Les principales différences dans la structure de l'ADN et de l'ARN. ARN (acide ribonucléique)

À droite se trouve la plus grande hélice d'ADN humain construite à partir de personnes sur la plage de Varna (Bulgarie), qui a été incluse dans le Livre Guinness des records le 23 avril 2016

Acide désoxyribonucléique. informations générales

L'ADN (acide désoxyribonucléique) est une sorte de modèle de vie, un code complexe qui contient des données sur des informations héréditaires. Cette macromolécule complexe est capable de stocker et de transmettre des informations génétiques héréditaires de génération en génération. L'ADN détermine les propriétés de tout organisme vivant telles que l'hérédité et la variabilité. Les informations qui y sont codées déterminent l'ensemble du programme de développement de tout organisme vivant. Des facteurs génétiquement intégrés prédéterminent tout le cours de la vie d'une personne et de tout autre organisme. L'influence artificielle ou naturelle de l'environnement externe ne peut affecter que légèrement la gravité globale des traits génétiques individuels ou affecter le développement de processus programmés.

Acide désoxyribonucléique(ADN) est une macromolécule (l'une des trois principales, les deux autres étant l'ARN et les protéines), qui assure le stockage, la transmission de génération en génération et la mise en œuvre du programme génétique pour le développement et le fonctionnement des organismes vivants. L'ADN contient des informations sur la structure diverses sortes ARN et protéines.

Dans les cellules eucaryotes (animaux, plantes et champignons), l'ADN se trouve dans le noyau cellulaire en tant que partie des chromosomes, ainsi que dans certains organites cellulaires (mitochondries et plastes). Dans les cellules des organismes procaryotes (bactéries et archées), une molécule d'ADN circulaire ou linéaire, appelée nucléoïde, est attachée de l'intérieur à la membrane cellulaire. Eux et les eucaryotes inférieurs (par exemple, la levure) ont également de petites molécules d'ADN autonomes, principalement circulaires, appelées plasmides.

D'un point de vue chimique, l'ADN est une longue molécule polymère constituée de blocs répétitifs - les nucléotides. Chaque nucléotide est composé d'une base azotée, d'un sucre (désoxyribose) et d'un groupement phosphate. Les liaisons entre les nucléotides d'une chaîne sont formées par le désoxyribose ( À PARTIR DE) et phosphate ( F) groupes (liaisons phosphodiester).

Riz. 2. Nuclertide se compose d'une base azotée, de sucre (désoxyribose) et d'un groupe phosphate

Dans l'écrasante majorité des cas (sauf pour certains virus contenant de l'ADN simple brin), la macromolécule d'ADN est constituée de deux chaînes orientées par des bases azotées l'une vers l'autre. Cette molécule double brin est torsadée en hélice.

Il existe quatre types de bases azotées présentes dans l'ADN (adénine, guanine, thymine et cytosine). Les bases azotées de l'une des chaînes sont reliées aux bases azotées de l'autre chaîne par des liaisons hydrogène selon le principe de complémentarité : l'adénine ne s'associe qu'à la thymine ( À), guanine - uniquement avec cytosine ( GC). Ce sont ces paires qui constituent les « échelons » de « l'échelle » hélicoïdale de l'ADN (voir : Fig. 2, 3 et 4).

Riz. 2. Bases azotées

La séquence de nucléotides vous permet de "coder" des informations sur divers types ARN, dont les plus importants sont l'information ou matrice (ARNm), ribosomique (ARNr) et de transport (ARNt). Tous ces types d'ARN sont synthétisés sur la matrice d'ADN en copiant la séquence d'ADN dans la séquence d'ARN synthétisée lors de la transcription et participent à la biosynthèse des protéines (processus de traduction). En plus des séquences codantes, l'ADN cellulaire contient des séquences qui remplissent des fonctions régulatrices et structurelles.

Riz. 3. Réplication de l'ADN

L'emplacement des combinaisons de base des composés chimiques de l'ADN et les rapports quantitatifs entre ces combinaisons fournissent le codage de l'information héréditaire.

Éducation nouvel ADN (réplication)

1. Le processus de réplication : le déroulement de la double hélice d'ADN - la synthèse de brins complémentaires par l'ADN polymérase - la formation de deux molécules d'ADN à partir d'une seule.
2. La double hélice "se décompose" en deux branches lorsque les enzymes rompent la liaison entre les paires de bases des composés chimiques.
3. Chaque branche est un nouvel élément d'ADN. Les nouvelles paires de bases sont connectées dans le même ordre que dans la branche mère.

Une fois la duplication terminée, deux hélices indépendantes sont formées, créées à partir des composés chimiques de l'ADN parent et ayant le même code génétique avec lui. De cette façon, l'ADN est capable de déchirer les informations d'une cellule à l'autre.

Informations plus détaillées :

STRUCTURE DES ACIDES NUCLÉIQUES

Riz. 4 . Bases azotées : adénine, guanine, cytosine, thymine

Acide désoxyribonucléique(ADN) fait référence aux acides nucléiques. Acides nucléiques est une classe de biopolymères irréguliers dont les monomères sont des nucléotides.

Nucléotides consister en Base azotée, relié à un glucide à cinq carbones (pentose) - désoxyribose(dans le cas de l'ADN) ou ribose(dans le cas de l'ARN), qui se combine avec un résidu d'acide phosphorique (H 2 PO 3 -).

Bases azotées Il en existe deux types : bases pyrimidiques - uracile (uniquement dans l'ARN), cytosine et thymine, bases puriques - adénine et guanine.

Riz. 5. Types de bases azotées : pyrimidine et purine

Les atomes de carbone d'une molécule de pentose sont numérotés de 1 à 5. Le phosphate se combine avec les troisième et cinquième atomes de carbone. C'est ainsi que les acides nucléiques sont liés entre eux pour former une chaîne d'acides nucléiques. Ainsi, nous pouvons isoler les extrémités 3' et 5' du brin d'ADN :

Riz. 6. Isolation isoler les extrémités 3' et 5' du brin d'ADN

Deux brins d'ADN forment double hélice. Ces chaînes en spirale sont orientées dans des directions opposées. Dans différents brins d'ADN, les bases azotées sont reliées les unes aux autres au moyen de liaisons hydrogène. L'adénine se combine toujours avec la thymine et la cytosine se combine toujours avec la guanine. On l'appelle règle de complémentarité.

Règle de complémentarité :

A-T G-C

Par exemple, si on nous donne un brin d'ADN qui a la séquence

3'-ATGTCCTAGCTGCTCG - 5',

alors la deuxième chaîne lui sera complémentaire et dirigée dans la direction opposée - de l'extrémité 5' à l'extrémité 3' :

5'- TACAGGATCGACGAGC- 3'.

Riz. 7. La direction des chaînes de la molécule d'ADN et la connexion des bases azotées à l'aide de liaisons hydrogène

RÉPLICATION

Réplication de l'ADN est le processus de doublement d'une molécule d'ADN par synthèse de matrice. La réplication a lieu mécanisme semi-conservateur. Cela signifie que la double hélice de l'ADN se déroule et qu'une nouvelle chaîne se complète sur chacune de ses chaînes selon le principe de complémentarité. La molécule d'ADN fille contient donc un brin de la molécule mère et un brin nouvellement synthétisé. La réplication se produit dans la direction 3' à 5' du brin parent.

Riz. 8. Réplication (doublement) de la molécule d'ADN

synthèse d'ADN- ce n'est pas un processus aussi compliqué que cela puisse paraître à première vue. Si vous y réfléchissez, vous devez d'abord comprendre ce qu'est la synthèse. C'est le processus de rassembler quelque chose. La formation d'une nouvelle molécule d'ADN se déroule en plusieurs étapes :

• L'ADN topoisomérase, située en avant de la fourche de réplication, coupe l'ADN afin de faciliter son déroulement et son déroulement.
• L'hélicase d'ADN, après la topoisomérase, affecte le processus de "déroulement" de l'hélice d'ADN.
• Les protéines de liaison à l'ADN effectuent la liaison des brins d'ADN et effectuent également leur stabilisation, les empêchant de se coller les unes aux autres.
• L'ADN polymérase synthétise le brin principal de l'ADN fille.
  

Riz. 9. Représentation schématique du processus de réplication, les nombres indiquent : (1) brin Lag, (2) brin principal, (3) ADN polymérase (Polα), (4) ADN ligase, (5) amorce ARN, (6) Primase , (7) Fragment d'Okazaki, (8) ADN polymérase (Polδ), (9) Hélicase, (10) Protéines de liaison à l'ADN simple brin, (11) Topoisomérase

Structure de l'ARN

Acide ribonucléique(ARN) est l'une des trois principales macromolécules (les deux autres sont l'ADN et les protéines) présentes dans les cellules de tous les organismes vivants.

