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Pourquoi l'ATP contient-il du ribose plutôt que du désoxyribose ?


J'ai lu dans un manuel que l'ATP est fabriqué à partir de ribose et non de désoxyribose. A l'origine, je pensais que le sucre pentose n'avait pas d'importance fonctionnelle.

Existe-t-il une raison fonctionnelle pour laquelle l'ATP utilisé dans le métabolisme doit être fabriqué à partir de ribose ?


Réponse courte:

L'anneau pentose fait ne pas participer chimiquement dans les réactions de transfert d'énergie impliquant l'hydrolyse de l'ATP en ADP.

Les enzymes qui catalysent ces réactions auraient tendance à être spécifiques de l'ATP (plutôt que du dATP) car elles se lient à la molécule entière et cela inclurait très probablement le 2'-OH du cycle ribose. Le dATP se fixerait donc moins bien ou pas du tout. (Il peut également y avoir un avantage à faire évoluer une telle spécificité afin que dATP ne puisse pas rivaliser pour les sites actifs.)

La raison pour laquelle l'évolution a produit l'ATP comme molécule de transfert d'énergie plutôt que le dATP est purement une question de spéculation. On pourrait soutenir que c'est une dépense énergétique supplémentaire pour réduire l'anneau ribose, bien que je préfère une réponse plus banale. C'est-à-dire que si l'on suppose que les génomes à ARN (et les enzymes) sont antérieurs aux génomes à ADN au cours de l'évolution, alors les molécules impliquées dans le métabolisme énergétique qui contiennent du ribose - pas seulement l'ATP, mais le NAD et la coenzyme A - sont apparues à ce moment-là. Lorsque les génomes sont passés à l'ADN, il n'y avait aucun avantage sélectif à modifier l'ATP (et le NAD) également, et un tel avantage aurait été nécessaire car les systèmes enzymatiques qui utilisaient ces petites molécules auraient alors déjà été établis.


Pourquoi l'ATP contient-il du ribose plutôt que du désoxyribose ? - La biologie

Les cellules associent la réaction exergonique de l'hydrolyse de l'ATP à des réactions endergoniques pour exploiter l'énergie contenue dans les liaisons de l'ATP.

Objectifs d'apprentissage

Expliquer le rôle de l'ATP comme monnaie d'échange de l'énergie cellulaire

Points clés à retenir

Points clés

  • L'adénosine triphosphate est composée de l'adénine de base azotée, du sucre ribose à cinq carbones et de trois groupes phosphate.
  • L'ATP est hydrolysé en ADP dans la réaction ATP+H2O→ADP+Pi+ énergie libre le ∆G calculé pour l'hydrolyse de 1 mole d'ATP est de -57 kJ/mol.
  • L'ADP est combiné à un phosphate pour former de l'ATP dans la réaction ADP+Pi+énergie libre→ATP+H2O.
  • L'énergie libérée par l'hydrolyse de l'ATP en ADP est utilisée pour effectuer un travail cellulaire, généralement en couplant la réaction exergonique d'hydrolyse de l'ATP avec des réactions endergoniques.
  • Les pompes sodium-potassium utilisent l'énergie dérivée de l'hydrolyse exergonique de l'ATP pour pomper les ions sodium et potassium à travers la membrane cellulaire tandis que la phosphorylation entraîne la réaction endergonique.

Mots clés

  • couplage énergétique: Le couplage énergétique se produit lorsque l'énergie produite par une réaction ou un système est utilisée pour entraîner une autre réaction ou un autre système.
  • endergonique: Description d'une réaction qui absorbe de l'énergie (chaleur) de son environnement.
  • exergonique: Description d'une réaction qui libère de l'énergie (chaleur) dans son environnement.
  • énergie gratuite: L'énergie libre de Gibbs est un potentiel thermodynamique qui mesure le travail utile ou initiateur de processus pouvant être obtenu à partir d'un système thermodynamique à température et pression constantes (isotherme, isobare).
  • hydrolyse: Un processus chimique de décomposition impliquant la rupture d'une liaison par l'ajout d'eau.

ATP : Adénosine Triphosphate

L'adénosine triphosphate (ATP) est la monnaie énergétique des processus cellulaires. L'ATP fournit l'énergie nécessaire à la fois aux réactions endergoniques consommatrices d'énergie et aux réactions exergoniques libératrices d'énergie, qui nécessitent un faible apport d'énergie d'activation. Lorsque les liaisons chimiques au sein de l'ATP sont rompues, de l'énergie est libérée et peut être exploitée pour le travail cellulaire. Plus il y a de liaisons dans une molécule, plus elle contient d'énergie potentielle. Parce que le lien dans l'ATP est si facilement rompu et reformé, l'ATP est comme une batterie rechargeable qui alimente les processus cellulaires allant de la réplication de l'ADN à la synthèse des protéines.

Structure moleculaire

L'adénosine triphosphate (ATP) est constituée de la molécule d'adénosine liée à trois groupes phosphate. L'adénosine est un nucléoside constitué de l'adénine de base azotée et du sucre à cinq carbones ribose. Les trois groupes phosphate, dans l'ordre du plus proche au plus éloigné du sucre ribose, sont étiquetés alpha, bêta et gamma. Ensemble, ces groupes chimiques constituent une centrale énergétique. Les deux liaisons entre les phosphates sont des liaisons égales à haute énergie (liaisons phosphoanhydride) qui, lorsqu'elles sont rompues, libèrent suffisamment d'énergie pour alimenter une variété de réactions et de processus cellulaires. La liaison entre le bêta et le gamma phosphate est considérée comme « à haute énergie » car lorsque la liaison se rompt, les produits [adénosine diphosphate (ADP) et un groupe phosphate inorganique (Pje)] ont une énergie libre inférieure à celle des réactifs (ATP et une molécule d'eau). Décomposition de l'ATP en ADP et Pje est appelée hydrolyse car elle consomme une molécule d'eau (hydro-, signifiant « eau » et lyse, signifiant « séparation »).

Adénosine triphosphate (ATP): L'ATP est la principale monnaie d'énergie de la cellule. Il a un squelette d'adénosine avec trois groupes phosphate attachés.

Hydrolyse et synthèse de l'ATP

L'ATP est hydrolysé en ADP dans la réaction suivante :

Comme la plupart des réactions chimiques, l'hydrolyse de l'ATP en ADP est réversible. La réaction inverse combine ADP + Pje pour régénérer l'ATP à partir de l'ADP. Puisque l'hydrolyse de l'ATP libère de l'énergie, la synthèse de l'ATP doit nécessiter un apport d'énergie libre.

