Un modèle spatial de la molécule d'ADN a été proposé en 1953 par des chercheurs américains, le généticien James Watson (né en 1928) et le physicien Francis Crick (né en 1916). Pour leurs contributions exceptionnelles à cette découverte, ils ont reçu le prix Nobel de physiologie ou médecine en 1962.

L'acide désoxyribonucléique (ADN) est un biopolymère dont le monomère est un nucléotide. Chaque nucléotide contient un résidu d'acide phosphorique lié au sucre désoxyribose, qui, à son tour, est lié à une base azotée. Il existe quatre types de bases azotées dans la molécule d'ADN : l'adénine, la thymine, la guanine et la cytosine.

La molécule d'ADN est constituée de deux longues chaînes entrelacées sous la forme d'une spirale, le plus souvent à droite. L'exception concerne les virus qui contiennent de l'ADN simple brin.

L'acide phosphorique et le sucre, qui font partie des nucléotides, forment la base verticale de l'hélice. Les bases azotées sont situées perpendiculairement et forment des « ponts » entre les hélices. Les bases azotées d'une chaîne se combinent avec les bases azotées d'une autre chaîne selon le principe de complémentarité, ou de correspondance.

Le principe de complémentarité. Dans une molécule d'ADN, l'adénine se combine uniquement avec la thymine, la guanine - uniquement avec la cytosine.

Les bases azotées sont parfaitement adaptées les unes aux autres. L'adénine et la thymine sont reliées par deux liaisons hydrogène, la guanine et la cytosine par trois. Par conséquent, plus d’énergie est nécessaire pour rompre la liaison guanine-cytosine. La thymine et la cytosine, de même taille, sont beaucoup plus petites que l'adénine et la guanine. La paire thymine-cytosine serait trop petite, la paire adénine-guanine serait trop grande et l’hélice d’ADN serait courbée.

Les liaisons hydrogène sont faibles. Ils se déchirent facilement et tout aussi facilement restaurés. Les chaînes à double hélice peuvent s'écarter comme une fermeture éclair sous l'action d'enzymes ou à des températures élevées.

5. Molécule d'ARN Acide ribonucléique (ARN)

La molécule d'acide ribonucléique (ARN) est également un biopolymère composé de quatre types de monomères - les nucléotides. Chaque monomère d'une molécule d'ARN contient un résidu d'acide phosphorique, le sucre ribose et une base azotée. De plus, les trois bases azotées sont les mêmes que dans l'ADN - l'adénine, la guanine et la cytosine, mais au lieu de la thymine, l'ARN contient de l'uracile, dont la structure est similaire. L'ARN est une molécule simple brin.

Le contenu quantitatif des molécules d'ADN dans les cellules de toutes espèces est presque constant, mais la quantité d'ARN peut varier considérablement.

Types d'ARN

Selon la structure et la fonction exercée, on distingue trois types d'ARN.

1. Transférer l’ARN (ARNt). Les ARN de transfert se trouvent principalement dans le cytoplasme de la cellule. Ils transportent les acides aminés vers le site de synthèse des protéines dans le ribosome.

2. ARN ribosomal (ARNr). L'ARN ribosomal se lie à certaines protéines et forme des ribosomes - des organites dans lesquels se produit la synthèse des protéines.

3. ARN messager (ARNm) ou ARN messager (ARNm). L'ARN messager transporte des informations sur la structure des protéines de l'ADN au ribosome. Chaque molécule d'ARNm correspond à une section spécifique d'ADN, qui code pour la structure d'une molécule protéique. Par conséquent, pour chacune des milliers de protéines synthétisées dans la cellule, il existe son propre ARNm spécial.

Les scientifiques anglais J. Watson et F. Crick (1953) ont proposé un modèle spatial de la molécule d'ADN. Selon ce modèle, une macromolécule est une hélice constituée de deux chaînes polynucléotidiques torsadées autour d'un axe commun. Les bases puriques et pyrimidiques sont dirigées vers l’intérieur de l’hélice. Des liaisons hydrogène se produisent entre la base purique d’une chaîne et la base pyrimidine de l’autre. Ces bases forment des couples complémentaires :

A = T (relié par deux liaisons H), GC (trois liaisons H).

Ainsi, la structure secondaire de l'ADN est une double hélice formée en raison des liaisons H entre des paires complémentaires de bases hétérocycliques et des forces de Van der Waals entre les bases azotées.