Tout comme l'ADN, l'ARN est constitué d'une longue chaîne dans laquelle chaque maillon est appelé un nucléotide. Chaque nucléotide est composé d'une base azotée, d'un sucre ribose et d'un groupement phosphate. Cependant, contrairement à l'ADN, l'ARN a généralement un brin plutôt que deux. Le pentose dans l'ARN est représenté par le ribose et non par le désoxyribose (le ribose a un groupe hydroxyle supplémentaire sur le deuxième atome de glucide). Enfin, l'ADN diffère de l'ARN par la composition des bases azotées : à la place de la thymine ( J) l'uracile est présent dans l'ARN ( tu) , qui est également complémentaire de l'adénine.

La séquence de nucléotides permet à l'ARN de coder l'information génétique. Tous les organismes cellulaires utilisent l'ARN (ARNm) pour programmer la synthèse des protéines.

Les ARN cellulaires sont formés dans un processus appelé transcription , c'est-à-dire la synthèse d'ARN sur une matrice d'ADN, réalisée par des enzymes spéciales - les ARN polymérases.

Les ARN messagers (ARNm) participent alors à un processus appelé diffuser, celles. synthèse de protéines sur la matrice d'ARNm avec la participation de ribosomes. D'autres ARN subissent des modifications chimiques après la transcription, et après la formation de structures secondaires et tertiaires, ils remplissent des fonctions qui dépendent du type d'ARN.

Riz. 10. La différence entre l'ADN et l'ARN au niveau de la base azotée : à la place de la thymine (T), l'ARN contient de l'uracile (U), également complémentaire de l'adénine.

TRANSCRIPTION

C'est le processus de synthèse d'ARN sur une matrice d'ADN. L'ADN se déroule sur l'un des sites. L'une des chaînes contient des informations qui doivent être copiées sur la molécule d'ARN - cette chaîne est appelée codage. Le deuxième brin d'ADN, complémentaire du brin codant, est appelé brin matrice. Au cours du processus de transcription sur la chaîne matrice dans le sens 3'-5' (le long de la chaîne d'ADN), une chaîne d'ARN complémentaire est synthétisée. Ainsi, une copie d'ARN du brin codant est créée.

Riz. 11. Représentation schématique de la transcription

Par exemple, si on nous donne la séquence du brin codant

3'-ATGTCCTAGCTGCTCG - 5',

alors, selon la règle de complémentarité, la chaîne matricielle portera la suite

5'- TACAGGATCGACGAGC- 3',

et l'ARN synthétisé à partir de celui-ci est la séquence

DIFFUSER

Considérez le mécanisme synthèse des protéines sur la matrice ARN, ainsi que sur le code génétique et ses propriétés. Aussi, pour plus de clarté, sur le lien ci-dessous, nous vous recommandons de regarder une courte vidéo sur les processus de transcription et de traduction se produisant dans une cellule vivante :

Riz. 12. Processus de synthèse des protéines : l'ADN code pour l'ARN, l'ARN code pour la protéine

CODE GÉNÉTIQUE

Code génétique- un procédé de codage de la séquence d'acides aminés de protéines à l'aide d'une séquence de nucléotides. Chaque acide aminé est codé par une séquence de trois nucléotides - un codon ou un triplet.

Code génétique commun à la plupart des pro- et eucaryotes. Le tableau répertorie les 64 codons et répertorie les acides aminés correspondants. L'ordre de base va de l'extrémité 5" à l'extrémité 3" de l'ARNm.

Tableau 1. Code génétique standard

1er la Fondation non	2ème base								3e la Fondation non
	tu		C		UNE		g
tu	U U U	(Phe/F)	U C U	(Ser/S)	U A U	(Tyr/Y)	U G U	(Cys/C)	tu
	U U C		UCC		UAC		UGC		C
	U U A	(Leu/L)	UCA		U A A	Codon d'arrêt**	UGA	Codon d'arrêt**	UNE
	U U G		U C G		UAG	Codon d'arrêt**	UGG	(Trp/W)	g
C	C U U		C C U	(Soutenir)	CAU	(Son/H)	CGU	(Arg/R)	tu
	C U C		C C C		CAC		C G C		C
	C U A		CCA		C A A	(Gln/Q)	CGA		UNE
	C U G		C C G		C A G		CGG		g
UNE	A U U	(Ile/I)	A C U	(Thr/T)	UNE U	(Asn/N)	A G U	(Ser/S)	tu
	A U C		A C C		AA C		A G C		C
	A U A		un c un		A A A	(Lys/K)	AGA		UNE
	A U G	(Met/M)	A C G		AA G		A G G		g
g	G U U	(Val/V)	G C U	(Ala/A)	GA U	(Asp/D)	G G U	(Gly/G)	tu
	GU C		GCC		GAC		G G C		C
	GU A		GCA		GAA	(La colle)	G G A		UNE
	G U G		G C G		GAG		G G G		g

Parmi les triplés, il y a 4 séquences spéciales qui font office de « signes de ponctuation » :

• *Triolet AOÛT, codant également pour la méthionine, est appelé codon de départ. Ce codon commence la synthèse d'une molécule de protéine. Ainsi, lors de la synthèse des protéines, le premier acide aminé de la séquence sera toujours la méthionine.

• **Triplés SAU, UAG Et UGA appelé codons d'arrêt et ne codent pour aucun acide aminé. A ces séquences, la synthèse des protéines s'arrête.

Propriétés du code génétique

1. Tripletity. Chaque acide aminé est codé par une séquence de trois nucléotides - un triplet ou un codon.

2. Continuité. Il n'y a pas de nucléotides supplémentaires entre les triplets, les informations sont lues en continu.

3. Sans chevauchement. Un nucléotide ne peut pas faire partie de deux triplets en même temps.

4. Unicité. Un codon ne peut coder que pour un seul acide aminé.

5. Dégénérescence. Un acide aminé peut être codé par plusieurs codons différents.

6. Polyvalence. Le code génétique est le même pour tous les organismes vivants.

Exemple. On nous donne la séquence du brin codant :

3’- CCGATTGCACGTCGATCGTATA- 5’.

La chaîne matricielle aura la séquence :

5’- GGCTAACGTGCAGCTAGCATAT- 3’.

Maintenant, nous "synthétisons" l'ARN informationnel de cette chaîne :

3’- CCGAUUGCACGUCGAUCGUAUA- 5’.

La synthèse des protéines se fait dans le sens 5' → 3', il faut donc inverser la séquence pour "lire" le code génétique :

5’- AUAUGCUAGCUGCACGUUAGCC- 3’.

Trouvez maintenant le codon de départ AUG :

5’- UA AOÛT CUAGCUGCACGUUAGCC- 3’.

Divisez la séquence en triplets :

ressemble à ceci: les informations de l'ADN sont transférées à l'ARN (transcription), de l'ARN à la protéine (traduction). L'ADN peut également être dupliqué par réplication, et le processus de transcription inverse est également possible, lorsque l'ADN est synthétisé à partir d'une matrice d'ARN, mais un tel processus est principalement caractéristique des virus.

Riz. 13. Dogme central de la biologie moléculaire

GÉNOM : GÈNES ET CHROMOSOMES

(concepts généraux)

Génome - la totalité de tous les gènes d'un organisme ; son ensemble complet de chromosomes.

Le terme "génome" a été proposé par G. Winkler en 1920 pour décrire l'ensemble des gènes contenus dans l'ensemble haploïde des chromosomes d'organismes d'une même espèce biologique. Le sens original de ce terme indiquait que le concept de génome, contrairement au génotype, est une caractéristique génétique de l'espèce dans son ensemble, et non d'un individu. Avec le développement de la génétique moléculaire, le sens de ce terme a changé. On sait que l'ADN, qui est le transporteur information génétique dans la plupart des organismes et, par conséquent, constitue la base du génome, comprend non seulement des gènes dans sens moderne ce mot. La majeure partie de l'ADN des cellules eucaryotes est représentée par des séquences de nucléotides non codantes ("redondantes") qui ne contiennent pas d'informations sur les protéines et les acides nucléiques. Ainsi, la partie principale du génome de tout organisme est l'ADN entier de son ensemble haploïde de chromosomes.

Les gènes sont des segments de molécules d'ADN qui codent pour des polypeptides et des molécules d'ARN.

Au cours du siècle dernier, notre compréhension des gènes a considérablement changé. Auparavant, un génome était une région d'un chromosome qui code ou détermine un trait ou phénotypique propriété (visible), comme la couleur des yeux.

En 1940, George Beadle et Edward Tatham ont proposé une définition moléculaire d'un gène. Des scientifiques ont traité des spores de champignons Neurospora crassa Les rayons X et autres agents provoquant des modifications de la séquence d'ADN ( mutations), et ont trouvé des souches mutantes du champignon qui ont perdu certaines enzymes spécifiques, ce qui, dans certains cas, a entraîné une perturbation de l'ensemble de la voie métabolique. Beadle et Tatham sont arrivés à la conclusion qu'un gène est une section de matériel génétique qui définit ou code pour une seule enzyme. C'est ainsi que l'hypothèse "un gène, une enzyme". Ce concept a ensuite été étendu à la définition "un gène - un polypeptide", car de nombreux gènes codent pour des protéines qui ne sont pas des enzymes, et un polypeptide peut être une sous-unité d'un complexe protéique complexe.