L'ADP est combiné avec un phosphate pour former de l'ATP dans la réaction suivante :

ATP et couplage énergétique

Quelle quantité exacte d'énergie libre (∆G) est libérée avec l'hydrolyse de l'ATP, et comment cette énergie libre est-elle utilisée pour effectuer le travail cellulaire ? Le ∆G calculé pour l'hydrolyse d'une mole d'ATP en ADP et Pje est de -7,3 kcal/mole (-30,5 kJ/mol). Cependant, ceci n'est vrai que dans des conditions standard, et le G pour l'hydrolyse d'une mole d'ATP dans une cellule vivante est presque le double de la valeur dans des conditions standard : 14 kcal/mol (-57 kJ/mol).

L'ATP est une molécule très instable. A moins d'être rapidement utilisé pour effectuer un travail, l'ATP se dissocie spontanément en ADP + Pje, et l'énergie libre libérée au cours de ce processus est perdue sous forme de chaleur. Pour exploiter l'énergie dans les liaisons de l'ATP, les cellules utilisent une stratégie appelée couplage énergétique.

Couplage énergétique dans les pompes sodium-potassium

Couplage énergétique: Les pompes sodium-potassium utilisent l'énergie dérivée de l'hydrolyse exergonique de l'ATP pour pomper les ions sodium et potassium à travers la membrane cellulaire.

Les cellules associent la réaction exergonique de l'hydrolyse de l'ATP aux réactions endergoniques des processus cellulaires. Par exemple, les pompes à ions transmembranaires dans les cellules nerveuses utilisent l'énergie de l'ATP pour pomper des ions à travers la membrane cellulaire et générer un potentiel d'action. La pompe sodium-potassium (pompe Na + /K +) chasse le sodium de la cellule et le potassium vers la cellule. Lorsque l'ATP est hydrolysé, il transfère son phosphate gamma à la protéine pompe dans un processus appelé phosphorylation. La pompe Na + /K + gagne l'énergie libre et subit un changement de conformation, lui permettant de libérer trois Na + à l'extérieur de la cellule. Deux ions K + extracellulaires se lient à la protéine, la faisant changer de forme à nouveau et déchargeant le phosphate. En donnant de l'énergie gratuite à la pompe Na + /K +, la phosphorylation entraîne la réaction endergonique.

Couplage énergétique dans le métabolisme

Au cours des réactions métaboliques cellulaires, ou de la synthèse et de la décomposition des nutriments, certaines molécules doivent être légèrement modifiées dans leur conformation pour devenir des substrats pour la prochaine étape de la série de réactions. Dans les toutes premières étapes de la respiration cellulaire, le glucose est décomposé par le processus de glycolyse. L'ATP est nécessaire à la phosphorylation du glucose, créant un intermédiaire à haute énergie mais instable. Cette réaction de phosphorylation provoque un changement de conformation qui permet aux enzymes de convertir la molécule de glucose phosphorylée en sucre fructose phosphorylé. Le fructose est un intermédiaire nécessaire pour que la glycolyse avance. Dans cet exemple, la réaction exergonique d'hydrolyse de l'ATP est couplée à la réaction endergonique de conversion du glucose pour une utilisation dans la voie métabolique.


Source d'énergie

L'ATP est le principal vecteur d'énergie utilisé pour toutes les activités cellulaires. Lorsque l'ATP est hydrolysé et converti en adénosine diphosphate (ADP), de l'énergie est libérée. L'élimination d'un groupe phosphate libère 7,3 kilocalories par mole, ou 30,6 kilojoules par mole, dans des conditions standard. Cette énergie alimente toutes les réactions qui ont lieu à l'intérieur de la cellule. L'ADP peut également être reconverti en ATP afin que l'énergie soit disponible pour d'autres réactions cellulaires.

L'ATP est produit par plusieurs méthodes différentes. La photophosphorylation est une méthode spécifique aux plantes et aux cyanobactéries. C'est la création d'ATP à partir d'ADP en utilisant l'énergie de la lumière du soleil et se produit pendant la photosynthèse. L'ATP est également formé à partir du processus de respiration cellulaire dans les mitochondries d'une cellule. Cela peut se faire par la respiration aérobie, qui nécessite de l'oxygène, ou la respiration anaérobie, qui n'en nécessite pas. La respiration aérobie produit de l'ATP (ainsi que du dioxyde de carbone et de l'eau) à partir du glucose et de l'oxygène. La respiration anaérobie utilise des produits chimiques autres que l'oxygène, et ce processus est principalement utilisé par les archées et les bactéries qui vivent dans des environnements anaérobies. La fermentation est une autre façon de produire de l'ATP qui ne nécessite pas d'oxygène, elle est différente de la respiration anaérobie car elle n'utilise pas de chaîne de transport d'électrons. La levure et les bactéries sont des exemples d'organismes qui utilisent la fermentation pour générer de l'ATP.

Transduction du signal

L'ATP est une molécule de signalisation utilisée pour la communication cellulaire. Les kinases, qui sont des enzymes qui phosphorylent les molécules, utilisent l'ATP comme source de groupes phosphate. Les kinases sont importantes pour la transduction du signal, c'est-à-dire la façon dont un signal physique ou chimique est transmis des récepteurs situés à l'extérieur de la cellule vers l'intérieur de la cellule. Une fois que le signal est à l'intérieur de la cellule, la cellule peut répondre de manière appropriée. Les cellules peuvent recevoir des signaux pour se développer, se métaboliser, se différencier en types spécifiques ou même mourir.

Synthèse d'ADN

D'autres molécules sont liées à l'ATP et portent des noms similaires, telles que l'adénosine diphosphate (ADP), l'adénosine monophosphate (AMP) et l'AMP cyclique (AMPc). Afin d'éviter toute confusion, il est important de connaître certaines différences entre ces molécules.

L'adénosine diphosphate (ADP), parfois aussi appelée adénosine pyrophosphate (APP), notamment en chimie, a déjà été évoquée dans cet article. Il diffère de l'ATP car il possède deux groupes phosphate. L'ATP devient ADP avec la perte d'un groupe phosphate, et cette réaction libère de l'énergie. L'ADP lui-même est formé à partir de l'AMP. Le passage de l'ADP à l'ATP pendant la respiration cellulaire donne aux cellules l'énergie nécessaire pour mener à bien leurs activités.

L'adénosine monophosphate (AMP), également appelée acide 5'-adénylique, n'a qu'un seul groupe phosphate. Cette molécule se trouve dans l'ARN et contient de l'adénine, qui fait partie du code génétique. Il peut être produit avec l'ATP à partir de deux molécules d'ADP ou par hydrolyse de l'ATP. Il se forme également lorsque l'ARN est décomposé. Il peut être converti en acide urique, qui est un composant de l'urine, et excrété par la vessie.