Des liaisons hydrogène se forment entre le groupe – NH d’une base et

, ainsi qu'entre les atomes d'azote d'amide et d'imide

Les liaisons H stabilisent la double hélice.

La complémentarité des chaînes est la base chimique des fonctions les plus importantes de l’ADN : le stockage et la transmission des caractéristiques héréditaires. L'ADN ne contient que quatre bases (A, G, C, T). L'unité codante de chaque acide aminé protéique est un triplet (un code de trois bases). Une section d'une molécule d'ADN contenant dans sa séquence nucléotidique des informations sur la séquence d'unités d'acides aminés dans la protéine en cours de synthèse est appelée un gène. La macromolécule d'ADN contient de nombreux gènes.

Cependant, la séquence nucléotidique de l'ADN, sous l'influence de divers facteurs, peut subir des modifications appelées mutation. Le type de mutation le plus courant est le remplacement d’une paire de bases par une autre. La raison en est un changement dans l’équilibre tautomérique. Par exemple, remplacer la paire T-A habituelle par une paire T-G. Avec l'accumulation de mutations, le nombre d'erreurs dans la biosynthèse des protéines augmente. La deuxième raison de l'apparition d'une mutation réside dans des facteurs chimiques, ainsi que divers types de rayonnements. Les mutations sous l'influence de composés chimiques sont d'une grande importance pour gérer l'hérédité afin de l'améliorer - sélection des cultures, création de souches de micro-organismes produisant des antibiotiques, des vitamines et des levures fourragères.

En règle générale, une macromolécule d'ARN est une chaîne polypeptidique unique qui prend diverses formes spatiales, y compris des formes hélicoïdales.

Les molécules d'ADN sont situées dans les noyaux des cellules et la synthèse des protéines s'effectue dans le cytoplasme des ribosomes avec la participation de l'ARN, qui copie l'information génétique, la transfère au site de synthèse des protéines et participe au processus de synthèse des protéines.

Les nucléotides revêtent une grande importance non seulement en tant que matériaux de construction pour la NK. Ils participent à des processus biochimiques, par exemple au métabolisme énergétique cellulaire (ATP), au transfert de groupes phosphate, aux réactions redox, etc.

Les progrès dans l'étude de la structure des NK et de leurs fonctions ont conduit au développement d'une nouvelle branche de la science biologique : le génie génétique, qui permet de contrôler les processus intracellulaires. Il existe donc des perspectives exceptionnelles pour résoudre des problèmes en médecine (prévention et traitement des maladies), dans l'industrie (par exemple, la biotechnologie basée sur l'utilisation de nouveaux micro-organismes qui, grâce à la présence de nouveaux gènes, synthétisent de nouveaux composés), etc. Ces réalisations scientifiques montrent que les processus vitaux des organismes reposent sur de véritables processus chimiques se produisant dans les cellules au niveau moléculaire.

Une molécule d'ADN est un polynucléotide dont les unités monomères sont quatre désoxyribonucléotides (dAMP, dGMP, dCMP et dTMP). Le rapport des nucléotides dans l'ADN de différents organismes est différent. En plus des bases azotées majeures, l'ADN contient également d'autres désoxyribonucléotides avec des bases mineures : 5-méthylcytosine, 5-hydroxyméthylcytosine, 6-méthylaminopurine.

Après qu’il soit devenu possible d’utiliser la méthode de cristallographie aux rayons X pour étudier des macromolécules biologiques et obtenir des diagrammes de rayons X parfaits, il a été possible d’élucider la structure moléculaire de l’ADN. Cette méthode est basée sur le fait qu'un faisceau de rayons X parallèles incident sur un amas cristallin d'atomes forme un diagramme de diffraction qui dépend principalement de la masse atomique de ces atomes et de leur localisation dans l'espace. Dans les années 40 du siècle dernier, une théorie sur la structure tridimensionnelle de la molécule d'ADN a été avancée. W. Astbury a prouvé qu'il s'agit d'un empilement de nucléotides plats superposés les uns aux autres.

Structure primaire d'une molécule d'ADN

La structure primaire des acides nucléiques fait référence à la séquence d'arrangement des nucléotides dans la chaîne polynucléotidique de l'ADN. Les nucléotides sont liés les uns aux autres à l'aide de liaisons phosphodiester, qui se forment entre le groupe OH en position 5 du désoxyribose d'un nucléotide et le groupe OH en position 3 du pentose d'un autre.