Sur la fig. 14 montre un diagramme de la façon dont des triplets de nucléotides dans l'ADN déterminent un polypeptide, la séquence d'acides aminés d'une protéine, médiée par l'ARNm. L'un des brins d'ADN joue le rôle de matrice pour la synthèse d'ARNm dont les triplets de nucléotides (codons) sont complémentaires des triplets d'ADN. Chez certaines bactéries et de nombreux eucaryotes, les séquences codantes sont interrompues par des régions non codantes (appelées introns).

Définition biochimique moderne d'un gène encore plus précisément. Les gènes sont toutes les sections d'ADN qui codent la séquence primaire des produits finaux, qui comprennent des polypeptides ou de l'ARN qui ont une fonction structurelle ou catalytique.

Outre les gènes, l'ADN contient également d'autres séquences qui remplissent une fonction exclusivement régulatrice. Séquences réglementaires peut marquer le début ou la fin des gènes, affecter la transcription ou indiquer le site d'initiation de la réplication ou de la recombinaison. Certains gènes peuvent être exprimés de différentes manières, le même morceau d'ADN servant de matrice pour la formation de différents produits.

On peut calculer approximativement taille minimale du gène codant pour la protéine intermédiaire. Chaque acide aminé d'une chaîne polypeptidique est codé par une séquence de trois nucléotides ; les séquences de ces triplets (codons) correspondent à la chaîne d'acides aminés dans le polypeptide codé par le gène donné. Une chaîne polypeptidique de 350 résidus d'acides aminés (chaîne de longueur moyenne) correspond à une séquence de 1050 pb. ( pb). Cependant, de nombreux gènes eucaryotes et certains gènes procaryotes sont interrompus par des segments d'ADN qui ne portent pas d'informations sur la protéine, et s'avèrent donc beaucoup plus longs qu'un simple calcul ne le montre.

Combien y a-t-il de gènes sur un chromosome ?

Riz. 15. Vue des chromosomes dans les cellules procaryotes (à gauche) et eucaryotes. Les histones sont une large classe de protéines nucléaires qui remplissent deux fonctions principales : elles sont impliquées dans l'emballage des brins d'ADN dans le noyau et dans la régulation épigénétique des processus nucléaires tels que la transcription, la réplication et la réparation.

Comme vous le savez, les cellules bactériennes ont un chromosome sous la forme d'un brin d'ADN, emballé dans une structure compacte - un nucléoïde. chromosome procaryote Escherichia coli, dont le génome est entièrement décodé, est une molécule d'ADN circulaire (en fait, il ne s'agit pas d'un cercle régulier, mais plutôt d'une boucle sans début ni fin), constituée de 4 639 675 pb. Cette séquence contient environ 4300 gènes de protéines et 157 autres gènes pour les molécules d'ARN stables. DANS génome humain environ 3,1 milliards de paires de bases correspondant à près de 29 000 gènes situés sur 24 chromosomes différents.

Procaryotes (Bactéries).

Bactérie E. coli a une molécule d'ADN circulaire double brin. Il se compose de 4 639 675 p.c. et atteint une longueur d'environ 1,7 mm, qui dépasse la longueur de la cellule elle-même E. coli environ 850 fois. En plus du grand chromosome circulaire faisant partie du nucléoïde, de nombreuses bactéries contiennent une ou plusieurs petites molécules d'ADN circulaires qui se trouvent librement dans le cytosol. Ces éléments extrachromosomiques sont appelés plasmides(Fig. 16).

La plupart des plasmides ne contiennent que quelques milliers de paires de bases, certains contiennent plus de 10 000 pb. Ils portent des informations génétiques et se répliquent pour former des plasmides filles, qui pénètrent dans les cellules filles lors de la division de la cellule mère. Les plasmides se trouvent non seulement dans les bactéries, mais aussi dans les levures et autres champignons. Dans de nombreux cas, les plasmides n'offrent aucun avantage aux cellules hôtes et leur seul travail est de se reproduire indépendamment. Cependant, certains plasmides portent des gènes utiles à l'hôte. Par exemple, les gènes contenus dans les plasmides peuvent conférer une résistance aux agents antibactériens dans les cellules bactériennes. Les plasmides portant le gène de la β-lactamase confèrent une résistance aux antibiotiques β-lactamines tels que la pénicilline et l'amoxicilline. Les plasmides peuvent passer des cellules résistantes aux antibiotiques à d'autres cellules de la même espèce bactérienne ou d'espèces bactériennes différentes, ce qui fait que ces cellules deviennent également résistantes. L'utilisation intensive d'antibiotiques est un puissant facteur sélectif qui favorise la diffusion de plasmides codant pour la résistance aux antibiotiques (ainsi que des transposons codant pour des gènes similaires) chez les bactéries pathogènes, et conduit à l'émergence de souches bactériennes résistantes à plusieurs antibiotiques. Les médecins commencent à comprendre les dangers d'une utilisation généralisée des antibiotiques et ne les prescrivent qu'en cas d'absolue nécessité. Pour des raisons similaires, limité large utilisation antibiotiques pour le traitement des animaux de ferme.

Voir également: Ravin N.V., Shestakov S.V. Génome des procaryotes // Vavilov Journal of Genetics and Breeding, 2013. V. 17. No. 4/2. pages 972-984.

Eucaryotes.

Tableau 2. ADN, gènes et chromosomes de certains organismes

	ADN partagé, bs	Nombre de chromosomes*	Nombre approximatif de gènes
Escherichia coli(bactérie)	4 639 675		4 435
Saccharomyces cerevisiae(Levure)	12 080 000	16**	5 860
Caenorhabditis elegans(nématode)	90 269 800	12***	23 000
Arabidopsis thaliana(plante)	119 186 200		33 000
Drosophile melanogaster(mouche des fruits)	120 367 260		20 000
Oryza sativa(riz)	480 000 000		57 000
muscle musculaire(Souris)	2 634 266 500		27 000
Homo sapiens(Humain)	3 070 128 600		29 000

Noter. Les informations sont constamment mises à jour ; Pour des informations plus à jour, reportez-vous aux sites Web des projets génomiques individuels.

* Pour tous les eucaryotes, à l'exception de la levure, l'ensemble diploïde de chromosomes est donné. diploïde trousse chromosomes (du grec diploos - double et eidos - vue) - un double ensemble de chromosomes (2n), chacun ayant un homologue.
**Ensemble haploïde. Les souches sauvages de levure ont généralement huit ensembles (octaploïdes) ou plus de ces chromosomes.
***Pour les femmes avec deux chromosomes X. Les mâles ont un chromosome X, mais pas de Y, c'est-à-dire seulement 11 chromosomes.

Une cellule de levure, l'un des plus petits eucaryotes, possède 2,6 fois plus d'ADN qu'une cellule E. coli(Tableau 2). cellules de mouches des fruits Drosophile, un objet classique de la recherche génétique, contient 35 fois plus d'ADN, et les cellules humaines contiennent environ 700 fois plus d'ADN que les cellules E. coli. De nombreuses plantes et amphibiens contiennent encore plus d'ADN. Le matériel génétique des cellules eucaryotes est organisé sous forme de chromosomes. Ensemble diploïde de chromosomes (2 n) dépend du type d'organisme (tableau 2).

Par exemple, dans une cellule somatique humaine, il y a 46 chromosomes ( riz. 17). Chaque chromosome d'une cellule eucaryote, comme le montre la Fig. 17, mais, contient une très grande molécule d'ADN double brin. Vingt-quatre chromosomes humains (22 chromosomes appariés et deux chromosomes sexuels X et Y) diffèrent en longueur de plus de 25 fois. Chaque chromosome eucaryote contient un ensemble spécifique de gènes.

Riz. 17. chromosomes eucaryotes.mais- une paire de chromatides sœurs connectées et condensées du chromosome humain. Sous cette forme, les chromosomes eucaryotes restent après la réplication et en métaphase pendant la mitose. b- un ensemble complet de chromosomes d'un leucocyte de l'un des auteurs du livre. Chaque cellule somatique humaine normale contient 46 chromosomes.

Si vous reliez les molécules d'ADN du génome humain (22 chromosomes et les chromosomes X et Y ou X et X) entre elles, vous obtenez une séquence d'environ un mètre de long. Remarque : Chez tous les mammifères et autres organismes mâles hétérogamétiques, les femelles ont deux chromosomes X (XX) et les mâles ont un chromosome X et un chromosome Y (XY).

La plupart des cellules humaines, donc longueur totale L'ADN de ces cellules est d'environ 2m. Un humain adulte a environ 10 14 cellules, donc la longueur totale de toutes les molécules d'ADN est de 2・10 11 km. À titre de comparaison, la circonférence de la Terre est de 4・10 4 km et la distance de la Terre au Soleil est de 1,5・10 8 km. C'est à quel point l'ADN est incroyablement compact dans nos cellules !

