Structure générale de la molécule
L'ARN est un hétéropolymère linéaire simple brin. L'unité structurale est le ribonucléotide, qui se compose de trois éléments obligatoires :
- Glucide : un pentose (le ribose).
- Bases azotées : puriques (adénine et guanine) ou pyrimidiques (cytosine et uracile).
- Résidu d'acide phosphorique.
Les nucléotides sont reliés entre eux pour former une chaîne unique exactement de la même manière que dans la molécule d'ADN, par l'intermédiaire de l'atome de carbone du sucre et du groupe phosphate. Outre la traduction des protéines, la molécule est capable d'exercer des fonctions endonucléasiques spécialisées et de réguler les étapes de l'expression génique.
Principaux types d'ARN (proaryotes et eucaryotes)
Trois classes principales d'ARN sont constamment présentes dans les cellules de tous les organismes vivants :
- ARN ribosomique (ARNr). Il représente la grande majorité (environ 85 %) de tout l'ARN cellulaire. Ce sont les plus grandes molécules, d'une masse de 1,0 à 1,5 million de Daltons et d'une longueur pouvant atteindre 5 000 nucléotides. Il est synthétisé dans le nucléole sur des gènes spécialisés (chez l'homme, ils sont situés sur les 13e, 14e, 15e, 21e et 22e paires de chromosomes). Sa fonction principale est la formation du centre actif du ribosome et l'assurance de son interaction avec l'ARNt. Par ailleurs, les ribosomes cytoplasmiques des eucaryotes (80S) sont plus grands que les structures des procaryotes, des mitochondries et des plastes (70S).
- ARN de transfert (ARNt). Il représente environ 10 %. Ce sont les chaînes les plus courtes (70 à 90 nucléotides, masse de 25 à 30 kDa). Sa tâche principale est le transport des acides aminés dans le cytoplasme vers le site d'assemblage du polypeptide.
- ARN messager (ARNm). Il représente environ 5 %, mais sa quantité varie considérablement en fonction du stade du cycle cellulaire et de l'intensité de la synthèse protéique. Sa taille varie fortement (300 à 3000 nucléotides) selon le volume d'information copiée. Il est synthétisé dans le noyau au cours de la transcription et transporte le code de la structure des protéines vers les ribosomes.
Types spécifiques d'ARN eucaryotes
Dans les cellules eucaryotes, on distingue en outre des molécules participant à la maturation des chaînes messagères :
- ARN nucléaire hétérogène (hnRNA / ARNm hétérogène). Situé dans le noyau, il constitue un mélange de transcripts de nombreux gènes nucléaires. Il comprend des copies primaires (correspondant à la longueur du gène) et des chaînes partiellement traitées qui, au cours de l'épissage, perdent leurs introns pour devenir un ARNm mature.
- Petit ARN nucléaire (snRNA / ARNsn). Des molécules courtes mais extrêmement stables, qui font partie des particules ribonucléoprotéiques du noyau. Chez les mammifères, elles forment les spliceosomes — des structures destinées à exciser les régions non informatives. En raison de leur forte teneur en uracile, on les appelle ARN-U. Ils se distinguent par une conservation extraordinaire : chez tous les vertébrés, leurs séquences sont identiques à 95 %.
Structure et fonctionnement de l'ARNt
La molécule d'ARN de transfert possède une structure secondaire spécifique qui rappelle la forme d'une « feuille de trèfle ». On distingue plusieurs centres clés dans sa configuration :
- Tige accepteur. Située aux extrémités de la chaîne (extrémités 3' et 5') ; c'est ici que se fixe l'acide aminé correspondant.
- Boucle T et boucle D.
- Boucle anticodon. Contient un triplet de nucléotides (l'anticodon) qui est strictement complémentaire au codon de l'ARNm.