Les propriétés biologiques des acides nucléiques sont déterminées par le rapport qualitatif et la séquence des nucléotides le long de la chaîne polynucléotidique.

La composition nucléotidique de l'ADN dans différents organismes est spécifique et est déterminée par le rapport (G + C)/(A + T). À l'aide du coefficient de spécificité, le degré d'hétérogénéité de la composition nucléotidique de l'ADN dans des organismes d'origines différentes a été déterminé. Ainsi, chez les plantes et les animaux supérieurs, le rapport (G+C)/(A+T) fluctue légèrement et a une valeur supérieure à 1. Pour les micro-organismes, le coefficient de spécificité varie considérablement - de 0,35 à 2,70. Dans le même temps, une espèce biologique donnée contient de l'ADN de même composition nucléotidique, c'est-à-dire que l'on peut dire qu'en termes de contenu en paires de bases GC, l'ADN de la même espèce est identique.

La détermination de l'hétérogénéité de la composition nucléotidique de l'ADN par le coefficient de spécificité ne fournit pas encore d'informations sur ses propriétés biologiques. Ce dernier est dû à la séquence différente des régions nucléotidiques individuelles dans la chaîne polynucléotidique. Cela signifie que l’information génétique contenue dans les molécules d’ADN est codée dans une séquence spécifique de ses unités monomères.

La molécule d'ADN contient des séquences nucléotidiques conçues pour initier et terminer les processus de synthèse de la synthèse d'ARN (transcription), (traduction). Il existe des séquences nucléotidiques qui servent à lier des molécules régulatrices activatrices et inhibitrices spécifiques, ainsi que des séquences nucléotidiques qui ne contiennent aucune information génétique. Il existe également des régions modifiées qui protègent la molécule de l'action des nucléases.

Le problème de la séquence nucléotidique de l’ADN n’est pas encore complètement résolu. La détermination de la séquence nucléotidique des acides nucléiques est une procédure laborieuse qui implique l'utilisation d'une méthode de clivage nucléique spécifique de molécules en fragments séparés. À ce jour, la séquence nucléotidique complète des bases azotées a été établie pour la plupart des ARNt d’origines différentes.

Molécule d'ADN : structure secondaire

Watson et Crick ont ​​conçu le modèle de la double hélice : selon ce modèle, deux chaînes polynucléotidiques s'enroulent l'une autour de l'autre, formant une sorte d'hélice.

Les bases azotées qu'ils contiennent sont situées à l'intérieur de la structure et le squelette phosphodiester est à l'extérieur.

Molécule d'ADN : structure tertiaire

L'ADN linéaire d'une cellule a la forme d'une molécule allongée ; il est conditionné dans une structure compacte et occupe seulement 1/5 du volume de la cellule. Par exemple, la longueur de l'ADN d'un chromosome humain atteint 8 cm et est conditionnée de manière à s'insérer dans un chromosome d'une longueur de 5 nm. Cet arrangement est possible grâce à la présence de structures d’ADN hélicoïdales. Il s'ensuit que l'hélice d'ADN double brin dans l'espace peut être davantage repliée en une certaine structure tertiaire - une superhélice. La conformation superhélicoïdale de l'ADN est caractéristique des chromosomes des organismes supérieurs. Une telle structure tertiaire est stabilisée par les résidus d'acides aminés qui composent les protéines qui forment le complexe nucléoprotéique (chromatine). Par conséquent, l'ADN est associé à des protéines de nature principalement basique - les histones, ainsi qu'aux protéines acides et aux phosphoprotéines.

Nous savons tous que l’apparence d’une personne, certaines habitudes et même certaines maladies sont héritées. Toutes ces informations sur un être vivant sont codées dans les gènes. Alors, à quoi ressemblent ces gènes notoires, comment fonctionnent-ils et où se trouvent-ils ?

Ainsi, le porteur de tous les gènes de toute personne ou animal est l'ADN. Ce composé a été découvert par Johann Friedrich Miescher en 1869. Chimiquement, l'ADN est de l'acide désoxyribonucléique. Qu'est-ce que cela signifie? Comment cet acide porte-t-il le code génétique de toute vie sur notre planète ?