Dans les cellules eucaryotes, il existe d'autres organites contenant de l'ADN - ce sont les mitochondries et les chloroplastes. De nombreuses hypothèses ont été émises concernant l'origine de l'ADN mitochondrial et chloroplastique. Le point de vue généralement admis aujourd'hui est qu'il s'agit des rudiments des chromosomes de bactéries anciennes qui ont pénétré dans le cytoplasme des cellules hôtes et sont devenus les précurseurs de ces organites. L'ADN mitochondrial code pour l'ARNt et l'ARNr mitochondriaux, ainsi que pour plusieurs protéines mitochondriales. Plus de 95 % des protéines mitochondriales sont codées par l'ADN nucléaire.

STRUCTURE DES GÈNES

Considérez la structure du gène chez les procaryotes et les eucaryotes, leurs similitudes et leurs différences. Malgré le fait qu'un gène est une section d'ADN codant pour une seule protéine ou ARN, en plus de la partie codante directe, il comprend également des éléments régulateurs et d'autres éléments structurels qui ont une structure différente chez les procaryotes et les eucaryotes.

séquence de codage- la principale unité structurale et fonctionnelle du gène, c'est en elle que se trouvent les triplets de nucléotides codantséquence d'acides aminés. Il commence par un codon start et se termine par un codon stop.

Avant et après la séquence de codage sont séquences 5' et 3' non traduites. Ils remplissent des fonctions régulatrices et auxiliaires, par exemple, assurent l'atterrissage du ribosome sur l'ARNm.

Les séquences non traduites et codantes constituent l'unité de transcription - la région d'ADN transcrite, c'est-à-dire la région d'ADN à partir de laquelle l'ARNm est synthétisé.

Terminateur Région non transcrite de l'ADN à l'extrémité d'un gène où la synthèse de l'ARN s'arrête.

Au début du gène est domaine réglementaire, qui comprend promoteur Et opérateur.

promoteur- la séquence avec laquelle la polymérase se lie lors de l'initiation de la transcription. Opérateur- c'est la zone à laquelle des protéines spéciales peuvent se lier - répresseurs, ce qui peut réduire l'activité de synthèse d'ARN à partir de ce gène - en d'autres termes, la réduire expression.

La structure des gènes chez les procaryotes

Le plan général de la structure des gènes chez les procaryotes et les eucaryotes ne diffère pas - tous deux contiennent une région régulatrice avec un promoteur et un opérateur, une unité de transcription avec des séquences codantes et non traduites et un terminateur. Cependant, l'organisation des gènes chez les procaryotes et les eucaryotes est différente.

Riz. 18. Schéma de la structure du gène chez les procaryotes (bactéries) -l'image est agrandie

Au début et à la fin de l'opéron, il existe des régions régulatrices communes à plusieurs gènes de structure. À partir de la région transcrite de l'opéron, une molécule d'ARNm est lue, qui contient plusieurs séquences codantes, chacune ayant son propre codon de départ et d'arrêt. De chacun de ces domainesune protéine est synthétisée. De cette façon, Plusieurs molécules de protéines sont synthétisées à partir d'une molécule d'i-ARN.

Les procaryotes sont caractérisés par la combinaison de plusieurs gènes en une seule unité fonctionnelle - opéron. Le travail de l'opéron peut être régulé par d'autres gènes, qui peuvent être sensiblement retirés de l'opéron lui-même - régulateurs. La protéine traduite à partir de ce gène s'appelle répresseur. Il se lie à l'opérateur de l'opéron, régulant l'expression de tous les gènes qu'il contient à la fois.

Les procaryotes sont également caractérisés par le phénomène conjugaisons transcription et traduction.

Riz. 19 Le phénomène de conjugaison de la transcription et de la traduction chez les procaryotes - l'image est agrandie

Malgré la grande similitude des mécanismes de fonctionnement de base des deux types de polymérases impliquées dans la synthèse des acides nucléiques, il existe des différences fondamentales entre elles. caractéristique principale est que pour l'ADN polymérase, l'ADN est à la fois une matrice et un produit de réaction, ce qui crée des problèmes importants.

Étant donné qu'au cours de la synthèse d'ARN, une double hélice hybride ADN-ARN existe temporairement dans le centre actif de l'ARN polymérase (voir sections 5, 6), l'ARN polymérase peut facilement discriminer l'hybride de la double hélice d'ADN habituelle. La haute affinité de l'environnement du centre actif de l'ARN polymérase pour l'hybride et le canal de sortie du transcrit en ARN assure la haute processivité de l'enzyme ? la capacité de travailler sans dissociation après un seul acte d'initiation de la transcription. L'ADN polymérase a une double hélice d'ADN à la fois autour de son centre actif et partout à l'extérieur du complexe polymérase. En conséquence, il y a haute probabilité sa dissociation : la processivité de l'ADN polymérase est-elle très faible ? il ne peut synthétiser pour la dissociation qu'une section de 10 μ de long. 20 nucléotides. Il doit donc y avoir un mécanisme supplémentaire pour augmenter la processivité.

La haute affinité de l'ARN polymérase pour l'hybride ADN-ARN facilite-t-elle la destruction de la double hélice d'ADN dans le sens de la polymérase lors de l'élongation de la transcription ? le transcrit déplace simplement le brin d'ADN non matrice du duplex. Pour l'ADN polymérase, un tel mécanisme est impossible: les duplex d'ADN dans le complexe avec la polymérase et devant elle ne diffèrent en rien les uns des autres; L'ADN polymérase nécessite qu'un ADN matrice simple brin soit retiré de la double hélice.

Le troisième problème est que l'ADN polymérase ne peut faire qu'une seule opération ? continuer (éditer) l'extrémité 3 "de la chaîne d'ADN, il peut initier la synthèse, créer la première liaison phosphodiester. Cela signifie qu'une certaine courte section doit être créée d'une autre manière pour qu'une autre ADN polymérase puisse poursuivre sa synthèse. Un tel section, sans laquelle l'ADN polymérase ne peut pas fonctionner est appelée une amorce.

Tous les deux acides nucléiques- L'ADN et l'ARN - ont été découverts par le biochimiste suisse Friedrich Miescher en 1869, bien avant que leur rôle dans la transmission de l'information héréditaire ne soit élucidé. Et les informations les plus complètes à leur sujet structure chimique a reçu Fabus Aron Theodore Levin (1869-1940), un scientifique américain né en Russie et formé à Saint-Pétersbourg.

La "structure de support" pour les deux acides est ce qu'on appelle le "squelette sucre-phosphate", qui dans l'ADN ressemble à la balustrade d'un escalier en colimaçon. Il se compose de résidus de sucre liés ensemble dans une chaîne à l'aide de résidus d'acide phosphorique. C'est cette construction qui maintient et maintient la structure de la molécule d'acide nucléique.

Attachées aux molécules de sucre de l'ossature sont des "bases" azotées, qui sont disposées comme des marches d'une échelle (à l'intérieur de la "rambarde"). C'est grâce aux interactions entre les atomes d'hydrogène, d'azote et d'oxygène des bases azotées que les simples brins d'ADN peuvent être combinés en structures double brin.

Les acides nucléiques sont synthétisés dans la cellule à partir des nucléotides - complexes d'une base azotée, de résidus de sucre et d'acide phosphorique, qui servent de blocs universels pour la construction d'ADN et d'ARN. Il existe cinq types de bases azotées - l'adénine (désignée dans les schémas par la lettre A), la thymine (T), la guanine (G), la cytosine (C) et l'uracile (U). Une caractéristique des interactions des bases, grâce auxquelles elles peuvent former des brins double brin, est leur stricte spécificité : A ne peut interagir qu'avec T, et G avec C (une telle correspondance exacte des bases et des brins d'ADN est appelée complémentarité, et les brins et les bases eux-mêmes sont complémentaires les uns des autres) .

Les différences entre l'ARN et l'ADN se résument au fait que le sucre ribose est inclus dans le squelette sucre-phosphate de l'ARN, tandis que dans l'ADN, le ribose "perd" un atome d'oxygène et se transforme en désoxyribose. De plus, à la place de la thymine (T), l'ARN contient de l'uracile (U). L'uracile diffère presque aussi peu de la thymine que le ribose du désoxyribose : il ne lui manque qu'un groupe méthyle latéral (_CH3). Cependant, ces différences minimes dans la structure de l'ARN et de l'ADN conduisent à une différence significative dans la structure et les fonctions de ces molécules.

L'une des différences les plus évidentes est que l'ARN de la plupart des organismes, contrairement à l'ADN double brin, existe sous la forme d'un simple brin. Cela s'explique par deux raisons. Premièrement, tous les organismes cellulaires manquent d'une enzyme pour catalyser la réaction de formation d'ARN sur une matrice d'ARN. Seuls certains virus possèdent une telle enzyme dont les gènes sont "enregistrés" sous forme d'ARN double brin. D'autres organismes ne peuvent synthétiser des molécules d'ARN que sur une matrice d'ADN. Deuxièmement, en raison de la perte du groupe méthyle par l'uracile, la liaison entre celui-ci et l'adénine est instable, de sorte que la "rétention" du deuxième brin (complémentaire) pour l'ARN est également un problème.