Le processus de fixation de l'acide aminé se déroule en dehors du ribosome avec la participation d'enzymes : les aminoacyl-ARNt synthétases. Le complexe formé est appelé aminoacyl-ARNt. Grâce à la complémentarité entre l'anticodon et le codon de l'ARNm, l'acide aminé apporté occupe une place strictement définie dans la protéine en cours d'élaboration.
Caractéristiques comparatives de l'ADN et de l'ARN
Malgré leur parenté chimique, les molécules présentent des différences structurelles et fonctionnelles fondamentales.
| Caractéristique | ADN | ARN |
|---|---|---|
| Nombre de brins | Deux | Un |
| Glucide (pentose) | Désoxyribose | Ribose |
| Bases azotées | Adénine (A), Thymine (T), Guanine (G), Cytosine (C) | Adénine (A), Uracile (U), Guanine (G), Cytosine (C) |
| Localisation (procaryotes) | Cytoplasme | Cytoplasme, ribosomes |
| Localisation (eucaryotes) | Noyau, organites (plastes, mitochondries) | Noyau, nucléole, cytoplasme, ribosomes, organites |
En bref : réponses aux questions sur le sujet
Quelles étapes, en plus de l'épissage, la maturation du pré-ARNm comprend-elle ?
Le traitement du transcrit primaire (pré-ARNm) dans le noyau, outre l'excision des introns et la jonction des exons, comprend deux étapes de modification des extrémités de la molécule :
- La coiffe (capping) — l'ajout d'une coiffe 5' à l'extrémité 5' de la molécule.
- La polyadénylation — l'ajout d'une queue poly(A) à l'extrémité 3'.
Ces réactions biochimiques transforment le transcrit primaire inactif en un ARNm mature et fonctionnellement actif, prêt à être exporté par les pores nucléaires et à subir la traduction ultérieure.
Quels types d'ARN polymérases sont responsables de la synthèse de l'ARNr, de l'ARNm et de l'ARNt chez les eucaryotes ?
Chez les eucaryotes, trois types différents d'ARN polymérases nucléaires, dotés d'une structure quaternaire complexe, sont responsables de la synthèse des principaux types d'ARN :
- L'ARN polymérase I — transcrit les gènes des ARN ribosomiques (ARNr).
- L'ARN polymérase II — transcrit les gènes codant pour des protéines (synthétise l'ARN messager ou ARNm), ainsi que les gènes des petits ARN nucléaires.
- L'ARN polymérase III — est responsable de la transcription des gènes des ARN de transfert (ARNt), de l'ARNr 5S et de certains types d'ARNsn.
Pour vous souvenir de la différence entre les bases, retenez la règle : l'ARN ne contient pas de Thymine, mais de l'Uracile à la place. Et la structure de l'ARNt se visualise facilement comme une fleur de trèfle, où la tige « retient » l'acide aminé et la feuille opposée (l'anticodon) « lit » la matrice.
Questions des cours et des examens
Où a lieu la synthèse de l'ARN ribosomal dans la cellule ?
La synthèse de l'ARNr se déroule dans le noyau, au niveau du nucléole, sur des régions spécifiques du génome (les organisateurs nucléolaires).
Quelle est la particularité de l'ARN viral ?
Chez de nombreux virus à ARN (rétrovirus), cette molécule constitue le principal support de l'information génétique, et sa structure peut être non seulement simple brin, mais aussi double brin.
Qu'est-ce que l'épissage et quel ARN y participe ?
L'épissage est le processus de maturation de l'ARNm au cours duquel les régions non informatives (introns) sont éliminées. Les petits ARN nucléaires (ARNsn), qui forment les spliceosomes, participent activement à ce processus.
À étudier également sur le sujet
- Organisation de l'organisateur nucléolaire dans les chromosomes humains
- Mécanisme d'action des enzymes aminoacyl-tARN-synthétases (codases)
- Différences de structure des sous-unités des ribosomes 70S et 80S
- Fonctions régulatrices et endonucléasiques des acides ribonucléiques
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