Commençons par regarder où se trouve l’ADN. Une cellule humaine contient de nombreux organites qui remplissent diverses fonctions. L'ADN est situé dans le noyau. Le noyau est un petit organite entouré d’une membrane spéciale et dans lequel tout le matériel génétique – l’ADN – est stocké.

Quelle est la structure d’une molécule d’ADN ?

Tout d’abord, regardons ce qu’est l’ADN. L'ADN est une très longue molécule constituée d'éléments structurels - des nucléotides. Il existe 4 types de nucléotides : l'adénine (A), la thymine (T), la guanine (G) et la cytosine (C). La chaîne de nucléotides ressemble schématiquement à ceci : GGAATTCTAAG... Cette séquence de nucléotides est la chaîne d'ADN.

La structure de l'ADN a été déchiffrée pour la première fois en 1953 par James Watson et Francis Crick.

Dans une molécule d’ADN, il y a deux chaînes de nucléotides torsadées en hélice l’une autour de l’autre. Comment ces chaînes nucléotidiques restent ensemble et se tordent en spirale ? Ce phénomène est dû à la propriété de complémentarité. La complémentarité signifie que seuls certains nucléotides (complémentaires) peuvent se trouver face à face dans deux chaînes. Ainsi, en face de l'adénine, il y a toujours la thymine, et en face de la guanine, il n'y a toujours que la cytosine. Ainsi, la guanine est complémentaire de la cytosine et l'adénine est complémentaire de la thymine. De telles paires de nucléotides opposés dans des chaînes différentes sont également appelées complémentaires.

On peut le représenter schématiquement comme suit :

G-C
T-A
T-A
C-G

Ces paires complémentaires A - T et G - C forment une liaison chimique entre les nucléotides de la paire, et la liaison entre G et C est plus forte qu'entre A et T. La liaison se forme strictement entre bases complémentaires, c'est-à-dire la formation d’une liaison entre G et A non complémentaires est impossible.

« Packaging » de l'ADN, comment un brin d'ADN devient-il un chromosome ?

Pourquoi ces chaînes de nucléotides d’ADN s’enroulent-elles également les unes autour des autres ? Pourquoi est-ce nécessaire ? Le fait est que le nombre de nucléotides est énorme et qu’il faut beaucoup d’espace pour accueillir des chaînes aussi longues. Pour cette raison, deux brins d’ADN s’enroulent l’un autour de l’autre de manière hélicoïdale. Ce phénomène est appelé spiralisation. À la suite de la spiralisation, les chaînes d'ADN sont raccourcies de 5 à 6 fois.

Certaines molécules d’ADN sont activement utilisées par l’organisme, tandis que d’autres le sont rarement. En plus de la spiralisation, ces molécules d’ADN rarement utilisées subissent un « emballage » encore plus compact. Cet emballage compact est appelé supercoiling et raccourcit le brin d'ADN de 25 à 30 fois !

Comment les hélices d’ADN s’emballent-elles ?

Le superenroulement utilise des protéines histones, qui ont l’apparence et la structure d’une tige ou d’une bobine de fil. Des brins d’ADN spiralés sont enroulés sur ces « bobines » – les protéines histones. Ainsi, le fil long est emballé de manière très compacte et prend très peu de place.

S'il est nécessaire d'utiliser l'une ou l'autre molécule d'ADN, le processus de « déroulement » se produit, c'est-à-dire que le brin d'ADN est « déroulé » de la « bobine » - la protéine histone (si elle y a été enroulée) et se déroule de la spirale en deux chaînes parallèles. Et lorsque la molécule d'ADN est dans un tel état non tordu, les informations génétiques nécessaires peuvent alors en être lues. De plus, les informations génétiques sont lues uniquement à partir de brins d’ADN non torsadés !

Un ensemble de chromosomes superenroulés est appelé hétérochromatine, et les chromosomes disponibles pour la lecture des informations sont euchromatine.

Que sont les gènes, quel est leur lien avec l'ADN ?