En raison de l'ARN simple brin forcé, contrairement à l'ADN, il ne se tord pas en spirale, mais en raison des interactions au sein de la même molécule, il forme des structures telles que des "épingles à cheveux", des "têtes de marteau", des boucles, des croix, des enchevêtrements et d'autres choses .

L'ARN est copié à partir de l'ADN selon les mêmes lois qui régissent la synthèse de l'ADN lui-même : chaque base d'ADN correspond à une base strictement complémentaire dans la molécule d'ARN en construction. Cependant, contrairement à la copie d'ADN, lorsque la molécule entière est copiée (répliquée), l'ARN ne copie que certaines sections d'ADN. La grande majorité de ces régions sont des gènes codant pour des protéines. Pour notre histoire, il est important qu'en raison d'une telle copie sélective, les molécules d'ARN soient toujours plus courtes, et dans les organismes supérieurs, elles sont beaucoup plus courtes que leurs "sœurs" - l'ADN. Il est également important que l'ADN dans les solutions aqueuses soit plus stable que l'ARN. Les différences dans leur demi-vie (c'est-à-dire le temps pendant lequel la moitié d'un nombre donné de molécules sont détruites) sont des milliers de fois.

Ainsi, au milieu des années 60 du XXe siècle, la science a pris conscience des détails du fonctionnement de deux molécules qui, plus que les protéines, convenaient au rôle de "molécules vitales primordiales" - l'ADN et l'ARN. Les deux codent l'information génétique, et les deux peuvent être utilisés pour la transporter. Mais c'est une chose - la capacité de transporter des informations, et une autre - la capacité de les transférer aux descendants par eux-mêmes, sans aide extérieure. Dans tous les systèmes vivants modernes, des virus aux animaux supérieurs, l'ADN ou l'ARN "utilisent les services" des protéines-enzymes pour transférer rapidement et efficacement, grâce à la catalyse, leurs informations codées sur plusieurs générations. Aucun des acides nucléiques monde moderne ne peut pas se copier. Une telle coopération pourrait-elle exister à l'origine de la vie sur Terre ? Comment s'est formée la triade de molécules collaboratrices - ADN, ARN et protéines - sur laquelle l'ensemble Vie moderne? Qui et pourquoi pourrait devenir le « géniteur » de ces trois « baleines moléculaires » ?

ARN MONDIAL

Ce n'est pas un hasard si nous nous sommes arrêtés aux détails de la structure de l'ARN. À la fin du XXe siècle, une autre révolution a eu lieu dans la théorie de l'origine de la vie, dont le "coupable" était précisément cette molécule, qui jusque-là semblait être soigneusement étudiée et tout à fait prévisible.

Cette histoire a commencé dans les années 70 du XXe siècle, lorsque des enzymes inhabituelles ont été découvertes dans les cellules de certains organismes : elles comprenaient, en plus des protéines, une molécule d'ARN. À la fin des années 1970, les biochimistes américains Thomas Check et Sidney Altman ont étudié indépendamment la structure et la fonction de ces enzymes. L'une des tâches consistait à élucider le rôle des ARN, qui fait partie de leur composition. Au début, suivant l'opinion généralement acceptée, les scientifiques pensaient que la molécule d'ARN n'était qu'un élément auxiliaire dans de tels complexes, peut-être responsable de la construction de la structure correcte de l'enzyme ou de l'orientation correcte lors de l'interaction de l'enzyme et du substrat (qui c'est-à-dire la molécule qui subit un changement), et la réaction catalysée est effectuée par une protéine.

Afin de clarifier la situation, les chercheurs ont séparé les composants protéiques et ARN les uns des autres et ont examiné leur capacité à catalyser. À leur grande surprise, ils ont remarqué que même après avoir retiré la protéine de l'enzyme, l'ARN restant était capable de catalyser sa réaction spécifique. Une telle découverte signifierait une révolution en biologie moléculaire : après tout, on croyait auparavant que seules les protéines, mais pas les acides nucléiques, étaient capables de catalyse.

La dernière preuve, la plus convaincante, de la capacité de l'ARN à catalyser a été la démonstration que même l'ARN synthétisé artificiellement, qui fait partie des enzymes étudiées, peut indépendamment catalyser la réaction.

Les molécules d'ARN capables de catalyse étaient appelées ribozymes (par analogie avec les enzymes, c'est-à-dire les enzymes protéiques). Pour leur découverte en 1989, Chek et Altman ont été récompensés prix Nobel en chimie.

Ces résultats ne tardèrent pas à affecter la théorie de l'origine de la vie : la molécule d'ARN devint la « favorite ». En effet, on a découvert une molécule capable de véhiculer l'information génétique et, en plus, de catalyser des réactions chimiques ! Un candidat plus approprié pour l'origine de la vie précellulaire pourrait difficilement être imaginé.

Le scénario du développement de la vie a changé. Initialement, selon la nouvelle hypothèse, de courtes chaînes de molécules d'ARN sont apparues spontanément dans les conditions de la jeune Terre. Certains d'entre eux, encore une fois spontanément, ont acquis la capacité de catalyser la réaction de leur propre reproduction (réplication). En raison d'erreurs de réplication, certaines des molécules filles différaient du parent et avaient de nouvelles propriétés, par exemple, elles pouvaient catalyser d'autres réactions.

Un autre élément clé de preuve que "au début était l'ARN" provenait d'études sur les ribosomes. Les ribosomes sont des structures du cytoplasme d'une cellule, constituées d'ARN et de protéines et responsables de la synthèse des protéines cellulaires. À la suite de leur étude, il a été révélé que dans tous les organismes, c'est l'ARN situé dans le centre catalytique des ribosomes qui est responsable de l'étape principale de l'assemblage des protéines - la connexion des acides aminés les uns aux autres. La découverte de ce fait a encore renforcé les positions des partisans du monde de l'ARN. En effet, si l'on projette l'image moderne de la vie sur son possible début, il est raisonnable de supposer que les ribosomes - structures spécialement existantes dans la cellule pour "déchiffrer" le code des acides nucléiques et produire des protéines - sont apparus autrefois sous forme de complexes d'ARN capables de se combiner acides aminés en une seule chaîne. Ainsi, à partir du monde des ARN, pourrait apparaître le monde des protéines.

Plus récemment, des observations ont été faites qui ont conduit à une autre sensation. Il s'avère que l'ARN catalyse non seulement les réactions chimiques, mais protège également les cellules des plantes et des animaux inférieurs contre les virus envahisseurs. Cette fonction est remplie par une classe spéciale d'ARN - les ARN dits courts ou petits, ainsi nommés parce que leur longueur ne dépasse généralement pas vingt et un "liens" - les nucléotides. Chez les animaux supérieurs, par exemple chez les mammifères, les petits ARN ne restent pas non plus sans travail et peuvent participer à la régulation de la lecture de l'information génétique à partir des chromosomes.

L'époque dans laquelle nous vivons est marquée par des changements étonnants, d'énormes progrès, lorsque les gens reçoivent des réponses à de plus en plus de nouvelles questions. La vie avance rapidement et ce qui, jusqu'à récemment, semblait impossible commence à se réaliser. Il est fort possible que ce qui semble aujourd'hui être une intrigue du genre science-fiction acquière bientôt aussi les traits de la réalité.

L'une des découvertes les plus importantes de la seconde moitié du XXe siècle a été les acides nucléiques ARN et ADN, grâce auxquels l'homme s'est rapproché de percer les mystères de la nature.

Acides nucléiques

Les acides nucléiques sont composés organiques avec des propriétés de haut poids moléculaire. Ils comprennent l'hydrogène, le carbone, l'azote et le phosphore.

Ils ont été découverts en 1869 par F. Misher, qui a enquêté sur le pus. Cependant, à cette époque, sa découverte n'avait pas beaucoup d'importance. Ce n'est que plus tard, lorsque ces acides ont été trouvés chez tous les animaux et des cellules végétales compris leur énorme rôle.

Il existe deux types d'acides nucléiques : l'ARN et l'ADN (acides ribonucléiques et désoxyribonucléiques). Cet article est consacré à l'acide ribonucléique, mais pour une compréhension générale, nous examinerons également ce qu'est l'ADN.

Ce qui s'est passé

L'ADN est constitué de deux brins reliés selon la loi de complémentarité par des liaisons hydrogène entre bases azotées. De longues chaînes sont tordues en spirale, un tour contient près de dix nucléotides. Le diamètre de la double hélice est de deux millimètres, la distance entre les nucléotides est d'environ un demi-nanomètre. La longueur d'une molécule atteint parfois plusieurs centimètres. La longueur de l'ADN dans le noyau d'une cellule humaine est de près de deux mètres.