L'adénosine monophosphate cyclique (AMPc) est dérivée de l'ATP et est un autre messager utilisé pour la transduction du signal et l'activation de certaines protéines kinases. Il peut être décomposé en AMP. Les voies de l'AMPc peuvent jouer un rôle dans certains cancers comme le carcinome. Chez les bactéries, il a un rôle dans le métabolisme. Lorsqu'une cellule bactérienne ne produit pas assez d'énergie (à partir de glucose insuffisant, par exemple), des niveaux élevés d'AMPc se produisent, ce qui active les gènes qui utilisent des sources d'énergie autres que le glucose.


Choix multiple

Lequel des types d'ARN suivants code pour une protéine ?

A. ARNdb
B. ARNm
C. ARNr
D. ARNt

Un acide nucléique est purifié à partir d'un mélange. Les molécules sont relativement petites, contiennent de l'uracile et la plupart sont liées de manière covalente à un acide aminé. Lequel des éléments suivants a été purifié ?

A. ADN
B. ARNm
C. ARNr
D. ARNt

Lequel des types d'ARN suivants est connu pour ses capacités catalytiques ?

A. ARNdb
B. ARNm
C. ARNr
D. ARNt

Les ribosomes sont composés d'ARNr et de quel autre composant ?

Lequel des éléments suivants peut utiliser l'ARN comme génome ?


Le complexe III est une station d'accueil ou d'échange pour le porteur d'électrons entrant (coenzyme Q) et le porteur sortant (cytochrome c). Le mouvement des électrons de la coenzyme Q vers le complexe III puis vers le cytochrome C se produit à la suite de ce que l'on appelle le cycle Q (voir ci-dessous).

Le complexe III agit pour transporter les électrons de la CoQ au cytochrome c. Le cytochrome c prend un électron du complexe III et le passe au complexe IV (cytochrome oxydase). Le complexe IV est la protéine réceptrice finale des électrons. Il les passe à l'oxygène moléculaire (O2) pour fabriquer deux molécules d'eau. La fabrication de deux molécules d'eau nécessite quatre électrons, de sorte que le complexe IV doit accepter, gérer et transmettre à l'oxygène moléculaire quatre électrons séparés, ce qui modifie séquentiellement l'état d'oxydation de l'oxygène avec l'ajout de chaque électron.


Pourquoi l'ATP contient-il du ribose plutôt que du désoxyribose ? - La biologie

L'adénine et la guanine sont des purines. Les purines sont les plus grandes des deux types de bases présentes dans l'ADN. Les 9 atomes qui composent les cycles fusionnés (5 carbones, 4 azotes) sont numérotés de 1 à 9. Tous les atomes du cycle se trouvent dans le même plan. La cytosine et la thymine sont des pyrimidines. Les 6 atomes (4 carbones, 2 azotes) sont numérotés de 1 à 6. Comme les purines, tous les atomes du cycle pyrimidine se trouvent dans le même plan.

Sucre désoxyribose

Le sucre désoxyribose du squelette de l'ADN a 5 carbones et 3 oxygènes. Les atomes de carbone sont numérotés 1', 2', 3', 4' et 5' pour les distinguer de la numérotation des atomes des cycles purine et pyrmidine. Les groupes hydroxyle sur les carbones 5' et 3' se lient aux groupes phosphate pour former le squelette de l'ADN. Le désoxyribose n'a pas de groupe hydroxyle en position 2' par rapport au ribose, le composant sucre de l'ARN.

Nucléosides et nucléotides

Un nucléoside est l'une des quatre bases d'ADN liées de manière covalente à la position C1' d'un sucre. Le sucre des désoxynucléosides est le 2'-désoxyribose. Le sucre des ribonucléosides est le ribose. Les nucléosides diffèrent des nucléotides en ce qu'ils manquent de groupes phosphate. Les quatre nucléosides différents de l'ADN sont la désoxyadénosine (dA), la désoxyguanosine (dG), la désoxycytosine (dC) et la (désoxy)thymidine (dT ou T). Dans dA et dG, il existe une liaison "N-glycoside" entre le sucre C1' et N9 de la purine. Un nucléotide est un nucléoside avec un ou plusieurs groupes phosphate liés de manière covalente au(x) groupe(s) 3'- et/ou 5'-hydroxyle.

Colonne vertébrale de l'ADN

Le squelette de l'ADN est un polymère avec une séquence alternée sucre-phosphate. Les sucres désoxyribose sont liés à la fois aux groupes 3'-hydroxyle et 5'-hydroxyle aux groupes phosphate dans des liaisons ester, également connues sous le nom de liaisons "phosphodiester".

ADN double hélice

L'ADN est une macromolécule normalement double brin. Deux chaînes polynucléotidiques, maintenues ensemble par de faibles forces thermodynamiques, forment une molécule d'ADN.

Caractéristiques de l'ADN double hélice

  • Deux brins d'ADN forment une spirale hélicoïdale, s'enroulant autour d'un axe d'hélice dans une spirale à droite.
  • Les deux chaînes polynucléotidiques vont dans des directions opposées.
  • Les squelettes sucre-phosphate des deux brins d'ADN s'enroulent autour de l'axe de l'hélice comme la balustrade d'un escalier en spirale.
  • Les bases des nucléotides individuels sont à l'intérieur de l'hélice, empilées les unes sur les autres comme les marches d'un escalier en colimaçon.

Paires de Bases

Au sein de la double hélice d'ADN, A forme 2 liaisons hydrogène avec T sur le brin opposé et G forme 3 liaisons hydrogène avec C sur le brin opposé. Les paires de bases dA-dT et dG-dC ont la même longueur et occupent le même espace dans une double hélice d'ADN. Par conséquent, la molécule d'ADN a un diamètre uniforme. Les paires de bases dA-dT et dG-dC peuvent apparaître dans n'importe quel ordre dans les molécules d'ADN

Axe de l'hélice d'ADN

L'axe de l'hélice est le plus apparent d'une vue directement en bas de l'axe. Le squelette sucre-phosphate se trouve à l'extérieur de l'hélice où les groupes phosphates polaires (atomes rouges et jaunes) peuvent interagir avec l'environnement polaire. L'azote (atomes bleus) contenant des bases est à l'intérieur, empilant perpendiculairement à l'axe de l'hélice.


Pourquoi l'ATP contient-il du ribose plutôt que du désoxyribose ? - La biologie

réimprimé avec la permission de La nature magazine

Une structure pour l'acide nucléique désoxyribose
J.D. Watson et F.H.C. Crick (1)

25 avril 1953 (2), La nature (3) , 171, 737-738

Nous souhaitons proposer une structure pour le sel de l'acide nucléique désoxyribose (D.N.A.). Cette structure présente des caractéristiques nouvelles qui présentent un intérêt biologique considérable.