Voyons maintenant ce que sont les gènes. On sait qu’il existe des gènes qui déterminent le groupe sanguin, la couleur des yeux, les cheveux, la peau et bien d’autres propriétés de notre corps. Un gène est une section d'ADN strictement définie, constituée d'un certain nombre de nucléotides disposés selon une combinaison strictement définie. L'emplacement dans une section d'ADN strictement définie signifie qu'un gène spécifique se voit attribuer sa place et qu'il est impossible de modifier cette place. Il convient de faire la comparaison suivante : une personne habite dans une certaine rue, dans une certaine maison et un certain appartement, et une personne ne peut pas volontairement déménager dans une autre maison, un autre appartement ou dans une autre rue. Un certain nombre de nucléotides dans un gène signifie que chaque gène possède un nombre spécifique de nucléotides et qu'ils ne peuvent pas devenir plus ou moins. Par exemple, le gène codant pour la production d’insuline est constitué de 60 paires de nucléotides ; le gène codant pour la production de l'hormone ocytocine - de 370 paires de nucléotides.

La séquence nucléotidique stricte est unique pour chaque gène et strictement définie. Par exemple, la séquence AATTAATA est un fragment d’un gène codant pour la production d’insuline. Afin d'obtenir l'insuline, c'est exactement cette séquence qui est utilisée ; pour obtenir, par exemple, l'adrénaline, une combinaison différente de nucléotides est utilisée. Il est important de comprendre que seule une certaine combinaison de nucléotides code pour un certain « produit » (adrénaline, insuline, etc.). Une telle combinaison unique d'un certain nombre de nucléotides, debout à « sa place » - c'est gène.

En plus des gènes, la chaîne d'ADN contient ce que l'on appelle des « séquences non codantes ». De telles séquences nucléotidiques non codantes régulent le fonctionnement des gènes, contribuent à la spiralisation des chromosomes et marquent le point de départ et d'arrivée d'un gène. Cependant, à ce jour, le rôle de la plupart des séquences non codantes reste flou.

Qu'est-ce qu'un chromosome ? Chromosomes sexuels

L’ensemble des gènes d’un individu s’appelle le génome. Naturellement, le génome entier ne peut pas être contenu dans un seul ADN. Le génome est divisé en 46 paires de molécules d'ADN. Une paire de molécules d’ADN s’appelle un chromosome. Ainsi, les humains possèdent 46 de ces chromosomes. Chaque chromosome porte un ensemble de gènes strictement défini, par exemple, le chromosome 18 contient des gènes codant pour la couleur des yeux, etc. Les chromosomes diffèrent les uns des autres par leur longueur et leur forme. Les formes les plus courantes sont X ou Y, mais il en existe d’autres également. Les humains possèdent deux chromosomes de même forme, appelés paires. En raison de ces différences, tous les chromosomes appariés sont numérotés - il y a 23 paires. Cela signifie qu'il existe une paire de chromosomes n°1, une paire n°2, une paire n°3, etc. Chaque gène responsable d'un trait spécifique est situé sur le même chromosome. Les directives modernes destinées aux spécialistes peuvent indiquer l'emplacement du gène, par exemple comme suit : chromosome 22, bras long.

Quelles sont les différences entre les chromosomes ?

Sinon, en quoi les chromosomes diffèrent-ils les uns des autres ? Que signifie le terme épaule longue ? Prenons les chromosomes de forme X. L'intersection des brins d'ADN peut se produire strictement au milieu (X), ou elle peut ne pas se produire de manière centrale. Lorsqu'une telle intersection de brins d'ADN ne se produit pas au centre, alors par rapport au point d'intersection, certaines extrémités sont plus longues, d'autres, respectivement, plus courtes. Ces extrémités longues sont généralement appelées bras long du chromosome, et les extrémités courtes sont appelées bras court. Dans les chromosomes en forme de Y, la plupart des bras sont occupés par des bras longs et les plus courts sont très petits (ils ne sont même pas indiqués dans l'image schématique).

La taille des chromosomes varie : les plus gros sont les chromosomes des paires n°1 et n°3, les plus petits chromosomes sont les paires n°17, n°19.

Outre leur forme et leur taille, les chromosomes diffèrent par les fonctions qu’ils remplissent. Sur les 23 couples, 22 couples sont somatiques et 1 couple est sexuel. Qu'est-ce que ça veut dire? Les chromosomes somatiques déterminent toutes les caractéristiques externes d'un individu, les caractéristiques de ses réactions comportementales, son psychotype héréditaire, c'est-à-dire tous les traits et caractéristiques de chaque individu. Une paire de chromosomes sexuels détermine le sexe d’une personne : homme ou femme. Il existe deux types de chromosomes sexuels humains : X (X) et Y (Y). S'ils sont combinés comme XX (x - x) - c'est une femme, et si XY (x - y) - nous avons un homme.