La structure de l'ADN contient toute l'information génétique. L'ADN a une réplication, c'est-à-dire le processus au cours duquel deux molécules filles complètement identiques sont formées à partir d'une molécule.

Comme déjà noté, la chaîne est constituée de nucléotides, qui, à leur tour, sont constitués de bases azotées (adénine, guanine, thymine et cytosine) et d'un résidu d'acide phosphoreux. Tous les nucléotides diffèrent par leurs bases azotées. La liaison hydrogène ne se produit pas entre toutes les bases ; l'adénine, par exemple, ne peut se combiner qu'avec la thymine ou la guanine. Ainsi, il y a autant d'adénylnucléotides dans le corps que de thymidylnucléotides, et le nombre de guanylnucléotides est égal aux cytidylnucléotides (règle de Chargaff). Il s'avère que la séquence d'une chaîne prédétermine la séquence d'une autre, et les chaînes semblent se refléter. Un tel motif, où les nucléotides de deux chaînes sont disposés de manière ordonnée et sont également connectés de manière sélective, est appelé le principe de complémentarité. En plus des composés d'hydrogène, la double hélice interagit également de manière hydrophobe.

Les deux chaînes sont dans des directions opposées, c'est-à-dire qu'elles sont situées dans des directions opposées. Par conséquent, en face des trois "extrémités de l'un se trouve la cinq" extrémité de l'autre chaîne.

Ressemble extérieurement escalier en colimaçon, dont la rambarde est le squelette sucre-phosphate, et les marches sont des bases azotées complémentaires.

Qu'est-ce que l'acide ribonucléique ?

L'ARN est un acide nucléique avec des monomères appelés ribonucléotides.

Par propriétés chimiques il est très similaire à l'ADN, en ce que les deux sont des polymères de nucléotides, qui sont un N-glycoside phosphorylé construit sur un résidu pentose (sucre à cinq carbones) avec un groupe phosphate au cinquième atome de carbone et une base azotée au niveau du premier atome de carbone.

C'est une chaîne polynucléotidique unique (sauf pour les virus), beaucoup plus courte que celle de l'ADN.

Un monomère d'ARN est constitué des résidus des substances suivantes :

• bases azotées;
• monosaccharide à cinq carbones;
• acides phosphorés.

Les ARN ont des bases pyrimidiques (uracile et cytosine) et puriques (adénine, guanine). Le ribose est le monosaccharide du nucléotide d'ARN.

Différences entre l'ARN et l'ADN

Les acides nucléiques diffèrent les uns des autres par les propriétés suivantes :

• sa quantité dans la cellule dépend de l'état physiologique, de l'âge et de l'affiliation organique ;
• L'ADN contient le désoxyribose glucidique et l'ARN contient du ribose;
• la base azotée dans l'ADN est la thymine, et dans l'ARN c'est l'uracile ;
• les classes remplissent des fonctions différentes, mais sont synthétisées sur la matrice d'ADN;
• L'ADN est constitué d'une double hélice, tandis que l'ARN est constitué d'un seul brin ;
• il n'est pas caractéristique d'agir dans l'ADN ;
• L'ARN a plus de bases mineures;
• les chaînes varient considérablement en longueur.

Histoire de l'étude

La cellule à ARN a été découverte pour la première fois par un biochimiste allemand R. Altman lors de l'étude des cellules de levure. Au milieu du XXe siècle, le rôle de l'ADN dans la génétique a été prouvé. Ce n'est qu'alors que les types d'ARN, les fonctions, etc. ont été décrits. Jusqu'à 80 à 90% de la masse dans la cellule tombe sur l'ARNr, qui, avec les protéines, forme le ribosome et participe à la biosynthèse des protéines.

Dans les années soixante du siècle dernier, il a été suggéré pour la première fois qu'il devait y avoir une certaine espèce qui porte l'information génétique pour la synthèse des protéines. Après cela, il a été scientifiquement établi qu'il existe de tels acides ribonucléiques informationnels représentant des copies complémentaires de gènes. Ils sont aussi appelés ARN messagers.

Les acides dits de transport interviennent dans le décodage des informations qui y sont enregistrées.

Plus tard, des méthodes ont commencé à être développées pour identifier la séquence nucléotidique et établir la structure de l'ARN dans l'espace acide. Il a donc été découvert que certains d'entre eux, appelés ribozymes, peuvent cliver les chaînes de polyribonucléotides. En conséquence, ils ont commencé à supposer qu'au moment où la vie est née sur la planète, l'ARN agissait sans ADN ni protéines. De plus, toutes les transformations ont été réalisées avec sa participation.

La structure de la molécule d'acide ribonucléique

Presque tous les ARN sont des chaînes uniques de polynucléotides, qui, à leur tour, sont constitués de monoribonucléotides - bases puriques et pyrimidiques.

Les nucléotides désignent lettres initiales terrains:

• adénine (A), A;
• guanine (G), G;
• cytosine (C), C;
• uracile (U), U.

Ils sont reliés entre eux par des liaisons à trois et cinq phosphodiesters.

Un nombre très différent de nucléotides (de plusieurs dizaines à plusieurs dizaines de milliers) est inclus dans la structure de l'ARN. Ils peuvent former une structure secondaire composée principalement de courts brins double brin formés de bases complémentaires.

Structure d'une molécule d'acide ribnucléique

Comme déjà mentionné, la molécule a une structure simple brin. L'ARN reçoit sa structure et sa forme secondaires à la suite de l'interaction des nucléotides les uns avec les autres. C'est un polymère dont le monomère est un nucléotide constitué d'un sucre, d'un reste d'acide phosphoré et d'une base azotée. Extérieurement, la molécule est similaire à l'une des chaînes d'ADN. Les nucléotides adénine et guanine, qui font partie de l'ARN, sont des purines. La cytosine et l'uracile sont des bases pyrimidiques.

Processus de synthèse

Pour qu'une molécule d'ARN soit synthétisée, la matrice est une molécule d'ADN. Certes, le processus inverse se produit également lorsque de nouvelles molécules d'acide désoxyribonucléique se forment sur la matrice d'acide ribonucléique. Cela se produit lors de la réplication de certains types de virus.

D'autres molécules d'acide ribonucléique peuvent également servir de base à la biosynthèse. Sa transcription, qui se produit dans le noyau cellulaire, implique de nombreuses enzymes, mais la plus importante d'entre elles est l'ARN polymérase.

Sortes

Selon le type d'ARN, ses fonctions diffèrent également. Il existe plusieurs types :

• i-ARN informationnel ;
• ARNr ribosomal;
• ARN-t de transport;
• mineur;
• les ribozymes;
• viral.

Informations sur l'acide ribonucléique

Ces molécules sont également appelées matrice. Ils représentent environ deux pour cent du total dans la cellule. Dans les cellules eucaryotes, ils sont synthétisés dans les noyaux sur des matrices d'ADN, puis passent dans le cytoplasme et se lient aux ribosomes. De plus, ils deviennent des matrices pour la synthèse des protéines : ils sont reliés par des ARN de transfert qui portent des acides aminés. C'est ainsi que se déroule le processus de transformation de l'information, qui se réalise dans la structure unique de la protéine. Dans certains ARN viraux, c'est aussi un chromosome.

Jacob et Mano sont les découvreurs de cette espèce. N'ayant pas de structure rigide, sa chaîne forme des boucles courbes. Ne fonctionnant pas, l'i-ARN se rassemble en plis et se replie en boule, et se déplie en état de fonctionnement.

L'ARNm contient des informations sur la séquence d'acides aminés de la protéine en cours de synthèse. Chaque acide aminé est encodé à un endroit précis à l'aide de codes génétiques, caractérisés par :

• triplet - à partir de quatre mononucléotides, il est possible de construire soixante-quatre codons (code génétique);
• non croisé - les informations se déplacent dans une direction;
• continuité - le principe de fonctionnement est qu'un ARNm est une protéine ;
• universalité - l'un ou l'autre type d'acide aminé est codé de la même manière dans tous les organismes vivants;
• dégénérescence - vingt acides aminés sont connus et soixante et un codons, c'est-à-dire qu'ils sont codés par plusieurs codes génétiques.

Acide ribonucléique ribosomal

Ces molécules constituent la grande majorité de l'ARN cellulaire, à savoir quatre-vingt à quatre-vingt-dix pour cent de total. Ils se combinent avec des protéines et forment des ribosomes - ce sont des organites qui effectuent la synthèse des protéines.

Les ribosomes sont composés à soixante-cinq pour cent d'ARNr et à trente-cinq pour cent de protéines. Cette chaîne polynucléotidique se plie facilement avec la protéine.

Le ribosome est constitué de régions d'acides aminés et de peptides. Ils sont situés sur les surfaces de contact.

Les ribosomes se déplacent librement aux bons endroits. Ils ne sont pas très spécifiques et peuvent non seulement lire les informations de l'ARNm, mais aussi former une matrice avec eux.

