Fiche de révision : Chromatine et ADN

📋 Plan du Cours

1. Composition en bases de l’ADN
2. Architecture de la double hélice
3. Stabilisation et dénaturation de l’ADN
4. Isoformes et forme B
5. Surenroulement et topoisomérases
6. Chromosomes et nucléosomes
7. Histones et fibres de chromatine
8. Remodelage et modifications des histones
9. Méthylation de l’ADN et régulation
10. Épigénétique et pathologies
11. Propriétés physico-chimiques et applications

📖 1. Composition en bases de l’ADN

★ À maîtriser

• L’ADN contient quatre bases, désignées par les lettres A, G, T et C.

• Dans l’ADN, la concentration en adénine égale celle en thymine et la concentration en cytosine égale celle en guanine, quelle que soit l’espèce.

• Dans l’ADN, la concentration totale en bases puriques égale celle en bases pyrimidiques.

Compléments

📌 La composition en bases varie selon l’espèce et le rapport A/G peut différer, tandis que les rapports A/T et G/C restent proches de 1.

• Le rapport A/G indiqué est de 1 chez E. coli et de 1,56 chez l’Homme.

📖 2. Architecture de la double hélice

★ À maîtriser

• En 1953, Watson et Crick proposent le modèle de la double hélice à partir de la composition en bases et des diagrammes de diffraction des rayons X.

• Dans la double hélice, les bases hydrophobes sont à l’intérieur et les chaînes de désoxyribose-phosphate sont à l’extérieur.

📌 Les deux chaînes d’ADN sont complémentaires mais non identiques et s’apparient selon les couples A-T et G-C.

• Les deux chaînes d’ADN sont antiparallèles : l’une est orientée de 5′ vers 3′ et l’autre de 3′ vers 5′.

Compléments

• Les plateaux de bases sont perpendiculaires à l’axe des chaînes de désoxyribose-phosphate, qui est parallèle à l’axe de la double hélice.

• La double hélice possède un petit sillon et un grand sillon, ce dernier étant plus accessible aux interactions avec les protéines.

💡 Astuce mémo

Un escalier en colimaçon : les bases forment les marches intérieures et le squelette désoxyribose-phosphate les rampes extérieures.

📖 3. Stabilisation et dénaturation de l’ADN

★ À maîtriser

• Les paires A-T sont unies par deux liaisons hydrogène, tandis que les paires G-C le sont par trois.

📌 Les appariements G-C sont plus solides que les appariements A-T parce qu’ils comportent davantage de liaisons hydrogène.

• La dénaturation de l’ADN sépare les deux brins en rompant les liaisons hydrogène sans détruire les chaînes, et le cours indique un chauffage à 90 °C pour la provoquer.

• La double hélice est stabilisée par les liaisons hydrogène entre bases, les forces de Van der Waals entre bases hydrophobes empilées et les interactions ioniques entre phosphates négatifs et cations, notamment Mg²⁺.

Compléments

• Les plateaux de bases ont la même dimension parce que chaque paire associe une base purique grande à une base pyrimidique petite.

• Les liaisons hydrogène sont faibles individuellement, mais leur grand nombre contribue fortement à la cohésion interne de la double hélice.

• Les tautomères céto et amino prédominent au pH physiologique, tandis que la forme imino peut perturber la complémentarité et entraîner des mutations.

💡 Astuce mémo

Les liaisons H relient les bases ; les forces de Van der Waals empilent les bases ; les cations compensent les phosphates.

📖 4. Isoformes et forme B

★ À maîtriser

📌 L’ADN B est l’isoforme la plus répandue chez les eucaryotes et correspond à la forme hydratée de la molécule native.

• L’ADN B comprend 10,4 paires de bases par tour, chaque plateau tournant de 34,6° par rapport au précédent.

Compléments

• L’ADN B est une hélice à pas droit d’un diamètre de 2,4 nm.

• Le pas de l’hélice B est de 3,4 nm et chaque paire de bases formée allonge l’hélice de 0,33 nm.

• Dans l’ADN B, la liaison N-β-glycosidique est en conformation anti.

📖 5. Surenroulement et topoisomérases

🔑 Notions clés & Définitions

• Topoisomères : Deux molécules circulaires d’ADN ayant la même séquence de bases mais un nombre d’enlacements différent.

★ À maîtriser

📐 Formule - Pour l’ADN relâché, $L = T$ et $W = 0$, où L est le nombre d’enlacements, T le nombre de tours de l’axe et W le nombre de vrilles.

📌 Le surenroulement négatif facilite la séparation des brins, tandis que le surenroulement positif resserre la double hélice.

• Les topoisomérases modifient le nombre d’enlacements en clivant un ou deux brins, en faisant passer un segment d’ADN à travers la brèche, puis en ressellant cette brèche.

📌 Les topoisomérases de type I coupent un seul brin, relâchent l’ADN surenroulé et n’utilisent pas d’ATP, tandis que les topoisomérases de type II coupent les deux brins et utilisent l’ATP.