Une structure pour l'acide nucléique a déjà été proposée par Pauling (4) et Corey 1 . Ils ont aimablement mis leur manuscrit à notre disposition avant sa publication. Leur modèle se compose de trois chaînes entrelacées, avec les phosphates près de l'axe de la fibre et les bases à l'extérieur. À notre avis, cette structure n'est pas satisfaisante pour deux raisons :

(1) Nous pensons que le matériau qui donne les diagrammes aux rayons X est le sel, pas l'acide libre. Sans les atomes d'hydrogène acides, il n'est pas clair quelles forces maintiendraient la structure ensemble, d'autant plus que les phosphates chargés négativement près de l'axe se repousseront.

(2) Certaines distances de van der Waals semblent trop petites.

Une autre structure à trois chaînes a également été suggérée par Fraser (sous presse). Dans son modèle, les phosphates sont à l'extérieur et les bases à l'intérieur, liés entre eux par des liaisons hydrogène. Cette structure telle que décrite est assez mal définie, c'est pourquoi nous ne la commenterons pas.

Nous souhaitons proposer une structure radicalement différente pour le sel d'acide nucléique désoxyribose (5) . Cette structure comporte deux chaînes hélicoïdales enroulées chacune autour du même axe (voir schéma). Nous avons fait les hypothèses chimiques habituelles, à savoir que chaque chaîne est constituée de groupes phosphate diester joignant des résidus bêta-D-désoxyribofuranose avec des liaisons 3',5'. Les deux chaînes (mais pas leurs bases) sont liées par une dyade perpendiculaire à l'axe de la fibre. Les deux chaînes suivent des hélices à droite, mais en raison de la dyade les séquences des atomes dans les deux chaînes vont dans des sens opposés (6) . Chaque chaîne ressemble vaguement celui de Furberg 2 modèle n° 1 (7) c'est-à-dire que les bases sont à l'intérieur de l'hélice et les phosphates à l'extérieur. La configuration du sucre et des atomes à proximité est proche de la "configuration standard" de Furberg, le sucre étant à peu près perpendiculaire à la base attachée. Il y a un résidu sur chacun tous les 3,4 A. dans le z-direction. Nous avons supposé un angle de 36° entre les résidus adjacents dans la même chaîne, de sorte que la structure se répète après 10 résidus sur chaque chaîne, c'est-à-dire après 34 A. La distance d'un atome de phosphore à l'axe de la fibre est de 10 A. Comme le les phosphates sont à l'extérieur, les cations y ont facilement accès.

Figure 1
Cette figure est purement schématique (8) . Les deux rubans symbolisent les deux chaînes phosphate-sucre, et les tiges horizontales les paires de bases qui maintiennent les chaînes ensemble. La ligne verticale marque l'axe de la fibre.

La structure est ouverte et sa teneur en eau est assez élevée. À des teneurs en eau plus faibles, nous nous attendrions à ce que les bases s'inclinent afin que la structure puisse devenir plus compacte.

La nouvelle caractéristique de la structure est la manière dont les deux chaînes sont maintenues ensemble par les bases puriques et pyrimidiques. Les plans des bases sont perpendiculaires à l'axe de la fibre. Ils sont réunis par paires, une seule base d'une chaîne étant liée par hydrodène à une seule base de l'autre chaîne, de sorte que les deux se trouvent côte à côte avec des z-coordonnées. L'une des paires doit être une purine et l'autre une pyrimidine pour que la liaison se produise. Les liaisons hydrogène se font comme suit : purine position 1 à pyrimidine position 1 purine position 6 à pyrimidine position 6.

Si l'on suppose que les bases n'apparaissent dans la structure que sous les formes tautomères les plus plausibles (c'est-à-dire avec les configurations céto plutôt qu'énol), on constate que seules des paires spécifiques de bases peuvent se lier ensemble. Ces paires sont : l'adénine (purine) avec la thymine (pyrimidine) et la guanine (purine) avec la cytosine (pyrimidine) (9) .

En d'autres termes, si une adénine forme un membre d'une paire, sur l'une ou l'autre chaîne, alors, dans ces hypothèses, l'autre membre doit être la thymine de la même manière pour la guanine et la cytosine. La séquence de bases sur une seule chaîne ne semble être restreinte d'aucune façon. Cependant, si seules des paires de bases spécifiques peuvent être formées, il s'ensuit que si la séquence de bases sur une chaîne est donnée, alors la séquence sur l'autre chaîne est automatiquement déterminée.

Il a été trouvé expérimentalement 3,4 que le rapport des quantités d'adénine à la thymine, et le rapport de la guanine à la cytosine, sont toujours très proches de l'unité pour l'acide nucléique désoxyribose.

Il est probablement impossible de construire cette structure avec un sucre ribose à la place du désoxyribose, car l'atome d'oxygène supplémentaire établirait un contact trop étroit avec van der Waals.

Les données radiographiques précédemment publiées 5,6 sur l'acide nucléique désoxyribose sont insuffisantes pour un test rigoureux de notre structure. Pour autant que nous puissions en juger, elle est à peu près compatible avec les données expérimentales, mais elle doit être considérée comme non prouvée jusqu'à ce qu'elle ait été vérifiée par rapport à des résultats plus exacts. Certains d'entre eux sont donnés dans les communications suivantes (10) . Nous étions pas au courant des détails des résultats qui y sont présentés lorsque nous avons conçu notre structure (11) , qui repose principalement mais pas entièrement sur des données expérimentales publiées et des arguments stéréochimiques.

Il n'a pas échappé à notre attention (12) que l'appariement spécifique que nous avons postulé suggère immédiatement un mécanisme de copie possible du matériel génétique.

Tous les détails de la structure, y compris les conditions de sa construction, ainsi qu'un ensemble de coordonnées pour les atomes, sera publié ailleurs (13) .

Nous sommes très redevables au Dr Jerry Donohue pour ses conseils et ses critiques constants, en particulier sur les distances interatomiques. Nous avons également été stimulés par la connaissance de la nature générale des résultats expérimentaux non publiés et des idées du Dr M. H. F. Wilkins, du Dr R. E. Franklin et de leurs collègues du King's College de Londres. L'un de nous (J. D. W.) a été aidé par une bourse de la Fondation nationale pour la paralysie infantile.


1 Pauling, L., et Corey, R. B., La nature, 171, 346 (1953) Proc. Nat. Acad. Sci., 39, 84 (1953).
2 Furberg, S., Acta Chem. Scand., 6, 634 (1952).
3 Chargaff, E., pour les références voir Zamenhof, S., Brawerman, G., et Chargaff, E., Biochim. et Biophys. Acta, 9, 402 (1952).
4 Wyatt, G.R., J. Le général Physiol., 36, 201 (1952).
5 Astbury, W.T., Symp. Soc. Exp. Biol. 1, Nucleic Acid, 66 (Camb. Univ. Press, 1947).
6 Wilkins, M. H. F., et Randall, J. T., Biochim. et Biophys. Acta, 10, 192 (1953).

