de l'ARN. L'adénine est également présente dans l'ATP (L'adénosine triphosphate), qui est impliqué dans divers processus cellulaires et réactions énergétiques.

Figure : Structure de l'Adénine, une base azotée purique
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Adenine.svg

Cytosine (C) : c'est une base azotée pyrimidique de formule chimique C4H5N3O. Le nucléotide contenant la base de cytosine est connu sous le nom de Cytidine. Il a un cycle aromatique hétérocyclique à six chaînons. La cytosine s'apparie avec la guanine à l'aide de trois liaisons hydrogène. Ces interactions aident à stabiliser la structure de l'ADN ou de l'ARN. La forme nucléotidique libre de la cytosine est souvent impliquée dans la catalyse de réactions telles que la conversion de l'ADP en ATP.

Figure : Structure de la cytosine, une base azotée pyrimidique
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Cytosine_chemical_structure.svg

Guanine (G): La guanine est une base azotée purique de formule chimique C5H5N5O. Le nucléotide contenant la guanine est connu sous le nom de guanosine. La guanine est une structure à double anneau avec des liaisons simples et doubles conjuguées, et elle forme trois liaisons hydrogène avec la cytosine et stabilise la structure de l'ADN.

Figure : Structure de la Guanine, une base azotée purique
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Guanine.svg

Thym (T): C'est une base azotée pyrimidique de formule chimique C5H6N2O2. Le nucléotide contenant une base thymine est connu sous le nom de thymidine. Il ressemble à un anneau fusionné et forme deux liaisons hydrogène avec l'adénine, ce qui aide à stabiliser la structure de l'ADN. 

Figure : Structure de la thymine, une base azotée pyrimidique
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Thymine_(structural_formula).png#/media/File:Thymine_(structural_formula).png

Uracile (U) : c'est une base azotée pyrimidique exclusivement présente dans l'ADN. Il agit comme un acide faible et a une formule chimique C4H4N2O2. Le nucléotide contenant l'uracile est connu sous le nom d'uridine. L'uracile diffère de la thymine par l'absence de groupe méthyle ; par conséquent, sa structure est similaire à celle de la thymine.

Figure : Structure de l'uracile, une base azotée pyrimidique exclusivement présente dans l'ARN
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Sucre pentose (monosaccharides)

Le sucre pentose est un élément essentiel dans la formation d'un nucléotide, alors qu'il fournit également une épine dorsale pour la structure des acides nucléiques. Le sucre pentose contient cinq atomes de carbone. Les nucléotides ont deux types de sucres pentoses :

  • Désoxyribose (présent dans l'ADN)
  • Ribose (trouvé dans l'ARN)
Figure : Structure du ribose (à gauche) et du désoxyribose (à droite). Dans la structure du désoxyribose, il manque un atome d'oxygène https://commons.wikimedia.org/wiki/File:The_difference_between_ribose_and_deoxyribose.png

Groupe phosphate 

Les groupes phosphate présents dans les nucléotides sont dérivés de l'acide phosphorique. Il a une formule générale de (PO4)3- et il se trouve dans les nucléotides sous forme de mono, di ou tri-phosphates. Le nucléotide contenant un, deux et trois phosphates est le monophosphate, le diphosphate et le triphosphate.

La dénomination exacte des nucléotides se fait en tenant compte du sucre, de la base azotée et du nombre de groupes phosphate présents. Par exemple, l'ATP est l'adénosine triphosphate tandis que le dGDP est le désoxyguanosine diphosphate. La lettre "d" dans le nom du nucléotide indique la présence de sucre désoxyribose dans le nucléotide.

Figure : Structure du groupe phosphate. La présence de groupe phosphate est le critère de différenciation entre un nucléoside et un nucléotide https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Phosphat-Ion.svg

A quoi servent les nucléotides ?

L'ADN et l'ARN d'un individu sont généralement constitués de chaînes d'acides nucléiques (polynucléotides). L'expression des gènes à l'intérieur des cellules des organismes change constamment à chaque fois, et les cellules de l'organisme croissent et meurent simultanément.

Les nucléotides jouent un rôle clé tout au long de ce processus.

  • Les nucléotides régulent le processus en combinaisons comme dans les acides nucléiques
  • Les nucléotides régulent également le processus métabolique lorsqu'ils sont présents sous forme libre (non associés à l'acide nucléique)

Lorsque les nucléotides forment une structure en double hélice d'ADN, ils forment un appariement de bases complémentaires parmi les nucléotides présents sur les brins polynucléotidiques opposés. 

La règle de base de la complémentarité est que la purine présente sur un brin s'apparie avec la pyrimidine complémentaire présente sur l'autre brin (la guanine s'apparie avec la cytosine et l'adénine s'apparie avec la thymine). 