Maladies héréditaires et lésions chromosomiques

Cependant, des « pannes » du génome se produisent, puis des maladies génétiques sont détectées chez l’homme. Par exemple, lorsqu’il y a trois chromosomes dans la 21e paire de chromosomes au lieu de deux, une personne naît avec le syndrome de Down.

Il existe de nombreuses « dégradations » plus petites du matériel génétique qui ne conduisent pas à des maladies, mais confèrent au contraire de bonnes propriétés. Toutes les « pannes » du matériel génétique sont appelées mutations. Les mutations conduisant à des maladies ou à une détérioration des propriétés de l'organisme sont considérées comme négatives et les mutations conduisant à la formation de nouvelles propriétés bénéfiques sont considérées comme positives.

Cependant, dans la plupart des maladies dont souffrent les gens aujourd’hui, ce n’est pas la maladie qui est héréditaire, mais seulement une prédisposition. Par exemple, le père d’un enfant absorbe le sucre lentement. Cela ne signifie pas que l’enfant naîtra avec le diabète, mais qu’il aura une prédisposition. Cela signifie que si un enfant abuse des sucreries et des produits à base de farine, il développera un diabète.

Aujourd'hui, ce qu'on appelle prédicatif médecine. Dans le cadre de cette pratique médicale, les prédispositions d'une personne sont identifiées (sur la base de l'identification des gènes correspondants), puis des recommandations lui sont données : quel régime suivre, comment bien alterner travail et repos pour ne pas tomber malade.

Comment lire les informations codées dans l’ADN ?

Comment lire les informations contenues dans l’ADN ? Comment son propre corps l’utilise-t-il ? L'ADN lui-même est une sorte de matrice, mais pas simple, mais codée. Pour lire les informations de la matrice d'ADN, elles sont d'abord transférées vers un support spécial - l'ARN. L'ARN est chimiquement de l'acide ribonucléique. Il diffère de l’ADN en ce sens qu’il peut traverser la membrane nucléaire pour pénétrer dans la cellule, alors que l’ADN n’a pas cette capacité (on ne peut le trouver que dans le noyau). Les informations codées sont utilisées dans la cellule elle-même. Ainsi, l'ARN est un transporteur d'informations codées du noyau vers la cellule.

Comment se produit la synthèse de l'ARN, comment les protéines sont-elles synthétisées à l'aide de l'ARN ?

Les brins d'ADN à partir desquels les informations doivent être « lues » se déroulent, une enzyme « constructeur » spéciale s'en approche et synthétise une chaîne d'ARN complémentaire parallèle au brin d'ADN. La molécule d'ARN se compose également de 4 types de nucléotides : l'adénine (A), l'uracile (U), la guanine (G) et la cytosine (C). Dans ce cas, les couples suivants sont complémentaires : adénine – uracile, guanine – cytosine. Comme vous pouvez le constater, contrairement à l’ADN, l’ARN utilise de l’uracile au lieu de la thymine. C'est-à-dire que l'enzyme « constructeur » fonctionne comme suit : si elle voit A dans le brin d'ADN, alors elle attache Y au brin d'ARN, si G, alors elle attache C, etc. Ainsi, à partir de chaque gène actif lors de la transcription, une matrice est formée - une copie de l'ARN qui peut traverser la membrane nucléaire.

Comment se déroule la synthèse d’une protéine codée par un gène spécifique ?

Après avoir quitté le noyau, l’ARN pénètre dans le cytoplasme. Déjà dans le cytoplasme, l'ARN peut être intégré sous forme de matrice dans des systèmes enzymatiques spéciaux (ribosomes), qui peuvent synthétiser, guidés par les informations de l'ARN, la séquence correspondante d'acides aminés protéiques. Comme vous le savez, une molécule protéique est constituée d’acides aminés. Comment le ribosome sait-il quel acide aminé ajouter à la chaîne protéique en croissance ? Ceci est fait sur la base du code triplet. Le code triplet signifie que la séquence de trois nucléotides de la chaîne d'ARN ( triolet, par exemple, GGU) code pour un seul acide aminé (dans ce cas, la glycine). Chaque acide aminé est codé par un triplet spécifique. Ainsi, le ribosome « ​​lit » le triplet, détermine quel acide aminé doit être ajouté ensuite en lisant les informations contenues dans l’ARN. Lorsqu'une chaîne d'acides aminés se forme, elle prend une certaine forme spatiale et devient une protéine capable de remplir les fonctions enzymatiques, de construction, hormonales et autres qui lui sont assignées.

