Généralité
Les nucléotides sont les molécules organiques qui composent les acides nucléiques de l'ADN et de l'ARN.
Les acides nucléiques sont des macromolécules biologiques d'une importance fondamentale pour la survie d'un organisme vivant, et les nucléotides en sont les éléments constitutifs.
Tous les nucléotides ont une structure générale qui comprend trois éléments moléculaires : un groupe phosphate, un pentose (c'est-à-dire un sucre à 5 carbones) et une base azotée.
Dans l'ADN, le pentose est le désoxyribose ; dans l'ARN, par contre, il s'agit du ribose.
La présence de désoxyribose dans l'ADN et de ribose dans l'ARN représente la principale différence entre les nucléotides constituant ces deux acides nucléiques.
La deuxième différence importante concerne les bases azotées : les nucléotides de l'ADN et de l'ARN n'ont en commun que 3 des 4 bases azotées qui leur sont associées.
Que sont les nucléotides ?
Les nucléotides sont les molécules organiques constituant les monomères des acides nucléiques d'ADN et d'ARN.
Selon une autre définition, les nucléotides sont les unités moléculaires qui composent les acides nucléiques ADN et ARN.
Les monomères chimiques et biologiques définissent des unités moléculaires qui, disposées en longues chaînes linéaires, forment de grosses molécules (macromolécules), mieux connues sous le nom de polymères.
Structure générale
Les nucléotides possèdent une structure moléculaire qui comprend trois éléments :
- Un groupe phosphate, qui est un dérivé de l'acide phosphorique ;
- Un sucre à 5 atomes de carbone, c'est-à-dire un pentose ;
- Une base azotée, qui est une molécule hétérocyclique aromatique.
Le pentose représente l'élément central des nucléotides, car le groupe phosphate et la base azotée s'y fixent.
Figure : Éléments qui composent un nucléotide générique d'un acide nucléique. Comme on peut le voir, le groupe phosphate et la base azotée se lient au sucre.
La liaison chimique qui maintient ensemble le pentose et le groupe phosphate est une liaison phosphodiester (ou liaison phosphodiester), tandis que la liaison chimique qui lie le pentose et la base azotée est une liaison N-glycosidique (ou liaison N-glycosidique. ).
QUELS CHARBONS DU PENTOSO SONT IMPLIQUÉS DANS LES DIVERS LIENS ?
Prémisse: les chimistes ont pensé à numéroter les carbones qui composent les molécules organiques, de manière à simplifier leur étude et leur description. Voici donc que les 5 carbones d'un pentose deviennent : carbone 1, carbone 2, carbone 3, carbone 4 et carbone 5. Le critère d'attribution des nombres est assez complexe, c'est pourquoi nous considérons qu'il convient de l'omettre.
Sur les 5 carbones qui forment les pentoses des nucléotides, ceux impliqués dans les liaisons avec la base azotée et le groupement phosphate sont respectivement le carbone 1 et le carbone 5.
- Pentose carbone 1 → liaison N-glycosidique → base azotée
- Carbone pentose 5 → liaison phosphodiester → groupe phosphate
LES NUCLEOTIDES SONT DES NUCLEOSIDES AVEC UN GROUPE PHOSPHATE
Figure : Structure d'un pentose, numérotation de ses carbones constitutifs et liaisons avec la base azotée et le groupe phosphate.
Sans l'élément du groupe phosphate, les nucléotides deviennent des nucléosides.
Un nucléoside, en effet, est une molécule organique, issue de l'union entre un pentose et une base azotée.
Cette annotation sert à expliquer certaines définitions des nucléotides, qui stipulent : « les nucléotides sont des nucléosides qui ont un ou plusieurs groupes phosphate liés au carbone 5 ».
Différence entre l'ADN et l'ARN
Les nucléotides de l'ADN et de l'ARN diffèrent les uns des autres, du point de vue structurel.
La principale différence réside dans le pentose : dans l'ADN, le pentose est le désoxyribose ; dans l'ARN, par contre, il s'agit du ribose.
Le désoxyribose et le ribose sont différents pour un seul atome : en effet, il manque un atome d'oxygène sur le carbone 2 du désoxyribose (NB : c" n'est qu'un hydrogène), qui, au contraire, est présent sur le carbone 2 du ribose (NB : ici, l'oxygène rejoint un hydrogène, formant un groupe hydroxyle (OH).
Cette différence à elle seule a une importance biologique énorme : l'ADN est le patrimoine génétique dont dépendent le développement et le bon fonctionnement des cellules d'un organisme vivant ; L'ARN, quant à lui, est la macromolécule biologique principalement responsable du codage, du décodage, de la régulation et de l'expression des gènes de l'ADN.