Annotations
(1)
Il n'est pas surprenant que James D. Watson et Francis HC Crick aient parlé de trouver la structure de l'ADN quelques minutes après leur première rencontre au Cavendish Laboratory de Cambridge, en Angleterre, en 1951. Watson, un généticien de 23 ans, et Crick, un ancien physicien de 35 ans étudiant la structure des protéines pour son doctorat en biophysique, considérait tous deux l'architecture de l'ADN comme la plus grande question en biologie. Connaître la structure de cette molécule serait la clé pour comprendre comment l'information génétique est copiée. À son tour, cela conduirait à trouver des remèdes pour les maladies humaines.

Conscients de ces implications profondes, Watson et Crick étaient obsédés par le problème et, peut-être plus que tout autre scientifique, ils étaient déterminés à trouver la réponse en premier. Leur esprit de compétition les a poussés à travailler rapidement, et cela les a sans aucun doute aidés à réussir dans leur quête.

Les rapports de Watson et Crick les ont également conduits à des informations rapides. Ils discutaient sans cesse du problème, échangeant des idées les uns sur les autres. Cela a été particulièrement utile parce que chacun était inspiré par des preuves différentes. Lorsque Watson, visuellement sensible, par exemple, a vu un motif de taches en forme de croix sur une photographie aux rayons X de l'ADN, il a su que l'ADN devait être une double hélice. À partir des données sur la symétrie des cristaux d'ADN, Crick, un expert en structure cristalline, a constaté que les deux chaînes de l'ADN couraient dans des directions opposées.

Depuis la découverte révolutionnaire de la double hélice en 1953, Watson a utilisé la même approche rapide et compétitive pour propulser une révolution en biologie moléculaire. En tant que professeur à Harvard dans les années 1950 et 1960, et en tant qu'ancien directeur et actuel président du Cold Spring Harbor Laboratory, il a inlassablement construit des arènes intellectuelles pour des groupes de scientifiques et de laboratoires pour appliquer les connaissances acquises grâce à la découverte de la double hélice à la synthèse des protéines, le code génétique et d'autres domaines de la recherche biologique. En poussant sans relâche ces domaines, il a également fait avancer l'opinion des biologistes selon laquelle la résolution de problèmes de santé majeurs nécessite des recherches au niveau le plus fondamental de la vie.

(2) A cette date, La nature publié l'article que vous lisez.

Selon l'historien des sciences Victor McElheny du Massachusetts Institute of Technology, cette date a été un tournant dans une lutte de longue date entre deux camps de la biologie, le vitalisme et le réductionnisme. Alors que les vitalistes étudiaient des organismes entiers et considéraient la génétique comme trop complexe pour être pleinement comprise, les réductionnistes considéraient que le déchiffrement des processus vitaux fondamentaux était tout à fait possible et essentiel pour guérir les maladies humaines. La découverte de la structure en double hélice de l'ADN a porté un coup majeur à l'approche vitaliste et a donné un élan au domaine réductionniste de la biologie moléculaire.

Les historiens se demandent comment le timing de la course à l'ADN a affecté son résultat. La science, après avoir été détournée pendant des années vers l'effort de guerre, a pu se concentrer davantage sur des problèmes tels que ceux qui affectent la santé humaine. Pourtant, aux États-Unis, il était menacé par un frein au libre échange des idées. Certains pensent que le chercheur américain Linus Pauling aurait battu Watson et Crick au poing si la capacité de Pauling à voyager n'avait pas été entravée en 1952 par le trop zélé House Un-American Activities Committee.

(3) La nature (fondée en 1869) et des centaines d'autres revues scientifiques contribuent à faire avancer la science en offrant aux chercheurs un lieu de publication et de débat sur les résultats. Aujourd'hui, les revues valident également la qualité de cette recherche grâce à une évaluation rigoureuse appelée examen par les pairs. Généralement, au moins deux scientifiques, sélectionnés par les éditeurs de la revue, jugent de la qualité et de l'originalité de chaque article, en recommandant s'il doit être publié ou non.

La publication scientifique était un jeu différent lorsque Watson et Crick ont ​​soumis cet article à La nature. En l'absence de processus d'examen formel dans la plupart des revues, les rédacteurs en chef prenaient généralement leurs propres décisions sur les soumissions, sollicitant des conseils de manière informelle uniquement lorsqu'ils n'étaient pas familiers avec un sujet.

(4) L'effort pour découvrir la structure de l'ADN était une course entre plusieurs joueurs. Il s'agissait du chimiste de renommée mondiale Linus Pauling au California Institute of Technology, et des cristallographes aux rayons X Maurice Wilkins et Rosalind Franklin au King's College de Londres, en plus de Watson et Crick au Cavendish Laboratory de l'Université de Cambridge.

Les jus compétitifs coulaient bien avant que le sprint ADN ne soit à plein régime. En 1951, Pauling a battu de justesse les scientifiques du Cavendish Lab, un centre de premier plan pour sonder la structure des protéines, à la découverte que certaines protéines sont hélicoïdales. La défaite piquait. Lorsque Pauling a envoyé un article à publier au début de 1953 qui proposait une structure d'ADN à trois brins, le chef de Cavendish a autorisé Watson et Crick à travailler à plein temps sur la structure de l'ADN. Cavendish n'était pas sur le point de perdre deux fois contre Pauling.

La structure d'ADN proposée par Pauling était une hélice à trois brins avec les bases tournées vers l'extérieur. Alors que le modèle était erroné, Watson et Crick étaient sûrs que Pauling apprendrait bientôt son erreur, et ils ont estimé qu'il était à six semaines de la bonne réponse. Électrifiés par l'urgence et par la perspective de battre une superstar de la science, Watson et Crick ont ​​découvert la double hélice après une frénésie de quatre semaines de construction de modèles.

Pauling a été déjoué dans ses tentatives pour voir des photos radiographiques de l'ADN du King's College - des preuves cruciales qui ont inspiré la vision de Watson de la double hélice - et a dû se contenter de photographies plus anciennes de qualité inférieure. En 1952, Wilkins et le chef du laboratoire du roi avaient refusé la demande de Pauling de voir leurs photos. Pauling prévoyait d'assister à une réunion scientifique à Londres, où il aurait très probablement renouvelé sa demande en personne, mais le Comité des activités anti-américaines de la Maison des États-Unis a interrompu le voyage de Pauling, citant son activisme anti-guerre. Il était donc normal que Pauling, qui a remporté le prix Nobel de chimie en 1954, ait également remporté le prix Nobel de la paix en 1962, la même année où Watson et Crick ont ​​remporté leur prix Nobel pour avoir découvert la double hélice.

(5) Ici, les jeunes scientifiques Watson et Crick appellent leur modèle « radicalement différent » pour le distinguer fortement du modèle proposé par la puissance scientifique Linus Pauling. Cette réclamation était justifiée. Alors que le modèle de Pauling était une triple hélice avec les bases dépassant, le modèle Watson-Crick était une double hélice avec les bases pointant vers l'intérieur et formant des paires d'adénine (A) avec la thymine (T) et la cytosine (C) avec la guanine (G).

