Qu'est-ce que l'ARN?

L'ARN est un polymère polynucléotidique simple brin qui tire son nom des bases azotées qui le composent. Découvrez-en davantage...

Rédigé et vérifié par el biólogo Samuel Antonio Sánchez Amador.

Dernière mise à jour : 26 mai, 2023

L’ADN, le polymère de la vie, a été étudié à de nombreuses reprises chez l’être humain. Sans aller plus loin, le projet Human Genome a terminé en 2003 le séquençage de chacun des gènes. Avec 3,2 milliards de paires de bases et plus de 20 000 gènes, l’ADN humain ne laisse personne indifférent. Mais il y a autre chose : l’ARN.

On retrouve au centre de la vie cet autre polymère qui a suscité un peu moins d’intérêt en culture scientifique. Connaissez-vous les caractéristiques de cette molécule sœur de l’ADN ? Savez-vous quelles sont leurs fonctions ? Nous répondons à ces questions.

Composition chimique de l’ARN

Tout d’abord, nous pouvons définir l’acide ribonucléique comme une macromolécule polynucléotidique simple brin qui suit une direction 5′ vers 3′. Nous expliquons chaque terme dans les lignes suivantes :

• Macromolécule : c’est une grosse molécule, générée par la polymérisation de sous-unités plus petites. Ces types sont constitués de milliers d’atomes.
• Polynucléotide : composé de plusieurs nucléotides. Dans les sections suivantes, nous définissons ce terme.
• Simple brin : L’ADN est une macromolécule double brin, c’est-à-dire qu’il est composé de deux brins disposés de manière antiparallèle. Ce qui lui donne cette forme caractéristique en double hélice. D’autre part, l’ARN est à simple brin.
• Direction 5′ vers 3′ : La direction dans laquelle la molécule d’ARN est lue. Encore une fois, nous décrivons ce terme plus en profondeur dans les lignes suivantes.

Nous avons jeté les bases les plus simples de l’acide ribonucléique dans cette courte liste, mais nous avons encore beaucoup de choses à découvrir et expliquer. La sous-unité qui le compose, le nucléotide, nécessite une explication détaillée.

Nucléotides

Nous avons introduit un terme que nous ne pouvons ignorer : les nucléotides. Ces molécules organiques sont les sous-unités de la vie, car elles constituent les macromolécules d’ADN et d’ARN. Les sites informatifs divisent la composition chimique des nucléotides en deux grands blocs :

1. Nucléoside : un pentose —un sucre à cinq atomes de carbone, en l’occurrence le ribose— et une base azotée de nature spécifique.
2. Groupe phosphate : acide phosphorique de formule H ₃ PO _4.

Ce qui donne à chaque nucléotide son nom et sa spécificité, ce sont les bases azotées: composés organiques cycliques avec deux atomes d’hydrogène ou plus. Nous n’allons pas aller beaucoup plus loin dans ce conglomérat chimique. Nous nous limiterons donc à dire que les différents types de bases peuvent être distingués dans les groupes suivants :

• Bases puriques : adénine (A) et guanine (G).
• Bases pyrimidiques : thymine (T), cytosine (C) et uracile (U).

L’adénine, la guanine et la cytosine sont communes à l’ADN et à l’ARN, tandis que la thymine est unique à l’ADN et l’uracile unique à l’ARN. Ainsi, en bref, le groupe de nucléotides pour l’ADN serait AGCT et la combinaison pour l’ARN serait AGCU. Qu’est-ce-que cela veut dire?

Si nous avons une telle séquence : GAUUACA, nous pouvons en déduire qu’il s’agit d’un segment d’ARN qui contient sept nucléotides —pour le nombre total de lettres— placés dans l’ordre suivant :

Guanine (G)-adénine (A)-uracile (U)-uracile (U)-adénine (A)-cytosine (C)-adénine (A)

Il est essentiel de savoir que l’ordre des nucléotides, tant dans l’ADN que dans l’ARN, est la clé de tous les processus biologiques. Ainsi, les bases azotées permettent de nommer chaque chaîne de nature génétique dans une nomenclature globale et normalisée.

Structure de l’ARN

Au-delà des bases azotées et des nucléotides, l’acide ribonucléique se répartit dans l’espace tridimensionnel selon certaines modalités qu’il nous paraît nécessaire de définir.

1. Structure primaire de l’ARN : ce que nous avons décrit dans la section précédente. Elle fait référence à l’ordre des bases azotées qui définissent les nucléotides, c’est-à-dire la lecture typique.
2. Structure secondaire : L’ARN peut se replier sur lui-même dans un plan et présenter des bases appariées dans certaines régions, lui conférant des formes d’importance essentielle dans certains processus. Quelques exemples de ces formations sont les boucles intérieures, les boucles en épingle à cheveux ou les bosses.
3. Structure tertiaire : repliement complexe sur la structure secondaire, qui donne à l’ARN sa forme tridimensionnelle.

Quels sont les différents types d’ARN?

