Il existe plusieurs niveaux de structure dans l’acide ribonucléique (ARN), qui sont décrits comme une structure primaire, une structure secondaire, une structure tertiaire et une structure quaternaire. La structure primaire de l’ARN fait référence à sa séquence d’unités d’information génétique, appelées nucléotides. Sa structure secondaire est composée des paires formées lorsque les nucléotides de la séquence se lient les uns aux autres. La structure tertiaire est encore plus complexe, englobant les interactions entre les régions de la structure secondaire et dans toute la molécule. La structure quaternaire ne s’applique que lorsque plusieurs chaînes d’ARN interagissent, et ce sont toutes les interactions ou changements structurels qui se produisent lorsque ces chaînes se rejoignent.
La structure primaire de l’ARN est généralement composée d’un seul brin de nucléotides. Quatre types de nucléotides peuvent être trouvés dans ce brin, appelés adénine (A), cytosine (C), guanine (G) et uracile (U). De nombreux nucléotides sont modifiés dans l’ARN, ajoutant ou soustrayant des atomes aux nucléotides d’origine pour modifier leurs propriétés. Des centaines de modifications nucléotidiques différentes existent et leurs effets varient en fonction du type de molécule d’ARN, de l’espèce dans laquelle la modification se produit et de l’environnement dans lequel la modification est effectuée. La plupart de ces modifications de nucléotides ont des codes descriptifs standard, comme le font les nucléotides, mais elles ne sont généralement pas aussi bien connues.
La structure secondaire de l’ARN et les doubles hélices de l’acide désoxyribonucléique (ADN) se forment de la même manière, où les nucléotides se lient en paires de bases, donnant à la molécule une structure globale. Il existe des différences significatives dans la manière dont la structure secondaire de l’ARN est formée, par rapport aux doubles hélices d’ADN. Dans l’ARN et l’ADN, la cytosine se lie à la guanine, mais l’adénine se lie à l’uracile, et non à la thymine, dans l’ARN. La structure secondaire de l’ARN est rarement une double hélice ; il forme une variété de boucles, de renflements et de types d’hélices spécifiques qui sont alignés très différemment de ce que l’on voit dans l’ADN. La structure secondaire de l’ARN en général est plus compliquée, mais pas nécessairement moins ordonnée, que les doubles hélices d’ADN.
La structure tertiaire de l’ARN permet à la molécule de se replier dans sa conformation entièrement fonctionnelle. Certaines molécules d’ARN, de par leur structure tertiaire, ont des fonctions spécifiques. Ces molécules d’ARN non codant (ARNnc) peuvent servir à de nombreuses fins, et la découverte de ces applications biologiques a fait l’objet de plusieurs prix Nobel. Une classe d’ARNnc, appelée ribozymes, est constituée d’enzymes à ARN qui peuvent catalyser des réactions biochimiques tout comme le font les enzymes protéiques. Une autre classe, appelée riboswitches, contrôle l’expression des gènes en activant et désactivant les gènes en fonction de son environnement.
La structure quaternaire de l’ARN entre en jeu au sein de certaines macromolécules comme le ribosome, qui construit des protéines dans la cellule. Les ribosomes sont composés de plusieurs chaînes d’ARN, et les interactions entre ces chaînes doivent être précises et étroitement régulées pour que le ribosome fonctionne correctement. Pour que les chaînes d’ARN aient une structure quaternaire, elles doivent se réunir pour former une nouvelle structure de conglomérat, pas seulement interagir puis se séparer à nouveau. La structure quaternaire se forme le plus lentement de tous les niveaux de structure de l’ARN, et généralement le plus complexe.