ARN: Structure et fonctions de l'ARN - expliqué!

Lisez cet article pour en savoir plus sur la structure et la fonction de l'ARN, la base moléculaire de l'héritage!

L'ARN ou acide ribonucléique est un polyribonucléotide à chaîne unique qui fonctionne comme porteur d'informations génétiques ou héréditaires codées de l'ADN au cytoplasme pour la synthèse des protéines et des enzymes. À certains endroits, l'ARN peut apparaître partiellement double brin à cause du repliement ou de l'enroulement du simple brin (figure 6.20). Il contient 70-12000 ribo-nucléotides joints bout à bout.

Courtoisie d'image: kurzweilai.net/images/RNA_square.jpg

L'axe ou le dos est formé de résidus alternés de phosphate et de sucre ribose. Le phosphate se combine avec le carbone 5 'de son sucre et le carbone 3' du sucre suivant, comme dans l'arrangement trouvé dans le brin d'ADN. Les bases azotées sont liées aux sucres au niveau du carbone 1 'de ce dernier. Il existe quatre types de bases azotées: l'adénine (A), la guanine (G, les deux purines), la cytosine (C) et l'uracile (U, les deux pyrimidines).

Les bases azotées peuvent être disposées dans n'importe quelle séquence, mais celle-ci est complémentaire de leur séquence sur la matrice d'ADN. Par exemple, une séquence d’ATACTG de matrice d’ADN doit apparaître sous la forme UAUGAC sur ARN. Il existe six types d'ARN: ribosomal, transfert, messager, génomique (génétique), petit nucléaire et petit cytoplasmique.

Les trois premières (ARNr, ARNt et ARNt) sont des classes majeures d'ARN impliquées dans l'expression des gènes. L'ARN est génomique (génétique) dans certains virus comme le TMV, le virus de la grippe VIH, etc. Il est double brin dans les réovirus, le virus de la tumeur à la plaie, le virus Rice Dwarf et les mycophages.

1. ARN ribosomal (ARNr):

C'est l'ARN le plus abondant (70-80% du total) qui en possède 3-4 types. Certains de ses types (23S, 28S) sont les plus longs de tous les ARN. Comme son nom l'indique, l'ARNr est un constituant des ribosomes. Ici, il se trouve enroulé entre et sur les molécules de protéines.

Selon leur coefficient de sédimentation, les ARNr des eucaryotes sont de quatre types: 28S, 18S, 5.8S et 5S. Les ribosomes procaryotes ont trois types d’ARNr - 23S, 16S et 5S. 28S, 5.8S et 5S (23S et 5S chez les procaryotes) sont présents dans la plus grande sous-unité du ribosome, tandis que 18S (16 S chez les procaryotes) se trouvent dans la plus petite sous-unité du ribosome. L'ARNr est transcrit sous forme d'une chaîne plus longue de 45S chez les eucaryotes et de 30S chez les procaryotes.

Dans la transcription eucaryote, l'arrangement dans la direction 5 '-> 3' est 18S - 5.8S - 28S. Plusieurs méthylations se produisent avant l'élimination de l'ARN espaceur. L'élimination de l'ARN espaceur divise la transcription en 2-3 parties. 5S est souvent transcrit séparément.

Classes d'ARN dans Escherichia coli:

Les fonctions:

(i) les ARNr se lient aux molécules de protéines et donnent naissance à des ribosomes, (ii) l'extrémité 3 'de l'ARNr 18S (16S dans les procaryotes) possède des nucléotides complémentaires de ceux de la région cap de l'ARNm. (iii) L'ARNr 5S et le complexe protéique environnant fournissent un site de liaison pour l'ARNt. (iv) les ARNr sont associés à des protéines spécifiques pour former des sous-unités de ribosomes. La sous-unité 50S du ribosome procaryote contient l'ARNr 23S, l'ARNr 5S et quelque 32 molécules protéiques.

La sous-unité 30S du ribosome procaryote a un ARNr 16S et environ 21 molécules protéiques. La sous-unité 60S du ribosome eucaryote contient l'ARNr 28S, l'ARNr 5S, l'ARNr 5.8S et environ 50 molécules de protéines. La sous-unité 40S du ribosome eucaryote est constituée d’ARNr 18S et de 33 molécules protéiques (figure 6.21).

2. ARN de transfert (ARNt):

On l'appelle aussi soluble ou ARNs sous quelle forme il était connu avant la découverte du code génétique. Il existe plus de 100 types d'ARNt. L'ARN de transfert constitue environ 15% de l'ARN total. L'ARNt est le plus petit ARN avec 73-93 nucléotides et un coefficient de sédimentation de 4S. Les bases azotées de plusieurs de ses nucléotides sont modifiées, par exemple la pseudouridine (y), la dihydrouridine (DHU), l’inosine (I) ribo-thymidine (rT).

Cela provoque l'enroulement de l'ARNt simple brin autrement en une forme en L (tridimensionnelle, Klug, 1974) ou en forme de trèfle (en deux dimensions, Holley, 1965). Environ la moitié des nucléotides sont appariés par une base pour produire des tiges appariées. Cinq régions sont non appariées ou simple brin - site de liaison à l'AA, boucle T T С, boucle DHU, bras supplémentaire et boucle anticodon.