  • Les purines comprennent la guanine et l'adénine
  • Les pyrimidines comprennent l'uracile, la thymine et la cytosine

nucléotides d'ADN

Voici les nucléotides qui composent l'ADN :

Désoxyguanosine triphosphate (dGTP) : C'est un nucléotide purique composé de trois groupes phosphate, du sucre désoxyribose et d'une base guanine.

Désoxythymidine triphosphate (dTTP) : C'est un nucléotide pyrimidine composé de trois groupes phosphate, du sucre désoxyribose et d'une base thymine.

Désoxycytidine triphosphate (dCTP) : C'est un nucléotide pyrimidique composé de trois groupes phosphate, du sucre désoxyribose et d'une base cytosine.

Désoxyadénosine triphosphate (dATP) : C'est un nucléotide purique composé de trois groupes phosphate, du sucre désoxyribose et d'une base adénine.

nucléotides d'ARN

Voici les nucléotides qui composent l'ARN :

Guanosine triphosphate (GTP) : C'est un nucléotide purique composé de trois groupes phosphate, d'un sucre ribose et d'une base guanine.

Uridine triphosphate (UTP) : C'est un nucléotide pyrimidine composé de trois groupes phosphate, d'un sucre ribose et d'une base uracile.

Cytidine triphosphate (CTP) : C'est un nucléotide pyrimidique composé de trois groupes phosphate, d'un sucre ribose et d'une base cytosine.

Adénosine triphosphate (ATP) : C'est un nucléotide purique composé de trois groupes phosphate, d'un sucre ribose et d'une base adénine.

Nucléotides libres

Seuls les nucléotides triphosphates se lient pour former des acides nucléiques, les nucléotides monophosphates et les nucléotides diphosphates ne s'intègrent pas dans les brins polynucléotidiques et sont présents dans la cellule sous forme de nucléotides libres. Cependant, les nucléotides mono et diphosphate sont impliqués dans d'autres processus et métabolisme cellulaires essentiels. Les nucléotides libres agissent également comme co-enzymes pour diverses enzymes pour la catalyse de réactions biochimiques. 

Disons, par exemple, que l'ATP agit comme une molécule riche en énergie et une co-enzyme pour de nombreuses réactions biochimiques. L'ATP est souvent nécessaire pour initier une variété de réactions biochimiques à l'intérieur de notre corps. 

Les nucléotides libres ont également un rôle dans l'apoptose cellulaire. Les changements dans les nucléotides activent la machinerie protéasomale de la cellule, ce qui conduit la cellule vers la mort cellulaire programmée, également connue sous le nom d'apoptose. L'apoptose est un phénomène important qui se déroule à l'intérieur de notre corps. Il donne à notre corps une forme appropriée et prévient notre corps de diverses maladies génétiques.

Conclusion

Dans cet article, nous avons discuté en détail de la structure des nucléotides. Ils ont un rôle crucial dans la formation du matériel génétique (ADN et ARN). Cependant, ils jouent également un rôle dans la décomposition et la dégradation des composants cellulaires endommagés, ce qui sera discuté dans nos prochains articles. 

Questions et réponses d'entretien liées à ce sujet

Q1 Nommez les quatre types de nucléotides ?

Répondre: Il existe cinq types de nucléotides collectivement présents dans l'ADN et l'ARN. A savoir : Adénine, Guanine, Thymine, Cytosine et Uracil. Dont l'adénine, la guanine et la cytosine sont courantes parmi l'ADN et l'ARN. Alors que l'ADN contient de la thymine et que l'ARN contient de l'uracile à la place de la thymine.

Q2 Nommez les trois composants d'un nucléotide ?

Répondre: Un nucléotide contient trois composants structurels (éléments constitutifs), qui sont les suivants :

  • une base azotée [Purine (Adénine et Guanine) ou Pyrimidine (Thymine et Cytosine)], 
  • un sucre à cinq carbones (sucre ribose dans le cas de l'ARN et sucre désoxyribose dans le cas de l'ADN) 
  • et un groupe phosphate.

Q3 Quelle est la fonction des nucléotides ?

Répondre: La fonction principale d'un nucléotide est de construire l'ADN et l'ARN, qui stockent les informations génétiques d'un organisme. Les nucléotides sont également impliqués dans les voies de signalisation cellulaire (l'AMPc agit comme un messager secondaire). Les nucléotides tels que l'ATP et le GTP sont souvent impliqués dans les mécanismes énergétiques du corps. Certains des nucléotides comme le NAD, le NADH, le NADP, le NADPH, etc., agissent souvent comme cofacteur pour les enzymes effectuant divers processus métaboliques.

Q4 Où trouve-t-on les nucléotides ?

Répondre: Les nucléotides sont abondamment présents dans le noyau de la cellule car ils sont les éléments constitutifs de l'ADN ou de l'ARN. Certains nucléotides sont présents dans le cytoplasme car ils sont également impliqués dans les voies biochimiques. Enfin, des nucléotides impliqués dans les voies de signalisation cellulaire sont également présents dans les environnements extracellulaires.