L'autre différence importante entre les nucléotides d'ADN et d'ARN concerne les bases azotées.
Pour bien comprendre cette seconde inégalité, il est nécessaire de prendre un peu de recul.
Figure : Sucres à 5 carbones qui composent les nucléotides de l'ARN (ribose) et de l'ADN (désoxyribose).
Les bases azotées sont des molécules de nature organique, qui, dans les acides nucléiques, représentent l'élément distinctif des différents types de nucléotides constitutifs.En effet, dans les nucléotides d'ADN comme dans les nucléotides d'ARN, le seul élément variable est la base azotée. le squelette du groupe sucre-phosphate reste inchangé.
Tant dans l'ADN que dans l'ARN, les bases azotées possibles sont au nombre de 4 ; donc les types de nucléotides, pour chaque acide nucléique, sont en tout 4.
Ceci dit, revenant à la deuxième différence importante entre les nucléotides de l'ADN et de l'ARN, ces deux acides nucléiques n'ont en commun que 3 bases azotées sur 4. Dans ce cas, l'adénine, la guanine et la cytosine sont les 3 bases azotées présentes dans à la fois l'ADN et l'ARN ; la thymine et l'uracile, d'autre part, sont respectivement la quatrième base azotée de l'ADN et la quatrième base de l'ARN.
Par conséquent, à part le pentose, les nucléotides d'ADN et les nucléotides d'ARN sont les mêmes pour 3 types sur 4.
Classes d'appartenance des bases azotées
L'adénine et la guanine appartiennent à la classe des bases azotées, appelées purines. Les purines sont des composés hétérocycliques aromatiques à double cycle.
La thymine, la cytosine et l'uracile, en revanche, appartiennent à la classe des bases azotées, appelées pyrimidines.Les pyrimidines sont des composés hétérocycliques aromatiques à cycle unique.
AUTRE NOM DES NUCLEOTIDES D'ADN ET D'ARN
Les nucléotides à sucre désoxyribose, c'est-à-dire les nucléotides d'ADN, prennent le nom alternatif de désoxyribonucléotides, précisément en raison de la présence dudit sucre.
Pour des raisons similaires, les nucléotides avec le sucre ribose, c'est-à-dire les nucléotides de l'ARN, prennent le nom alternatif de ribonucléotides.
- Désoxyribonucléotide adénine
- Désoxyribonucléotide de guanine
- Désoxyribonucléotide cytosine
- Désoxyribonucléotide thymine
- Ribonucléotide adénine
- Guanine Ribonucléotide
- Cytosine Ribonucléotide
- Uracil ribonucléotide
Organisation en acides nucléiques
En composant un acide nucléique, les nucléotides s'organisent en longs brins, semblables à des chaînes.
Chaque nucléotide formant ces longs brins se lie au nucléotide suivant au moyen d'une liaison phosphodiester entre le carbone 3 de son pentose et le groupe phosphate du nucléotide suivant immédiatement.
LES EXTRÉMITÉS
Les brins nucléotidiques (ou brins nucléotidiques), qui constituent les acides nucléiques, ont deux extrémités, appelées extrémité 5 "(lire" cinq extrémités prime ") et 3" (lire "trois extrémités prime"). Par convention, les biologistes et les généticiens ont établi que « l'extrémité 5 » représente la tête d'un brin formant un acide nucléique, tandis que « l'extrémité 3 » représente sa queue.
Du point de vue chimique, le "5 bout" coïncide avec le groupe phosphate du premier nucléotide de la chaîne, tandis que le "3 bout" coïncide avec le groupe hydroxyle (OH) placé sur le carbone 3 du dernier nucléotide.
C'est sur la base de cette organisation que, dans les ouvrages de génétique et de biologie moléculaire, les brins nucléotidiques sont décrits comme suit : P-5 "→ 3" -OH.
* Remarque : la lettre P indique l'atome de phosphore du groupe phosphate.
Rôle biologique
L'expression des gènes dépend de la séquence nucléotidique de l'ADN.Les gènes sont des segments plus ou moins longs d'ADN (c'est-à-dire des segments de nucléotides), qui contiennent les informations essentielles à la synthèse des protéines.Constituées d'acides aminés, les protéines sont des macromolécules biologiques, qui jouent un rôle fondamental dans la régulation des mécanismes cellulaires d'un organisme.
La séquence nucléotidique d'un gène donné spécifie la séquence d'acides aminés de la protéine apparentée.
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