(i) Boucle Anticodon. Il a 7 bases dont trois forment anticodon (nodoc) pour la reconnaissance et la fixation au codon de l'ARNm. (ii) AA- Site de liaison. C'est un site de liaison aux acides aminés. Le site se trouve à l'extrémité opposée à l'anticodon et possède un groupe CCA-OH. L'extrémité 5 'porte G. Le site de liaison de l'acide aminé ou de l'AA et l'anticodon sont les deux sites de reconnaissance de l'ARNt. (iii) Boucle T Ψ С. Il contient 7 bases dont la (pseudouridine) et la rT (ribothymidine) sont des bases inhabituelles. La boucle est le site de fixation au ribosome, (iv) DHU Loop. La boucle contient 8-12 bases. C'est la plus grande boucle et contient de la dihydrouridine. C'est un site de liaison pour l'enzyme aminoacyl synthétase, (v) Extra Arm. C'est un bras ou une boucle à côté variable qui se situe entre la boucle T Ψ С et l'anticodon. Il n'est pas présent dans tous les ARNt. Le rôle exact du bras supplémentaire n'est pas connu.

Fonctions, (i) Selon les premières hypothèses de Crick, l'ARNt est une molécule adaptatrice destinée à transférer des acides aminés à des ribosomes pour la synthèse de polypeptides. Il existe différents ARNt pour différents acides aminés. Certains acides aminés peuvent être capturés par 2 à 6 ARNt. Les ARNt placent des acides aminés spécifiques à des points particuliers au cours de la synthèse d'un polypeptide, conformément aux codons de l'ARNm.

Les codons sont reconnus par les anticodons des ARNt. Les acides aminés spécifiques sont reconnus
par des enzymes activatrices ou des aminoacyl synthétases particulières, (ii) elles retiennent des chaînes peptidyliques sur les ARNm. (iii) L'ARNt initiateur a la double fonction d'initier la synthèse des protéines et d'introduire le premier acide aminé. Il n'y a cependant pas d'ARNt pour les signaux d'arrêt.

3. ARN messager (ARNm):

C'est un ARN long qui représente 2 à 5% de la teneur totale en ARN de la cellule. Il apporte des instructions de l'ADN pour la formation d'un type particulier de polypeptide. L'ARNm est donc également appelé ARN informatif ou génétique. Les instructions sont présentes dans la séquence de bases de ses nucléotides. C'est ce qu'on appelle le code génétique.

Trois bases azotées adjacentes spécifient un acide aminé particulier. La formation du polypeptide se produit sur le ribosome. L'ARNm se lie au ribosome. Les ARNt sont induits pour amener des acides aminés dans une séquence particulière en fonction de la séquence des codons présents sur l'ARNm. L'ARNm a une région méthylée à l'extrémité 5 '. Il fonctionne comme une casquette pour la fixation avec le ribosome. Le cap est suivi d'un codon d'initiation (AUG) immédiatement ou après une petite région leader non codante.

Ensuite, il y a une région de codage suivie d'un codon de terminaison (UAA, UAG ou UGA). Après le codon de terminaison, il y a une petite région de remorque non codante et une zone ou queue poly A à l'extrémité 3 '. Les régions leader et remorque sont appelées UTR (régions non traduites). Un ARNm peut ne spécifier qu'un seul polypeptide ou un certain nombre d'entre eux.

Le premier est appelé monocistronique tandis que le second est appelé polycistronique. L'ARNm polycistronique est plus commun chez les procaryotes. L'ARNm eucaryote est généralement monocistronique. La durée de vie de l'ARNm est également variable.

Dans certaines formes inférieures, la durée varie de quelques minutes à quelques heures. D'autre part, les ARNm des formes supérieures semblent avoir une longue vie. C'est plusieurs jours dans le cas de jeunes globules rouges qui continuent à former de l'hémoglobine, même lorsque le noyau a dégénéré.

Les fonctions:

(i) L'ARNm porte des informations codées pour la traduction en formation de polypeptides.

(ii) Par la transcription inverse, il peut former des gènes compacts utilisés en génie génétique. Le phénomène se produit également dans la nature et a ajouté certains gènes dans les génomes,

(iii) il a une région de capuchon pour la fixation au ribosome,

(iv) Le capuchon protège l'ARNm contre la dégradation par les enzymes,

(v) l'ARNm a une région de queue pour la protection contre les enzymes cellulaires et le détachement du ribosome.

4. ARN génomique (ARN génétique):

On le trouve dans certains virus appelés ribovirus. L'ARN génomique peut être simple brin (par exemple, le virus de la mosaïque du tabac ou TMV) ou double brin (par exemple, le réovirus). Il est fragmenté dans le virus de la grippe. L'ARN génomique agit comme un matériel héréditaire. Il peut se répliquer directement ou former un ADN dans la cellule hôte pour produire un ARN de son propre type.

5. ARN catalytiques:

Cech et al. (1981) ont découvert une activité catalytique (clivage et formation de liaisons covalentes) dans le précurseur d'ARN du protozoaire cilié appelé Tetrahymena thermophila. Cela s'appelait ribozyme. En 1983, Altman et al. Ont découvert que la ribonucléase-P qui participe au traitement de l'ARNt de son précurseur est un biocatalyseur constitué d'ARN et de protéines. Noller et al. (1992) ont découvert que la peptidyl transférase était une enzyme de l'ARN.

6. Petit ARN nucléaire (ARNsn):

C'est un ARN de petite taille présent dans le noyau. Chaque ARN est combiné à 7 à 8 molécules de protéines pour former une petite ribonucléoprotéine nucléaire ou snRNP. SnRNA participe à l'épissage (U1 et U2), au traitement de l'ARNr (U3) et au traitement de l'ARNm (U7).

7. Petit ARN cytoplasmique (ARNt):

C'est un ARN de petite taille se produisant libre dans le cytoplasme. Un tel petit ARN cytoplasmique est 7S et se combine avec 6 molécules de protéines pour produire une particule de reconnaissance de signal ou SRP. Ce dernier aide à prendre et à lier un ribosome au réticulum endoplasmique afin de produire des protéines sécrétoires.