(6) Cette description centrale du modèle à double hélice est encore aujourd'hui un exploit monumental étant donné que la grande majorité des résultats de la recherche sont soit rejetés, soit modifiés au fil du temps.

Selon l'historien des sciences Victor McElheny du Massachusetts Institute of Technology, la résistance de la théorie de la double hélice la place dans une classe avec les lois du mouvement de Newton. Tout comme la physique newtonienne a survécu à des siècles d'examen scientifique pour devenir le fondement des programmes spatiaux d'aujourd'hui, le modèle à double hélice a fourni le fondement de plusieurs domaines de recherche depuis 1953, notamment la biochimie de la réplication de l'ADN, le craquage du code génétique, le génie génétique et le séquençage du génome humain.

(7) Le modèle d'ADN du scientifique norvégien Sven Furberg, qui a correctement placé les bases à l'intérieur d'une hélice, était l'une des nombreuses idées sur l'ADN qui ont aidé Watson et Crick à déduire la structure de la molécule. Dans une certaine mesure, ils étaient des synthétiseurs de ces idées. Faisant peu de travail de laboratoire, ils ont recueilli des indices et des conseils d'autres experts pour trouver la réponse. La préparation scientifique, la passion et la collaboration extraordinaires de Watson et Crick les ont rendus particulièrement capables de cette synthèse.

(8) Une représentation visuelle du modèle de Watson et Crick était cruciale pour montrer comment les composants de l'ADN s'emboîtent dans une double hélice. En 1953, la femme de Crick, Odile, a dessiné le diagramme utilisé pour représenter l'ADN dans cet article. Les scientifiques utilisent de nombreux types de représentations visuelles de l'ADN.

(9) Le dernier obstacle pour Watson et Crick était de comprendre comment les quatre bases de l'ADN s'appariaient sans déformer l'hélice. Pour visualiser la réponse, Watson a construit des découpes en carton des bases. Tôt un matin, alors que Watson déplaçait les découpes sur une table, il a découvert qu'une seule combinaison de molécules de base formait une structure d'ADN sans renflements ni contraintes. Comme Crick l'a dit dans son livre Quelle poursuite folle, Watson a résolu le casse-tête non pas par logique mais par hasard. Watson et Crick ont ​​repris cette approche de construction de modèles de l'éminent chimiste Linus Pauling, qui l'a utilisée avec succès pour découvrir que certaines protéines ont une structure hélicoïdale.

(10) Parallèlement à l'article de Watson-Crick dans le numéro du 25 avril 1953 de La nature étaient des articles publiés séparément par les scientifiques Maurice Wilkins et Rosalind Franklin du King’s College, qui travaillaient indépendamment les uns des autres. Les articles de Wilkins et Franklin ont décrit les preuves de cristallographie aux rayons X qui ont aidé Watson et Crick à concevoir leur structure. Les auteurs des trois articles, leurs chefs de laboratoire et les éditeurs de La nature convenu que les trois seraient publiés dans le même numéro.

The “following communications” that our authors are referring to are the papers by Franklin and Wilkins, published on the journal pages immediately after Watson and Crick’s paper. They (and other papers) can be downloaded as PDF files (Adobe Acrobat required) from Nature’s 50 Years of DNA website (http://www.nature.com/nature/dna50/archive.html).

Here are the direct links:

Molecular Configuration in Sodium Thymonucleate
Franklin, R., and Gosling, R. G.
La nature 171, 740-741 (1953)
URL: http://www.nature.com/nature/dna50/franklingosling.pdf

Molecular Structure of Deoxypentose Nucleic Acids
Wilkins, M. H. F., Stokes, A. R., & Wilson, H. R.
La nature 171, 738-740 (1953)
URL: http://www.nature.com/nature/dna50/wilkins.pdf

(11) This sentence marks what many consider to be an inexcusable failure to give proper credit to Rosalind Franklin, a King’s College scientist. Watson and Crick are saying here that they “were not aware of” Franklin’s unpublished data, yet Watson later admits in his book The Double Helix that these data were critical in solving the problem. Watson and Crick knew these data would be published in the same April 25 issue of La nature, but they did not formally acknowledge her in their paper.

What exactly were these data, and how did Watson and Crick gain access to them? While they were busy building their models, Franklin was at work on the DNA puzzle using X-ray crystallography, which involved taking X-ray photographs of DNA samples to infer their structure. By late February 1953, her analysis of these photos brought her close to the correct DNA model.

But Franklin was frustrated with an inhospitable environment at King’s, one that pitted her against her colleagues. And in an institution that barred women from the dining room and other social venues, she was denied access to the informal discourse that is essential to any scientist’s work. Seeing no chance for a tolerable professional life at King’s, Franklin decided to take another job. As she was preparing to leave, she turned her X-ray photographs over to her colleague Maurice Wilkins (a longtime friend of Crick).

Then, in perhaps the most pivotal moment in the search for DNA’s structure, Wilkins showed Watson one of Franklin’s photographs without Franklin’s permission. As Watson recalled, “The instant I saw the picture my mouth fell open and my pulse began to race.” To Watson, the cross-shaped pattern of spots in the photo meant that DNA had to be a double helix.

Was it unethical for Wilkins to reveal the photographs? Should Watson and Crick have recognized Franklin for her contribution to this paper? Why didn’t they? Would Watson and Crick have been able to make their discovery without Franklin’s data? For decades, scientists and historians have wrestled over these issues.

To read more about Rosalind Franklin and her history with Wilkins, Watson, and Crick, see the following:

“Light on a Dark Lady” by Anne Piper, a lifelong friend of Franklin’s
URL: http://www.physics.ucla.edu/

A review of Brenda Maddox’s recent book, Rosalind Franklin: The Dark Lady of DNA dans Le gardien (UK)
URL: http://books.guardian.co.uk/whitbread2002/story/0,12605,842764,00.html

(12) This phrase and the sentence it begins may be one of the biggest understatements in biology. Watson and Crick realized at the time that their work had important scientific implications beyond a “pretty structure.” In this statement, the authors are saying that the base pairing in DNA (adenine links to thymine and guanine to cytosine) provides the mechanism by which genetic information carried in the double helix can be precisely copied. Knowledge of this copying mechanism started a scientific revolution that would lead to, among other advances in molecular biology, the ability to manipulate DNA for genetic engineering and medical research, and to decode the human genome, along with those of the mouse, yeast, fruit fly, and other research organisms.

(13) This paper is short because it was intended only to announce Watson and Crick’s discovery, and because they were in a competitive situation. In January 1954, they published the “full details” of their work in a longer paper (in Proceedings of the Royal Society). This “expound later” approach was usual in science in the 1950s as it continues to be. In fact, Rosalind Franklin did the same thing, supplementing her short April 25 paper with two longer articles.