Transporter l'acide ribonucléique

Les ARNt sont les plus étudiés. Ils représentent dix pour cent de l'acide ribonucléique cellulaire. Ces types d'ARN se lient aux acides aminés grâce à une enzyme spéciale et sont délivrés aux ribosomes. Dans ce cas, les acides aminés sont portés par des molécules de transport. Cependant, il arrive que des codons différents codent pour un acide aminé. Puis plusieurs ARN de transport les porteront.

Il se recroqueville en boule lorsqu'il est inactif et lorsqu'il fonctionne, il a l'apparence d'une feuille de trèfle.

Il contient les rubriques suivantes :

• une tige acceptrice ayant une séquence nucléotidique ACC ;
• site de fixation au ribosome;
• un anticodon codant pour l'acide aminé qui est attaché à cet ARNt.

Espèces mineures d'acide ribonucléique

Récemment, les espèces d'ARN ont été reconstituées avec une nouvelle classe, les soi-disant petits ARN. Ce sont très probablement des régulateurs universels qui activent ou désactivent les gènes au cours du développement embryonnaire et contrôlent également les processus au sein des cellules.

Des ribozymes ont également été récemment identifiés, ils interviennent activement lors de la fermentation de l'acide ARN, agissant comme un catalyseur.

Types viraux d'acides

Le virus est capable de contenir soit de l'acide ribonucléique, soit de l'acide désoxyribonucléique. Par conséquent, avec les molécules correspondantes, elles sont dites contenant de l'ARN. Lorsqu'un tel virus pénètre dans une cellule, une transcription inverse se produit - un nouvel ADN apparaît sur la base de l'acide ribonucléique, qui est intégré dans les cellules, assurant l'existence et la reproduction du virus. Dans un autre cas, la formation d'ARN complémentaire se produit sur l'ARN entrant. Les virus sont des protéines, l'activité vitale et la reproduction se font sans ADN, mais uniquement sur la base des informations contenues dans l'ARN du virus.

réplication

Afin d'améliorer la compréhension globale, il est nécessaire de considérer le processus de réplication, qui aboutit à deux molécules d'acide nucléique identiques. C'est ainsi que commence la division cellulaire.

Il s'agit d'ADN polymérases, d'ADN dépendantes, d'ARN polymérases et d'ADN ligases.

Le processus de réplication comprend les étapes suivantes :

• déspiralisation - il y a un déroulement séquentiel de l'ADN maternel, capturant la molécule entière;
• rupture des liaisons hydrogène, dans laquelle les chaînes divergent et une fourche de réplication apparaît;
• ajustement des dNTP aux bases libérées des chaînes maternelles ;
• clivage des pyrophosphates des molécules de dNTP et formation de liaisons phosphorodiester en raison de l'énergie libérée ;
• respiration.

Après la formation de la molécule fille, le noyau, le cytoplasme et le reste sont divisés. Ainsi, deux cellules filles sont formées qui ont complètement reçu toutes les informations génétiques.

De plus, la structure primaire des protéines synthétisées dans la cellule est codée. L'ADN participe indirectement à ce processus, et non direct, qui consiste dans le fait que c'est sur l'ADN que s'effectue la synthèse des protéines, ARN impliqués dans la formation. Ce processus est appelé transcription.

Transcription

La synthèse de toutes les molécules se produit pendant la transcription, c'est-à-dire la réécriture de l'information génétique à partir d'un opéron d'ADN spécifique. Le processus est similaire à certains égards à la réplication, et à d'autres, il est très différent.

Les similitudes sont les parties suivantes :

• le début vient de la déspiralisation de l'ADN ;
• il y a rupture des liaisons hydrogène entre les bases des chaînes ;
• Les FSN leur sont adaptés de manière complémentaire ;
• des liaisons hydrogène se forment.

Différences avec la réplication :

• lors de la transcription, seule la section d'ADN correspondant au transcripton est détorsadée, tandis que lors de la réplication, la totalité de la molécule est détorsadée ;
• pendant la transcription, les NTP accordables contiennent du ribose et, à la place de la thymine, de l'uracile;
• les informations ne sont radiées que d'une certaine zone;
• après la formation de la molécule, les liaisons hydrogène et le brin synthétisé sont rompus, et le brin se détache de l'ADN.

Pour un fonctionnement normal, la structure primaire de l'ARN ne doit être constituée que de sections d'ADN extraites des exons.

L'ARN nouvellement formé commence le processus de maturation. Les régions silencieuses sont excisées et les régions informatives sont fusionnées pour former une chaîne polynucléotidique. De plus, chaque espèce a des transformations inhérentes à elle seule.

Dans l'ARNm, l'attachement à l'extrémité initiale se produit. Le polyadénylate rejoint le site final.

Les bases sont modifiées dans l'ARNt pour former des espèces mineures.

Dans l'ARNr, les bases individuelles sont également méthylées.

Protège de la destruction et améliore le transport des protéines dans le cytoplasme. Des ARN à l'état mature leur sont connectés.

Signification des acides désoxyribonucléiques et ribonucléiques

Les acides nucléiques ont grande valeur dans la vie des organismes. Ils stockent, transfèrent au cytoplasme et héritent des informations des cellules filles sur les protéines synthétisées dans chaque cellule. Ils sont présents dans tous les organismes vivants, la stabilité de ces acides joue un rôle important pour le fonctionnement normal des cellules et de l'organisme entier. Tout changement dans leur structure conduira à des changements cellulaires.

Fait référence aux acides nucléiques. Les molécules de polymère de l'ARN sont beaucoup plus petites que celles de l'ADN. Cependant, selon le type d'ARN, le nombre de monomères nucléotidiques qu'ils contiennent varie.

Le nucléotide d'ARN contient du ribose comme sucre et de l'adénite, de la guanine, de l'uracile et de la cytosine comme base azotée. L'uracile a une structure et des propriétés chimiques similaires à la thymine, qui est commune dans l'ADN. Dans les molécules d'ARN matures, de nombreuses bases azotées sont modifiées, il existe donc en réalité beaucoup plus de variétés de bases azotées dans l'ARN.

Le ribose, contrairement au désoxyribose, possède un groupe -OH supplémentaire (hydroxyle). Cette circonstance facilite l'entrée de l'ARN dans les réactions chimiques.

La fonction principale de l'ARN dans les cellules des organismes vivants peut être appelée la mise en œuvre de l'information génétique. Grâce à différents types acide ribonucléique, le code génétique est lu (transcrit) à partir de l'ADN, après quoi les polypeptides sont synthétisés sur sa base (la traduction se produit). Ainsi, si l'ADN est principalement responsable du stockage et de la transmission de l'information génétique de génération en génération (le processus principal est la réplication), alors l'ARN met en œuvre cette information (les processus de transcription et de traduction). Dans ce cas, la transcription se produit sur l'ADN, donc ce processus s'applique aux deux types d'acides nucléiques, et puis de ce point de vue, on peut dire que l'ADN est également responsable de la mise en œuvre de l'information génétique.

À y regarder de plus près, les fonctions de l'ARN sont beaucoup plus diverses. Un certain nombre de molécules d'ARN remplissent des fonctions structurelles, catalytiques et autres.

Il y a l'hypothèse dite du monde de l'ARN, selon laquelle, au début, seules les molécules d'ARN agissaient comme porteurs d'informations génétiques dans la nature vivante, tandis que d'autres molécules d'ARN catalysaient diverses réactions. Cette hypothèse a été confirmée par un certain nombre d'expériences montrant l'évolution possible de l'ARN. Ceci est également indiqué par le fait qu'un certain nombre de virus ont une molécule d'ARN comme acide nucléique qui stocke l'information génétique.

Selon l'hypothèse du monde de l'ARN, l'ADN est apparu plus tard dans le processus sélection naturelle comme une molécule plus stable, ce qui est important pour le stockage de l'information génétique.

Il existe trois principaux types d'ARN (à côté d'eux, il y en a d'autres): matriciel (il est également informatif), ribosomique et de transport. Ils sont désignés respectivement ARNm (ou ARNm), ARNr, ARNt.

ARN messager (ARNm)

Presque tout l'ARN est synthétisé à partir de l'ADN lors de la transcription. Cependant, la transcription est souvent appelée synthèse d'ARN messager (ARNm). Cela est dû au fait que la séquence nucléotidique de l'ARNm détermine ensuite la séquence d'acides aminés de la protéine synthétisée lors de la traduction.

Avant la transcription, les brins d'ADN sont détordus et sur l'un d'eux, à l'aide d'un complexe de protéines-enzymes, l'ARN est synthétisé selon le principe de complémentarité, tout comme cela se produit lors de la réplication de l'ADN. Seulement en face de l'ADN, l'adénine, un nucléotide contenant de l'uracile, et non de la thymine, est attaché à la molécule d'ARN.