Les protéines de tout organisme vivant sont le produit d’un gène. Ce sont les protéines qui déterminent toutes les différentes propriétés, qualités et manifestations externes des gènes.

Dont les unités monomères sont des nucléatides.

Qu’est-ce que l’ADN ?

Toutes les informations sur la structure et le fonctionnement de tout organisme vivant sont contenues sous forme codée dans son matériel génétique. La base du matériel génétique d'un organisme est acide désoxyribonucléique (ADN).

ADN dans la plupart des organismes, il s’agit d’une longue molécule polymère à double chaîne. Sous-séquence unités monomères (désoxyribonucléotides) dans une de ses chaînes correspond à ( complémentaire) séquences désoxyribonucléotidiques dans une autre. Principe de complémentarité assure la synthèse de nouvelles molécules d'ADN identiques à celles d'origine lorsqu'elles sont doublées ( réplication).

Une section d'une molécule d'ADN qui code pour un trait spécifique - gène.

Gènes– il s’agit d’éléments génétiques individuels qui possèdent une séquence nucléotidique strictement spécifique et codent pour certaines caractéristiques de l’organisme. Certains d’entre eux codent pour des protéines, d’autres uniquement pour des molécules d’ARN.

Les informations contenues dans les gènes codant pour les protéines (gènes de structure) sont déchiffrées selon deux processus séquentiels :

• Synthèse d'ARN (transcription) : L'ADN est synthétisé dans une certaine section comme sur une matrice ARN messager (ARNm).
• synthèse des protéines (traduction): Lors de l'exploitation coordonnée d'un système multicomposant avec la participation ARN de transport (ARNt), ARNm, enzymes et divers facteurs protéiques effectué synthèse des protéines.

Tous ces processus assurent la traduction correcte de l’information génétique cryptée dans l’ADN du langage des nucléotides au langage des acides aminés. Séquence d'acides aminés d'une molécule de protéine détermine sa structure et ses fonctions.

Structure de l'ADN

ADN- Ce polymère organique linéaire. Son - nucléotides, qui se composent à leur tour de :

Dans ce cas, le groupe phosphate est attaché à Atome de carbone 5′ résidu de monosaccharide et la base organique - pour 1′-atome.

Il existe deux types de bases dans l’ADN :

La structure des nucléotides dans une molécule d'ADN

DANS ADN monosaccharide présenté 2′-désoxyribose, contenant uniquement 1 groupe hydroxyle (OH), et en ARN - ribose ayant 2 groupes hydroxyles (OH).

Les nucléotides sont connectés les uns aux autres liaisons phosphodiester, tandis que le groupe phosphate Atome de carbone 5′ un nucléotide lié à Groupe 3'-OH du désoxyribose nucléotide voisin (Figure 1). À une extrémité de la chaîne polynucléotidique se trouve Groupe Z'-OH (extrémité Z'), et de l'autre - Groupe 5′-phosphate (extrémité 5′).

Niveaux de structure de l'ADN

Il est d'usage de distinguer 3 niveaux de structure de l'ADN :

• primaire;
• secondaire;
• tertiaire

Structure primaire de l'ADN est la séquence d'arrangement des nucléotides dans une chaîne polynucléotidique d'ADN.

Structure secondaire de l'ADN se stabilise entre paires de bases complémentaires et est une double hélice de deux chaînes antiparallèles tordues vers la droite autour du même axe.

Le tour total de la spirale est 3,4 nm, distance entre les chaînes 2 nm.

Structure tertiaire de l'ADN - super-spécialisation de l'ADN. La double hélice d'ADN peut subir une hélicalisation supplémentaire sur certains sites pour former une superbobine ou une forme circulaire ouverte, souvent provoquée par la jonction covalente de leurs extrémités ouvertes. La structure superenroulée de l’ADN assure l’encapsidation économique d’une très longue molécule d’ADN dans un chromosome. Ainsi, sous une forme allongée, la longueur d’une molécule d’ADN est 8 cm, et sous la forme d'une superspirale s'inscrit dans 5 nm.