Today, scientists publish their results in a variety of formats. They also present their work at conferences. Watson reported his and Crick’s results at the prestigious annual symposium at Cold Spring Harbor Laboratory in June 1953. As part of our recognition of the fiftieth anniversary of the double helix discovery, we will join scientists at Cold Spring Harbor as they present their papers at the “Biology of DNA” conference.


METABOLISM

Cells use a molecule called Adenosine Triphosphate (or ATP) as an energy source (See figure 2). The phosphates in this molecule can supply energy to substrates in our cells. Enzymes exist in our cells that can remove a phosphate from ATP and attach it to a different molecule-usually a protein (See Figure 3). When this happens, we say that the protein has been phosphorylated. Think of the third phosphate as being a little sack of energy. When it is transferred to a protein, this energy can be used to do something. For example, in figure 3, the protein changes its shape when it becomes phosphorylated. When proteins change their shape, we often call this a conformational change to the protein structure. There are many proteins in the body that use a phosphate from ATP to induce a conformational change. This shifting of the protein shape ultimately allows for things like muscle contraction, cell mobility, membrane transport, and enzyme action. Cells and life exist only if a consistent and steady supply of ATP is available.

Image created by JS at BYU Idaho F2013.

The image above is a representation of the chemical structure of ATP. ATP includes a nitrogenous base called adenine joined to a 5 carbon sugar called ribose and 3 phosphate groups.

Image created by JS at BYU Idaho F2013.

ATP is used to phosphorylate a protein. An enzyme, called a kinase (not shown) removes a phosphate from ATP and facilitates a bond between the phosphate and some other protein. The bonding of a phosphate to a protein in this manner is called phosphorylation. The phosphate bone with the protein has higher energy. Notice that phosphorylation uses this energy to cause a conformational change of the protein shape.

NAD and FAD

Nicotinamide Adenine Dinucleotide (NAD) and Flavin Adenine Dinucleotide (FAD) are coenzymes involved in reversible oxidation and reduction reactions. It is often stated that these compounds are electron carriers because they accept electrons (become reduced) during catabolic steps in the breakdown of organic molecules such as carbohydrates and lipids. Then, these reduced coenzymes can donate these electrons to some other biochemical reaction normally involved in a process that is anabolic (like the synthesis of ATP).

NAD+ / NADH

Nicotinamide Adenine Dinucleotide in its oxidized state is called NAD + , after being reduced (or accepting electrons), it is referred to as NADH. See figure 4 for a molecular illustration. The vitamin Niacin (also called B3) is used to derive this compound. Niacin provides the organic ring structure that will directly participate in the transfer of a hydrogen atom and 2 electrons. NAD + is often found in conjunction with a "dehydrogenase" enzyme. A dehydrogenase reaction removes two hydrogen atoms one as a hydride (:H - ) (a hydride is a hydrogen atom with 2 electrons) and one as a hydrogen cation (H + ) (and of course, a hydrogen cation has no electrons). The hydride bonds with NAD + and creates a reduced compound of Nictinamide Adenine Dinucleotide (NADH). The second hydrogen atom (H + ) is released into solution see figure 4.

As you examine the reactions for metabolism, look for reactions that yield NADH. NADH will be important as it will deliver the hydrogens and electrons that it picks up to biochemical processes that can use the electrons and hydrogens to make ATP.

Image created by JS at BYU Idaho F2013.

In metabolic reactions that involve NAD, two hydrogen atoms and two electrons are removed from a substrate and transferred to NAD + . NAD + accepts a hydride ion (a hydrogen with 2 electrons) and becomes Nicotinamide Adenine Dinucleotide in the reduced form (NADH). The hydrogen cation that is also captured in the reaction is released into the surrounding solution. Remember that this reaction is reversible.

In the explanation of reactions that occur in Metabolism, it is common to ignore the H + released into solution and this text will depict the outcome of NAD reduction as simply NADH, rather than NADH + H + .

FAD / FADH2

Flavin adenine dinucleotide in its oxidized state is called FAD. After being reduced, it is called FADH2. See figure 5 for a molecular illustration. The vitamin, riboflavin (or B2) is used to derive this compound. Riboflavin provides the ring structures that will directly participate in the transfer of two hydrogen atoms (each with one electron this time). Similar to NAD, FAD works in association with a "dehydrogenase" enzyme. The reaction removes two hydrogen atoms each a proton with one electron. Both hydrogen atoms bond with FAD. This reaction does not release an H+ into solution like the reduction of NAD does.

Image created by JS at BYU Idaho F2013.

Flavin adenine dinucleotide in the oxidized form (FAD) accepts two hydrogen atoms (each with one electron) and becomes FADH2.

As you examine the reactions for metabolism, look for a reaction that yields FADH2. Similar to NADH, FADH2 will be important as it will deliver hydrogens and electrons to biochemical processes that can use the electrons and hydrogens to make ATP.

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Muscle Fatigue

When not enough oxygen is getting to the muscles, the respiration will become more anaerobic. Continuing this will lead to a build up of lactic acid in the muscles. This will cause a pH drop in the blood plasma. Ce qui provoque muscle fatigue where muscles ache and do not contract correctly because the pH levels interfere with the functioning of the proteins and enzymes. So this is what stops you when you are exercising too much.

All of this built-up of lactic acid does not stay in the blood indefinitely. It is taken to the le foie where it is broken down to glycogen via the process of oxidation. This process in the liver however, requires oxygen. So after exercise we breath heavily to get enough oxygen to break down the excess lactate, this is known as an oxygen debt.


DNA Double-Helix Structure

Figure 2. DNA is an antiparallel double helix. The phosphate backbone (the curvy lines) is on the outside, and the bases are on the inside. Each base interacts with a base from the opposing strand. (credit: Jerome Walker/Dennis Myts)

DNA has a double-helix structure (Figure 2). The sugar and phosphate lie on the outside of the helix, forming the backbone of the DNA. The nitrogenous bases are stacked in the interior, like the steps of a staircase, in pairs the pairs are bound to each other by hydrogen bonds. Every base pair in the double helix is separated from the next base pair by 0.34 nm.

The two strands of the helix run in opposite directions, meaning that the 5′ carbon end of one strand will face the 3′ carbon end of its matching strand. (This is referred to as antiparallel orientation and is important to DNA replication and in many nucleic acid interactions.)

Only certain types of base pairing are allowed. For example, a certain purine can only pair with a certain pyrimidine. This means A can pair with T, and G can pair with C, as shown in Figure 3. This is known as the base complementary rule. In other words, the DNA strands are complementary to each other. If the sequence of one strand is AATTGGCC, the complementary strand would have the sequence TTAACCGG. During DNA replication, each strand is copied, resulting in a daughter DNA double helix containing one parental DNA strand and a newly synthesized strand.

