RAPPEL DE QUELQUES NOTIONS

Pour les lecteurs qui le désirent, nous rappellerons ici quelques notions utiles à la lecture de
cette monographie.

Les acides nucléiques sont l'ADN: acide désoxyribonucléique et 1'ARN: acide ribonucléique.
Les molécules qui les constituent tous deux ont beaucoup de traits communs, mais présentent
quelques différences essentielles.

Les acides nucléiques sont des polymères, c'est-à-dire un assemblage d'éléments de même
type ajoutés les uns aux autres comme les maillons d'une châîne. Tant dans 1'ADN que dans
1'ARN, ces maillons sont des nucléotides.

Ces nucléotides sont constitués d'une molécule de la catégorie chimique des sucres à laquelle
sont attachés un groupement phosphate et une base.

NUCLEOTIDE = Base + sucre + groupement phosphate

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Le sucre des nucléotides qui composent 1'ADN est un désoxyribose. Les bases des nucléotides
de 1'ADN sont l'adénine (A), la guanine (G), bases dites puriques; la cytosine (C) et la thymine
(T), bases dites pyrimidiques.

Le sucre des nucléotides qui composent 1'ARN est un ribose. Les bases des nucléotides de
1'ARN sont, comme dans 1'ADN, l'adénine, la guanine, la cytosine, mais la thymine est
remplacée par une autre base pyrimidique, l'uracile"'.

(1) Néanmoins, dans l'ADN comme l'ARN, certaines de ces bases se présentent sous une forme quelque peu
modifiée chimiquement.

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 STRUCTURE PRIMAIRE DE L'ARN

La molécule d'ARN est constituée d'une chaîne simple de nucléotides, composée d'un seul
brin. L'ADN est formé d'une double chaîne de nucléotides: il contient deux chaînes simples
reliées entre elles par des liaisons hydrogène (c'est-à-dire effectuées à l'aide d'atomes
d'hydrogène) que l'on compare généralement aux barreaux d'une échelle. Ces liaisons
rattachent entre elles les bases des nucléotides de deux brins opposés, de façon que la guanine
d'un brin soit liée à la cytosine de l'autre et l'adénine du premier à la thymine du second.

La double chaîne d'ADN est enroulée en double hélice. La molécule d'ARN est repliée sur
elle-même de façon plus compliquée et sa forme varie selon les diverses catégories d'ARN'2'.

L'ordre dans lequel les nucléotides se suivent dans la molécule d'acide nucléique détermine sa
structure primaire; de fait, dans cet assemblage d'éléments construits selon un modèle
identique, la seule variable est l'identité des différentes bases qui se suivent le long de la
molécule d'acide nucléique.

La manière dont les chaînes sont reliées ou repliées détermine la structure secondaire de la
molécule d'acide nucléique: hélice pour 1'ADN, formes plus compliquées pour 1'ARN.

(2) Dans certaines zones repliées, des liaisons hydrogène peuvent s'établir; elles réunissent la guanine à la
cytosine et l'adénine à l'uracile.

Les molécules d'acides nucléiques ont également une structure tertiaire, qui représente la
manière dont elles sont, une fois de plus, enroulées ou repliées sur elles-mêmes.

I1 a été longtemps admis que la construction d'un acide nucléique commençait toujours à
l'extrémité 5'P, pour se poursuivre en direction de l'extrémité 3'0H. Les extrémités des molécules
des acides nucléiques sont désignées d'après les atomes de carbone du sucre, numérotés selon une
convention, auxquels sont reliés les groupements terlninaux: 3'0H (groupement hydroxyle lié au
carbone 3'du ribose ou du désoxyribose) et 5'P (groupement phosphate lié au carbone 5'du ribose
ou du désoxyribose). Certains faits semblent désormais indiquer, néanmoins, que la construction
de la molécule peut localement s'effectuer en sens inverse.

La réplication d' un acide nucléique, la construction d' une nouvelle molécule à partir de
l'ancienne molécule qui sert de modèle, se déroule avec l'aide de diverses enzymes (protéines
qui catalysent les réactions chimiques dans la cellule). Ces enzymes contribuent à l'assemblage
des nucléotides formés à partir d'éléments présents dans l'environnement de l'acide nucléique.
Cet environnement est constitué, chez l'être vivant (in vivo), par le contenu de la cellule; au
laboratoire (in vitro), il faut composer un milieu d' incubation contenant les éléments
nécessaires.

La réplication d'un acide nucléique exige la présence d'enzymes appelées polymérases,
nécessaires pour assembler les nouvelles châînes de nucléotides. On connaît ainsi 1'ARN
polymérase ARN dépendante, qui forme un ARN à partir d'un ARN;1'ADN polymérase ADN
dépendante, qui forme un ADN à partir d'un ADN;1'ARN polymérase ADN dépendante, qui
forme un ARN à partir d'un ADN;1'ADN polymérase ARN déDendante (transcrintase inverRe4
qui forme un ADN à partir d'un ARN.