Maintenant que nous avons découvert le conglomérat chimique qui constitue la structure des nucléotides et de l’ARN lui-même, il est temps de se plonger dans les types et les fonctions de cette macromolécule essentielle. Des sites professionnels, comme le National Human Genome Research Institute (NIH), nous disent qu’il existe trois principaux types d’ARN.

1. ARN ribosomique (ARNr)

Commençons par la plus facile à comprendre, puisque l’ARN ribosomal a une fonction essentielle de nature structurale. Comme son nom l’indique, il fait partie des ribosomes, particules cellulaires situées dans le cytoplasme de la cellule, qui sont en charge de la synthèse des protéines.

L’ARN est le matériau le plus prédominant du ribosome puisqu’il en représente 60 %. Les 40% restants sont des protéines.

2. ARN messager (ARNm)

Nous entrons dans un terrain un peu plus complexe, car ce type d’ARN a une fonction à la fois sophistiquée et incroyable. Il transfère le code génétique de l’ADN —présent dans le noyau cellulaire— aux ribosomes, situés dans le cytoplasme. Le processus qui implique ce polymère très important est la transcription.

En résumé, nous pouvons dire que l’ARN polymérase est responsable de la synthèse de l’ARN messager basé sur l’un des brins d’ADN, dans le sens 5′ vers 3′ décrit ci-dessus. Puisque l’uracile et la thymine sont complémentaires, la lecture serait, dans cet exemple :

GATTACACT (ADN) → GAUAUCACU (ARN)

Ainsi, cette nouvelle chaîne d’ARN messager — synthétisée à partir d’un segment d’ADN — va quitter le noyau cellulaire par certains pores et se rendre dans le cytoplasme, où se trouvent les ribosomes. Par conséquent, cet ARN agit comme le messager des instructions pour la synthèse des protéines.

Il représente 3 à 5 % de l’ARN cellulaire total. Sa taille dépend du gène transcrit.

3. ARN de transfert (ARNt)

Comme définition simple, nous pouvons dire que l’ARN de transfert est un polymère court – environ 80 nucléotides – qui transporte les acides aminés vers le ribosome dans l’ordre spécifique, afin de synthétiser une protéine spécifique.

L’ordre des acides aminés qui formeront la protéine est codé, comme nous l’avons déjà dit, dans l’ARN messager, qui à son tour provient de la transcription d’un segment d’ADN. Cet ARN messager contient une série de codons, qui sont trois nucléotides dans un ordre spécifique, par exemple, UUA.

Ce codon UUA spécifique code pour l’acide aminé leucine, ainsi l’ARN de transfert, par l’intermédiaire d’un anticodon complémentaire, le lit et amène la leucine au ribosome afin qu’elle soit intégrée dans la structure protéique. Ainsi, chaque codon est une étape de plus jusqu’à la formation de la protéine complète. Ce processus permet la transformation de l’information de l’acide ribonucléique messager en une protéine spécifique. C’est pourquoi on l’appelle transfert.

Enfin, nous tenons à souligner qu’il existe plusieurs types : les microARN, les ARN antisens et les ARN interférents. Ces typologies s’inscrivent dans des terrains trop spécifiques.

Quelles sont les fonctions?

Sans nous en rendre compte, nous avons décrit la fonction de cette macromolécule en la définissant. C’est clair : les différents types dirigent les étapes intermédiaires de la synthèse des protéines.

En plus de cela, certains acides ribonucléiques ont également une fonctionnalité pour réguler l’expression des gènes ou ont une activité catalytique. Ce qui rend la molécule beaucoup plus polyvalente que l’ADN.

En résumé, nous pouvons définir les fonctions dans le concept schématique suivant :

L’ADN a les instructions pour la synthèse d’une protéine → L’ARNm porte ces instructions au ribosome → L’ARNt porte les acides aminés qui formeront la protéine au ribosome → L’ARNr fait partie du ribosome lui-même → Grâce à l’action conjointe des trois, il forme la protéine.

Le rôle de l’ARN dans les maladies

La régulation de l’expression des gènes dans certains types d’acide ribonucléique est d’une importance essentielle. Car selon les sites informatifs, cela nous permet de comprendre et de prévenir certaines maladies. Par exemple, certains processus cancéreux sont favorisés par une expression déficiente de certains gènes.

La capacité de modifier cette expression, en comprenant les ARN régulateurs de ces événements et de nombreux autres mécanismes, pourrait nous permettre de comprendre et d’identifier les problèmes sous-jacents qui conduisent aux déficiences.

Une macromolécule vertigineuse

Malgré le fait que l’information génétique et l’hérédité de tous les êtres vivants soient stockées dans la macromolécule d’ADN, ce polymère vital ne serait rien sans l’aide et l’intégration de l’acide ribonucléique dans les différents processus. Alors que l’ADN est la bibliothèque de l’information, l’ARN correspondrait à la force de travail qui traduit toutes ces données en protéines.

Ainsi, l’ARN messager, de transfert et ribosomal sont des molécules essentielles pour la fonction cellulaire et les processus physiologiques. Bien sûr, bien qu’il soit moins célèbre que sa sœur double brin, on peut affirmer que sans ARN, la vie telle que nous la connaissons ne serait pas possible.