Question de pratique

Figure 3. In a double stranded DNA molecule, the two strands run antiparallel to one another so that one strand runs 5′ to 3′ and the other 3′ to 5′. Le squelette phosphate est situé à l'extérieur et les bases sont au milieu. L'adénine forme des liaisons hydrogène (ou paires de bases) avec la thymine et la guanine des paires de bases avec la cytosine.

A mutation occurs, and cytosine is replaced with adenine. What impact do you think this will have on the DNA structure?

Ribonucleic acid, or RNA, is mainly involved in the process of protein synthesis under the direction of DNA. RNA is usually single-stranded and is made of ribonucleotides that are linked by phosphodiester bonds. A ribonucleotide in the RNA chain contains ribose (the pentose sugar), one of the four nitrogenous bases (A, U, G, and C), and the phosphate group.

There are four major types of RNA: messenger RNA (mRNA), ribosomal RNA (rRNA), transfer RNA (tRNA), and microRNA (miRNA). The first, mRNA, carries the message from DNA, which controls all of the cellular activities in a cell. If a cell requires a certain protein to be synthesized, the gene for this product is turned “on” and the messenger RNA is synthesized in the nucleus. The RNA base sequence is complementary to the coding sequence of the DNA from which it has been copied. However, in RNA, the base T is absent and U is present instead. If the DNA strand has a sequence AATTGCGC, the sequence of the complementary RNA is UUAACGCG. In the cytoplasm, the mRNA interacts with ribosomes and other cellular machinery (Figure 4).

Figure 4. A ribosome has two parts: a large subunit and a small subunit. The mRNA sits in between the two subunits. A tRNA molecule recognizes a codon on the mRNA, binds to it by complementary base pairing, and adds the correct amino acid to the growing peptide chain.

The mRNA is read in sets of three bases known as codons. Each codon codes for a single amino acid. In this way, the mRNA is read and the protein product is made. Ribosomal RNA (rRNA) is a major constituent of ribosomes on which the mRNA binds. The rRNA ensures the proper alignment of the mRNA and the ribosomes the rRNA of the ribosome also has an enzymatic activity (peptidyl transferase) and catalyzes the formation of the peptide bonds between two aligned amino acids. Transfer RNA (tRNA) is one of the smallest of the four types of RNA, usually 70–90 nucleotides long. It carries the correct amino acid to the site of protein synthesis. It is the base pairing between the tRNA and mRNA that allows for the correct amino acid to be inserted in the polypeptide chain. microRNAs are the smallest RNA molecules and their role involves the regulation of gene expression by interfering with the expression of certain mRNA messages.


Nucléotides

The fourth type of organic compound important to human structure and function are the nucleotides (Figure 11). UNE nucléotide is one of a class of organic compounds composed of three subunits:

  • one or more phosphate groups
  • a pentose sugar: either deoxyribose or ribose
  • a nitrogen-containing base: adenine, cytosine, guanine, thymine, or uracil

Nucleotides can be assembled into nucleic acids (DNA or RNA) or the energy compound adenosine triphosphate.

Figure 11. Nucleotides. (a) The building blocks of all nucleotides are one or more phosphate groups, a pentose sugar, and a nitrogen-containing base. (b) The nitrogen-containing bases of nucleotides. (c) The two pentose sugars of DNA and RNA.

Acides nucléiques

The nucleic acids differ in their type of pentose sugar. Acide désoxyribonucléique (ADN) is nucleotide that stores genetic information. DNA contains deoxyribose (so-called because it has one less atom of oxygen than ribose) plus one phosphate group and one nitrogen-containing base. The “choices” of base for DNA are adenine, cytosine, guanine, and thymine. Ribonucleic acid (RNA) is a ribose-containing nucleotide that helps manifest the genetic code as protein. RNA contains ribose, one phosphate group, and one nitrogen-containing base, but the “choices” of base for RNA are adenine, cytosine, guanine, and uracil.

Figure 12. DNA. In the DNA double helix, two strands attach via hydrogen bonds between the bases of the component nucleotides.

The nitrogen-containing bases adenine and guanine are classified as purines. UNE purine is a nitrogen-containing molecule with a double ring structure, which accommodates several nitrogen atoms. The bases cytosine, thymine (found in DNA only) and uracil (found in RNA only) are pyramidines. UNE pyramidine is a nitrogen-containing base with a single ring structure

Bonds formed by dehydration synthesis between the pentose sugar of one nucleic acid monomer and the phosphate group of another form a “backbone,” from which the components’ nitrogen-containing bases protrude. In DNA, two such backbones attach at their protruding bases via hydrogen bonds. These twist to form a shape known as a double helix (Figure 12). The sequence of nitrogen-containing bases within a strand of DNA form the genes that act as a molecular code instructing cells in the assembly of amino acids into proteins. Humans have almost 22,000 genes in their DNA, locked up in the 46 chromosomes inside the nucleus of each cell (except red blood cells which lose their nuclei during development). These genes carry the genetic code to build one’s body, and are unique for each individual except identical twins.

In contrast, RNA consists of a single strand of sugar-phosphate backbone studded with bases. Messenger RNA (mRNA) is created during protein synthesis to carry the genetic instructions from the DNA to the cell’s protein manufacturing plants in the cytoplasm, the ribosomes.

Adenosine Triphosphate

The nucleotide adenosine triphosphate (ATP), is composed of a ribose sugar, an adenine base, and three phosphate groups (Figure 13). ATP is classified as a high energy compound because the two covalent bonds linking its three phosphates store a significant amount of potential energy. In the body, the energy released from these high energy bonds helps fuel the body’s activities, from muscle contraction to the transport of substances in and out of cells to anabolic chemical reactions.

Figure 13. Structure of Adenosine Triphosphate (ATP)

When a phosphate group is cleaved from ATP, the products are adenosine diphosphate (ADP) and inorganic phosphate (Pje). This hydrolysis reaction can be written:

Removal of a second phosphate leaves adenosine monophosphate (AMP) and two phosphate groups. Again, these reactions also liberate the energy that had been stored in the phosphate-phosphate bonds. They are reversible, too, as when ADP undergoes phosphorylation. Phosphorylation is the addition of a phosphate group to an organic compound, in this case, resulting in ATP. In such cases, the same level of energy that had been released during hydrolysis must be reinvested to power dehydration synthesis.

Cells can also transfer a phosphate group from ATP to another organic compound. For example, when glucose first enters a cell, a phosphate group is transferred from ATP, forming glucose phosphate (C6H12O6—P) and ADP. Once glucose is phosphorylated in this way, it can be stored as glycogen or metabolized for immediate energy.


Voir la vidéo: ATP: adénosine triphosphate (Janvier 2022).