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SCHÉMA DE LA RÉPLICATION DE L'ADN

Mais bien d'autres enzymes entrent en jeu dans la réplication des acides nucléiques,
particulièrement dans celle de 1'ADN. En effet, les brins de la double hélice se séparent pour
que puisse avoir lieu cette opération. Des enzymes spécialisées rompent localement les liaisons
hydrogène pour que d'autres enzymes puissent avoir accès aux brins désormais séparés
Chacun des brins va être copié en un nouvel ADN, apparié à son modèle pour former la double
hélice. I1 doit donc être complémentaire de l`ancien brin (et non pas identique à lui), puisque,
dans l'hélice, l'adénine fait face à la thymine et la guanine à la cytosine.

ADN

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STRUCTURE SECONDAIRE DE L'ADN

La réplication de 1'ADN s'effectue dans la direction 5'- 3'. Or les brins de la double chaîne
d'ADN, complémentaires, sont antiparallèles: à l'extrémité 5'de l'un correspond l'extrémité
3 'de l' autre. Aussi, tandis que la réplication de l'un des brins se poursuit sans difficulté dans le
sens habituel, celle de l'autre brin, appelé chaîne tardive, qui se présente dans le sens inverse
3'- 5', est plus compliquée. Elle s'accomplit par segments; ils sont répliqués dans la direction
5'- 3'et sont ensuite assemblés par des enzymes spécialisées. I1 semblerait néanmoins
aujourd'hui que certains de ces segments soient répliqués dans le sens 3'- 5'.

La réplication de la chaîne tardive s'effectue à partir de certaines séquences de nucléotides qui
constituent des sites d' initiation. A ces sites se fixent des ARN particuliers qui amorcent le
processus de synthèse d'un nouveau brin. Une fois le segment de chaîne tardive terminé,
l'amorceur est excisé par une enzyme (une ribonucléase).

Les enzymes qui interviennent dans la réplication des acides nucléiques, spécialement dans
celle de l'ADN, pour couper (nucléases), assembler, dérouler, enrouler les molécules sont très
nombreuses et toutes ne sont pas encore répertoriées.

Les caractères héréditaires d'une cellule sont inscrits dans son ADN sous forme de gènes. Les
gènes sont constitués de séquences de nucléotides. Ceux-ci sont caractérisés par les bases qu'ils
contiennent. L'ordre dans lequel les différents nucléotides (donc les différentes bases) se
succèdent le long de la molécule d'ADN déterrnine le message qu'ils contiennent et qu'ils sont
chargés d'exprimer à l'aide du code génétique.

Les gènes sont des structures très complexes. Leur ensemble constitue le génome. Il était admis
qu'un seul des brins de la double chaîne d'ADN contenait un message génétique significatif;
récemment, cependant, des gènes actifs ont été également localisés sur le second brin. Selon
les circonstances, un gène peut être exprimé ou demeurer silencieux.

Les gènes codent pour des protéines (parmi lesquelles les enzymes); à l'aide de ces protéines
se construisent les autres catégories de molécules présentes dans la cellule'3'. L' expression des
gènes - la mise en œuvre du message qu'ils contiennent - fait suite à leur activation et
s'accomplit en plusieurs étapes: la première est la transcription de l'ADN en ARN messager;
elle s'effectue à partir des sites d'initiation spécialisés. L'ARN messager migre ensuite
jusqu'aux ribosomes, petites usines cellulaires où a lieu la traduction du message, c'est-à-dire
la construction de protéines à partir de leurs éléments constitutifs, les acides aminés, arnenés à
pied d'œuvre par les ARN de transfert.

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(3) Quelques gènes codent pour des ARN dits structuraux, comme l'ARN de transfert et l'ARN ribosomiques.

DE L'ADN AUX PROTÉINES

Si elle n'est pas corrigée par les nombreux mécanismes de réparation présents dans la cellule,
une mutation, ou changement, au niveau de la séquence de nucléotides sera la source d'une
erreur, répercutée, à travers la transcription et la traduction, dans le produit final du gène: par
exemple, le remplacement d'un acide aminé par un autre peut rendre une enzyme inactive et
donner lieu à une maladie métabolique.

Les conceptions au sujet des acides nucléiques ont beaucoup évolué depuis leur découverte
dans le noyau cellulaire (auquel ils doivent leur appellation), région de la cellule qui renferme
les chromosomes, considérés comme les principaux supports de l'hérédité. Chez certains êtres
vivants, comme les bactéries, les chromosomes ne sont pas contenus dans un noyau, mais sont
libres dans le cytoplasme.

SCHÉMA D'UNE CELLULE

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Le NOYAU contient les chromosomes.
Le CYTOPLASME contient une foule d'organites différents.

L'ADN contenu dans les chromosomes y est lié de façon complexe à plusieurs autres espèces
moléculaires, comme les histones. On sait aujourd'hui que le cytoplasme contient également
non seulement de nombreux ARN, mais aussi beaucoup d'ADN, qui jouent un rôle important
dans le contrôle des régulations cellulaires et dans la transmission de certains caractères
héréditaires.

Les notions classiques s'effondrent peu à peu et toutes les découvertes récentes tendent à
présenter la cellule comme un monde de plus en plus complexe, en perpétuelle a c t i v i t é
constructrice, destructrice, réparatrice. Loin de rester conformes à leur représentation
schématique, idéale, les molécules d' ADN et d' ARN sont, dans la réalité, encombrées et
hérissées d'autres molécules de toutes sortes, qui s'y accrochent et s'en délient sans cesse.