L'ARN

1. La composition chimique de l'ARN

L'ARN (acide ribonucléique) est, comme l'ADN, un acide nucléique : c'est un polymère formé par l'enchaînement de nucléotides.

Un nucléotide d'ARN comprend trois éléments :

• un groupement phosphate ;
• un sucre à cinq atomes de carbone, le ribose (et non le désoxyribose) ;
• une base azotée.

Les quatre bases de l'ARN sont :

La grande nouveauté est l'uracile (U), qui remplace la thymine (T). L'uracile s'apparie avec l'adénine, exactement comme la thymine le fait dans l'ADN.

Les nucléotides sont reliés par des liaisons phosphodiester, formant une chaîne orientée avec une extrémité 5' et une extrémité 3', comme un brin d'ADN.

2. La structure de l'ARN

L'ARN est en général formé d'un seul brin (monocaténaire). Il est beaucoup plus court que l'ADN : quelques dizaines à quelques milliers de nucléotides, alors qu'une molécule d'ADN d'un chromosome en compte des dizaines de millions.

Comme il n'a qu'un brin, les règles de Chargaff ne s'appliquent pas à l'ARN : la quantité de A n'est pas forcément égale à celle de U, ni celle de G à celle de C.

Un brin d'ARN peut cependant se replier sur lui-même : là où deux portions du brin portent des bases complémentaires (A face à U, G face à C), elles s'apparient et forment des « boucles » et des « tiges ». C'est ce qui donne à certains ARN, comme l'ARN de transfert, une forme bien précise.

3. Comparaison entre l'ADN et l'ARN

Retiens l'image suivante : l'ADN est comme le registre original conservé à la mairie, qu'on ne sort jamais ; l'ARN messager est comme la photocopie qu'on remet au demandeur et qu'on jette après usage.

4. Les trois principaux types d'ARN

Toutes les cellules contiennent trois grandes catégories d'ARN, tous fabriqués à partir de l'ADN par un mécanisme appelé transcription (étudié dans une prochaine leçon).

a) L'ARN messager (ARNm)

C'est une copie d'un gène. Il est fabriqué dans le noyau, puis il passe dans le cytoplasme par les pores nucléaires. Là, il est « lu » par les ribosomes qui fabriquent la protéine correspondante. Sa séquence de bases est lue par groupes de trois bases, les codons. Il représente une faible part de l'ARN total de la cellule, mais il est très varié : un type d'ARNm par gène exprimé.

b) L'ARN de transfert (ARNt)

C'est un petit ARN, de l'ordre de 75 à 90 nucléotides, replié en forme de feuille de trèfle (en représentation plane). Il possède deux régions essentielles :

• l'anticodon, un groupe de trois bases situé dans une boucle, qui s'apparie avec un codon de l'ARNm ;
• l'extrémité 3' (terminée par la séquence CCA), sur laquelle se fixe un acide aminé précis.

L'ARNt est donc l'adaptateur qui « traduit » : il apporte au ribosome l'acide aminé qui correspond au codon lu.

c) L'ARN ribosomique (ARNr)

Associé à des protéines, il forme les ribosomes, les « ateliers » de fabrication des protéines. C'est l'ARN le plus abondant de la cellule. Il est fabriqué dans une zone particulière du noyau, le nucléole.

5. Preuves de la localisation et du trajet de l'ARN

Une expérience classique utilise l'uridine radioactive (uracile lié au ribose, marqué), que la cellule utilise pour fabriquer ses nucléotides d'ARN, et non ceux de l'ADN.

• On fournit l'uridine marquée à des cellules pendant un temps très court, puis on observe par autoradiographie.
• Juste après le marquage, la radioactivité se trouve dans le noyau : l'ARN y est fabriqué.
• Si on remplace ensuite l'uridine marquée par de l'uridine non radioactive et qu'on attend (technique « pulse-chasse »), la radioactivité apparaît progressivement dans le cytoplasme.

Conclusion : l'ARN est synthétisé dans le noyau, puis migre vers le cytoplasme. Il peut donc servir d'intermédiaire entre l'ADN (qui reste dans le noyau) et le lieu de fabrication des protéines (le cytoplasme).

6. Écrire un ARN à partir de l'ADN

Un ARN est fabriqué en copiant un seul des deux brins d'un gène, le brin transcrit (ou brin matrice). L'ARN est complémentaire du brin transcrit et antiparallèle à lui. Il a donc la même séquence que l'autre brin (le brin non transcrit), à une différence près : U à la place de T.