La règle de Chargaff

La règle d'E. Chargaff est un modèle de la teneur quantitative en bases azotées dans une molécule d'ADN :

1. Dans l'ADN fractions molaires Les bases puriques et pyrimidiques sont égales : A+g = C+T ou (Un +g)/(C +T)=1 .
2. Dans l'ADN nombre de bases avec des groupes amino (A +C) équivaut à nombre de bases avec des groupes céto (g+ T) :A+C= g+T ou (Un +C)/(g+T)= 1
3. La règle d'équivalence, c'est-à-dire : A = T, G = C ; A/T = 1 ; G/C=1.
4. Composition nucléotidique de l'ADN dans les organismes de divers groupes est spécifique et caractérisé coefficient de spécificité : (G+C)/(A+T). Chez les plantes et les animaux supérieurs coefficient de spécificité inférieur à 1, et fluctue légèrement : de 0,54 avant 0,98 , chez les micro-organismes, il est supérieur à 1.

Modèle d'ADN Watson-Crick

B 1953 James Watson et François Crier, basé sur l'analyse par diffraction des rayons X de cristaux d'ADN, est arrivé à la conclusion que ADN natif est constitué de deux chaînes polymères formant une double hélice (Figure 3).

Les chaînes polynucléotidiques enroulées les unes sur les autres sont maintenues ensemble liaisons hydrogène, formé entre les bases complémentaires de chaînes opposées (Figure 3). Où adénine forme une paire seulement avec thymine, UN guanine- Avec cytosine. Paire de bases À se stabilise deux liaisons hydrogène, et quelques G-C - trois.

La longueur de l'ADN double brin est généralement mesurée par le nombre de paires de nucléotides complémentaires ( P..n.). Pour les molécules d'ADN constituées de milliers ou de millions de paires de nucléotides, les unités sont prises c.t. Et m.p.n. respectivement. Par exemple, l’ADN du chromosome 1 humain est une double hélice de longueur 263 Mo.

Squelette sucre phosphate de la molécule, qui est constitué de groupes phosphate et de résidus désoxyribose connectés Liaisons 5'-3'-phosphodiester, forme les « parois latérales d'un escalier en colimaçon » et les paires de bases À Et G-C- ses marches (Figure 3).

Figure 3 : Modèle d'ADN Watson-Crick

Chaînes de molécules d'ADN antiparallèle: l'un d'eux a une direction 3' → 5', autre 5' → 3'. Conformément à le principe de complémentarité, si l'une des chaînes contient une séquence nucléotidique 5-TAGGCAT-3', alors dans la chaîne complémentaire à cet endroit il devrait y avoir une séquence 3′-ATCCGTA-5′. Dans ce cas, la forme double brin ressemblerait à ceci :

• 5′-TAGGCAT-3′
• 3-ATCCGTA-5'.

Dans un tel enregistrement Extrémité 5′ de la chaîne supérieure toujours placé à gauche, et 3′ fin- sur la droite.

Le porteur d’informations génétiques doit satisfaire à deux exigences fondamentales : reproduire (répliquer) avec une grande précision Et déterminer (coder) la synthèse de molécules protéiques.

Modèle d'ADN Watson-Crick répond pleinement à ces exigences car :

• Selon le principe de complémentarité, chaque brin d'ADN peut servir de matrice pour la formation d'une nouvelle chaîne complémentaire. Par conséquent, après un cycle, deux molécules filles se forment, chacune ayant la même séquence nucléotidique que la molécule d’ADN d’origine.
• la séquence nucléotidique d’un gène structurel détermine de manière unique la séquence d’acides aminés de la protéine qu’elle code.

1. Une molécule d'ADN humain contient environ 1,5 Go d'informations. Dans le même temps, l'ADN de toutes les cellules du corps humain occupe 60 milliards de téraoctets, qui sont stockés sur 150 à 160 grammes d'ADN.
2. Journée internationale de l'ADN célébré le 25 avril. En ce jour de 1953 James Watson Et Ruisseau Francis publié dans un magazine Nature son article intitulé "Structure moléculaire des acides nucléiques" , où la double hélice de la molécule d'ADN a été décrite.

Bibliographie: Biotechnologie moléculaire : principes et applications, B. Glick, J. Pasternak, 2002