En fait, ce n'est pas l'ARN messager prêt à l'emploi qui est synthétisé sur l'ADN, mais son précurseur, le pré-ARNm. Le précurseur contient des sections de la séquence nucléotidique qui ne codent pas pour une protéine et qui, après la synthèse de pré-ARNm, sont excisées avec la participation de petits ARN nucléaires et nucléolaires (types d'ARN "supplémentaires"). Ces zones de recul sont appelées introns. Le reste de l'ARNm est appelé exons. Après élimination des introns, les exons sont fusionnés. Le processus d'élimination des introns et de jonction des exons s'appelle épissage. Une caractéristique qui complique la vie est que vous pouvez couper les introns de différentes manières, ce qui donne différents ARNm prêts à l'emploi qui serviront de modèles pour différentes protéines. Ainsi, il semble qu'un gène d'ADN puisse jouer le rôle de plusieurs gènes.

Il convient de noter que l'épissage ne se produit pas chez les organismes procaryotes. Habituellement, leur ARNm est prêt pour la traduction immédiatement après la synthèse sur l'ADN. Il se trouve que pendant que la fin de la molécule d'ARNm est encore en train d'être transcrite, les ribosomes qui synthétisent les protéines sont déjà assis à son début.

Une fois que le pré-ARNm a mûri en ARN messager et qu'il se trouve à l'extérieur du noyau, il devient une matrice pour la synthèse des polypeptides. En même temps, des ribosomes s'y « rattachent » (pas tout de suite, l'un s'avère être le premier, l'autre le second, etc.). Chacun synthétise sa propre copie de la protéine, c'est-à-dire que plusieurs molécules protéiques identiques peuvent être synthétisées sur une molécule d'ARN à la fois (il est clair que chacune sera à son propre stade de synthèse).

Le ribosome, se déplaçant du début de l'ARNm à sa fin, lit trois nucléotides chacun (bien qu'il en contienne six, c'est-à-dire deux codons) et attache l'ARN de transfert approprié (ayant l'anticodon correspondant au codon), auquel le correspondant l'acide aminé est attaché. Après cela, à l'aide du centre actif du ribosome, la partie précédemment synthétisée du polypeptide, connectée à l'ARNt précédent, est en quelque sorte "transplantée" (une liaison peptidique se forme) à l'acide aminé attaché à l'ARNt nouvellement arrivé. Ainsi, la molécule de protéine augmente progressivement.

Lorsque la molécule d'ARN messager n'est plus nécessaire, la cellule la détruit.

ARN de transfert (ARNt)

L'ARN de transfert est une molécule assez petite (selon les normes des polymères) (le nombre de nucléotides varie, en moyenne d'environ 80), dans la structure secondaire, il a la forme d'une feuille de trèfle, dans le tertiaire, il se replie en quelque chose de similaire au lettre g.

La fonction de l'ARNt est de fixer sur lui-même l'acide aminé correspondant à son anticodon. A l'avenir, la connexion avec le ribosome situé sur le codon de l'ARNm correspondant à l'anticodon, et le "transfert" de cet acide aminé. En résumé, on peut dire que l'ARN de transfert transfère (c'est pourquoi il s'agit de transport) des acides aminés vers le site de synthèse des protéines.

La faune sur Terre n'utilise qu'environ 20 acides aminés pour la synthèse de diverses molécules de protéines (en fait, il y a beaucoup plus d'acides aminés). Mais puisque, selon le code génétique, il y a plus de 60 codons, alors plusieurs codons peuvent correspondre à chaque acide aminé (en fait, certains plus, d'autres moins). Ainsi, il existe plus de 20 variétés d'ARNt, alors que différents ARN de transfert portent les mêmes acides aminés. (Mais même ici, ce n'est pas si simple.)

ARN ribosomique (ARNr)

L'ARN ribosomal est souvent également appelé ARN ribosomal. C'est la même chose.

L'ARN ribosomique représente environ 80% de tous les ARN cellulaires, car il fait partie des ribosomes, dont il y en a beaucoup dans la cellule.

Dans les ribosomes, l'ARNr forme des complexes avec des protéines et remplit des fonctions structurelles et catalytiques.

La composition du ribosome comprend plusieurs molécules d'ARNr différentes, différant les unes des autres par la longueur de la chaîne, la structure secondaire et tertiaire et les fonctions exercées. Cependant, leur fonction globale est la mise en œuvre du processus de traduction. Dans ce cas, les molécules d'ARNr lisent les informations de l'ARNm et catalysent la formation d'une liaison peptidique entre les acides aminés.

Des substances telles que les acides nucléiques sont présentes dans les cellules des organismes vivants. Ils sont nécessaires pour stocker, transmettre et mettre en œuvre l'information génétique.
L'ARN et l'ADN présentent certaines similitudes, mais il est important de connaître et de comprendre leurs différences.
Tout d'abord, nous analyserons séparément les deux acides, puis, sous forme de thèse, nous refléterons leurs caractéristiques similaires et différentes.

Acide désoxyribonucléique

L'ADN est un biopolymère. Le monomère d'ADN est à base de pentose. Le glucide de l'ADN fait exception à la règle, car sa formule (C5H10O4) diffère du glucide "normal" en ce qu'il lui manque un atome d'oxygène, c'est pourquoi ce glucide est appelé "désoxyribose".

Une base azotée (cytosine, thymine, adénine et guanine) est attachée au résidu désoxyrobose. La chaîne polymère d'ADN est formée en liant ensemble des monomères. Les "liens" adjacents sont cousus ensemble avec des résidus d'acide phosphorique, formant une liaison phosphodiester 3'-5'.

L'ADN est une double hélice antiparallèle droite. Les deux chaînes sont reliées par des liaisons hydrogène qui se produisent entre les composés hétérocycliques. Paires complémentaires dans l'ADN : A-G et C-T.

La particularité de l'ADN est qu'il est capable de créer une molécule fille ( réplication). Pour ce faire, l'hélice d'ADN diverge en deux chaînes parentes et à l'aide d'enzymes (l'enzyme principale est l'ADN polymérase), des chaînes filles sont construites sur celles-ci, selon la règle de complémentarité. En conséquence, deux brins d'ADN identiques sont formés. Ce processus garantit la transmission sans erreur des informations héréditaires de génération en génération.

Acide ribonucléique

L'ARN présente un certain nombre de différences par rapport à l'ADN, mais leur structure n'est pas fondamentalement différente. Premièrement, les ARN constituent les glucides "normaux", les riboses (C5H10O5). Deuxièmement, à la place de la base hétérocyclique de la thymine, l'ARN contient de l'uracile, dépourvu de groupe méthyle.

L'ARN est une chaîne polymère unique qui, dans des conditions favorables, est capable de changer de configuration et d'acquérir la forme d'une «épingle à cheveux» lorsque les bases azotées complémentaires les unes des autres se lient. Dans l'ARN, les paires de bases suivantes : A-G et U-C. L'ARN est plusieurs fois plus court que l'hélice d'ADN.

Il convient de mentionner les types d'ARN. Attribuez l'ARN matriciel ou messager (ARNm), l'ARN de transfert (ARNt), l'ARN ribosomique (ARNr), l'ARN de matrice de transport (ARNtm) et le petit ARN nucléaire (ARNsn). Leurs fonctions sont différentes, mais elles sont toutes nécessaires à la vie. L'ARN est la base de la biosynthèse des protéines, car l'ADN n'est pas présent dans le cytoplasme, où les molécules de protéines sont synthétisées sur les ribosomes.

Il convient de noter que le processus de synthèse des protéines commence par l'ADN, où les informations sur une substance particulière sont cryptées, puisque l'ADN est la source d'informations sur les gènes. L'ARN provient de l'ADN et y est synthétisé à l'aide d'une enzyme spéciale.

Après avoir analysé les deux acides nucléiques séparément, nous pouvons procéder au résumé. Qu'est-ce qui unit l'ADN et l'ARN et quelle est leur différence fondamentale ?

Similitudes entre l'ADN et l'ARN

1. L'ADN et l'ARN sont des polymères organiques dont les monomères sont des mononucléotides.
2. Les glucides des deux acides sont sous la forme b-D-ribofuranose.
3. Les monomères voisins dans les chaînes sont "réticulés" à l'aide de résidus d'acide phosphorique.
4. Ils contiennent des bases hétérocycliques (deux pyrimidines et deux purines).

Différences entre l'ADN et l'ARN

1. Les monomères des acides désoxyribonucléique et ribonucléique sont basés sur des glucides - pentose et ribose, respectivement.
2. L'ADN dans sa composition contient une base azotée (base pyrimidique) - thymine et ARN - uracile (il n'y a pas de groupe méthyle).
3. L'ADN est une double hélice antiparallèle droite, tandis que l'ARN est un simple brin.
4. L'ADN peut se répliquer, mais pas l'ARN.
5. Les principales fonctions de l'ADN : Stockage, transmission et mise en œuvre des informations héréditaires de génération en génération.

Les principales fonctions de l'ARN : Stockage de l'information génétique et synthèse protéique dans la cellule.

6. La molécule d'ADN est plus grande et plus lourde que la molécule d'ARN.