Q5 L'ADN est-il un nucléotide ?

Répondre: L'ADN comprend un grand nombre de nucléotides. Ainsi, il est connu comme un polynucléotide. 

Q6 Qu'est-ce qu'un diagramme nucléotidique ?

Répondre: Pour plus de détails sur la structure des nucléotides Cliquez ici

Q7 Comment se forme le nucléotide ?

Répondre: La formation de nucléosides est l'étape principale de la formation de nucléotides. Un nucléoside est synthétisé après qu'un sucre pentose se lie à une base azotée par une liaison N-glycosidique. Le nucléoside formé réagit avec un groupe phosphate et subit une réaction d'estérification pour produire un nucléotide. Chimiquement, un nucléotide est un ester phosphate du nucléoside.

Q8 Nucléotide vs nucléoside

Répondre: La différence fondamentale entre un nucléotide et un nucléoside est la présence d'un groupe phosphate. Le nucléoside contient une base azotée et un sucre ribose tandis que la base azotée contient une base azotée, du sucre ribose et un groupe phosphate.

Q9 Quel nucléotide s'apparie avec la cytosine ?

Répondre: La guanine forme une paire de bases complémentaire avec la cytosine. La guanine forme trois liaisons hydrogène avec la cytosine. Cet appariement de bases guanine et cytosine est une force stabilisatrice majeure de l'ADN.

Q10 Nommez le nucléotide introuvable dans l'ARN ?

Répondre: La thymine ne se trouve pas dans l'ARN. L'uracile ne se trouve dans l'ARN qu'en remplacement de la thymine. La thymine est impliquée dans les mécanismes de réparation, mais aucun mécanisme de réparation de ce type n'est requis dans l'ARN. Par conséquent, l'ARN contient de l'uracile à la place de la thymine.

Q11 quel nucléotide est toujours associé à la thymine ?

Répondre: L'adénine se marie toujours avec la thymine. La paire de bases complémentaire de la thymine est l'adénine dans le système biologique. L'adénine d'un brin d'ADN forme deux liaisons hydrogène avec la thymine d'un autre brin d'ADN, ce qui contribue à stabiliser l'ADN.

Q12 Où se trouve le nucléotide dans la cellule ?

Répondre: les nucléotides sont situés dans tout le protoplasme de la cellule. Mais abondamment trouvé dans le noyau. Les nucléotides sont également présents dans le cytoplasme et les environnements extracellulaires.

Q13 où est le nucléotide sur un brin d'ADN ?

Répondre: Le brin d'ADN est connu sous le nom de brin polynucléotidique; par conséquent, il est composé de plusieurs unités de nucléotides. Les nucléotides se trouvent dans toute la longueur de l'ADN.

Q14 Quel nucléotide va s'apparier avec Guanine ?

Répondre: La cytosine présente sur l'autre brin d'ADN forme une paire de bases complémentaire avec la guanine. Trois liaisons hydrogène sont formées entre la cytosine d'un brin d'ADN et la guanine d'un autre brin d'ADN.

Q16. Nommer les trois composants d'un seul nucléotide ?

Répondre: Les trois composants de base d'un seul nucléotide comprennent : une base azotée (purine ou pyrimidine), un sucre ribose (ribose ou désoxyribose) et un groupe phosphate.

Q18. Comment comparer et contraster les bases nucléotidiques et azotées ?

Répondre: Le nucléotide est l'unité fondamentale des acides nucléiques (ADN/ARN) qui comprend la base azotée, le sucre ribose et le groupe phosphate. Alors que l'azote lui-même est l'un des composants du nucléotide.

Q19. Que signifie analogue de nucléotide ?

Répondre: L'analogue de nucléotide est le dérivé de nucléotides standard ou de molécules structurellement similaires qui ressemblent à des nucléotides, mais ils ne remplissent pas la fonction habituellement assurée par les nucléotides.

Q20. Quelles parties du nucléotide de l'ADN sont les plus importantes ?

Répondre: Les nucléotides sont caractérisés par la présence d'un type de base azotée. Par conséquent, la base azotée est la partie la plus importante d'un nucléotide. L'ADN stocke l'information génétique sous forme de séquence nucléotidique. La présence de différentes bases azotées est responsable de la réalisation de combinaisons et de séquences dans l'ADN.

À propos du Dr Abdullah Arsalan

Je suis Abdullah Arsalan, j'ai terminé mon doctorat en biotechnologie. J'ai 7 ans d'expérience en recherche. J'ai publié jusqu'à présent 6 articles dans des revues de renommée internationale avec un facteur d'impact moyen de 4.5 et peu d'autres sont pris en compte. J'ai présenté des articles de recherche dans diverses conférences nationales et internationales. Mon domaine d'intérêt est la biotechnologie et la biochimie avec un accent particulier sur la chimie des protéines, l'enzymologie, l'immunologie, les techniques biophysiques et la biologie moléculaire.

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