Compléments

• Chez les eucaryotes, les extrémités de l’ADN sont fixées à des points d’ancrage, ce qui fait que l’ADN se comporte comme une molécule circulaire.

• La gyrase bactérienne est une topoisomérase de type II qui introduit uniquement des supertours négatifs et constitue la cible de certains antibiotiques.

💡 Astuce mémo

Le surenroulement négatif desserre et facilite la séparation ; le positif resserre.

📖 6. Chromosomes et nucléosomes

🔑 Notions clés & Définitions

• Chromatine : Le complexe formé par l’ADN nucléaire et les protéines histones et non-histones, dont la dynamique influence la réplication, la transcription et la réparation du génome.

• Nucléosome : L’unité fondamentale de l’organisation chromosomique, constituée d’ADN enroulé autour d’un noyau d’histones.

★ À maîtriser

• L’ADN humain mesure environ 2 mètres au total et compte 3,2 × 10⁹ paires de bases.

• Une cellule humaine diploïde contient 46 chromosomes, visibles seulement au moment de la division cellulaire, où ils représentent la forme la plus compactée de l’ADN.

Compléments

• Le nucléosome est une structure dynamique impliquée dans la réplication, la réparation et la transcription du génome.

💡 Astuce mémo

Le nucléosome est une bobine octamérique autour de laquelle l’ADN s’enroule.

📖 7. Histones et fibres de chromatine

★ À maîtriser

• Le cœur du nucléosome est un octamère formé de deux copies de chacune des histones H2A, H2B, H3 et H4.

• Les histones sont riches en charges positives, qui neutralisent les charges négatives des phosphates de l’ADN et facilitent son enroulement autour du cœur histonique.

• L’histone H1 stabilise l’ADN enroulé autour du cœur octamérique et relie les nucléosomes entre eux.

• La fibre de chromatine de 10 à 11 nm présente un aspect de collier de nucléosomes espacés d’environ 200 paires de nucléotides, dont environ 150 sont associées au cœur et 50 à 80 constituent l’ADN de liaison.

Compléments

• Les histones du cœur sont de petites protéines riches en acides aminés basiques et fortement conservées entre les espèces.

• Le repli d’histone comprend trois hélices alpha reliées par deux boucles, selon l’organisation hélice-boucle-hélice-boucle-hélice.

📌 La fibre de 30 nm est plus condensée que la fibre de 10 à 11 nm et peut suivre un modèle en solénoïde ou en zigzag.

💡 Astuce mémo

Perles de 10 nm, puis fibre condensée de 30 nm.

📖 8. Remodelage et modifications des histones

★ À maîtriser

• Un complexe de remodelage consommant de l’ATP peut faire glisser l’octamère le long de l’ADN, transférer un nucléosome vers une autre région ou remodeler localement l’ADN encore fixé au nucléosome.

• Les modifications des queues d’histones comprennent :

  • L’acétylation
  • La méthylation
  • La phosphorylation

📌 L’acétylation des histones neutralise une partie de leurs charges positives, relâche leurs interactions avec l’ADN et est souvent associée à une transcription active.

Compléments

• Les HAT ajoutent un groupement acétyle aux histones, les HDAC l’enlèvent, les HM ajoutent un groupement méthyle aux lysines et les HDM enlèvent un groupement méthyle.

📌 La méthylation des histones ne modifie pas leurs charges et contribue moins directement que l’acétylation au passage entre chromatine active et inactive.

💡 Astuce mémo

L’acétylation relâche l’ADN des histones ; H1, elle, stabilise l’enroulement et relie les nucléosomes.

📖 9. Méthylation de l’ADN et régulation

🔑 Notions clés & Définitions

• Méthylation de l’ADN : Une modification épigénétique sans changement de séquence, transmissible aux cellules filles et impliquée dans la régulation des gènes.

★ À maîtriser

• Chez les eucaryotes, les DNA méthyltransférases méthylent le carbone 5 des cytosines situées dans des doublets CpG ; le cours indique que ce phénomène n’est pas retrouvé chez les procaryotes.

📌 L’hyperméthylation des régions concernées est associée à une transcription réduite ou éteinte, tandis que l’hypométhylation est associée à des régions plus actives transcriptionnellement.

Compléments

• Les îlots CpG sont regroupés notamment dans les régions promotrices en 5′, où le cours indique une densité quatre à cinq fois supérieure à celle du reste du génome.

• Le cours indique qu’environ 70 % des séquences d’îlots CpG sont méthylées chez les mammifères.

• La désamination oxydative de la cytosine produit de l’uracile, généralement reconnu et réparé, tandis que celle de la 5-méthylcytosine produit de la thymine et peut laisser un mésappariement mutagène.

💡 Astuce mémo

Méthylation des régions régulatrices → accès protéique réduit → transcription éteinte.

📖 10. Épigénétique et pathologies

★ À maîtriser

📌 Le syndrome de Beckwith-Wiedemann est associé à une hyperméthylation de zones contrôlant la croissance et à une croissance excessive, tandis que le syndrome de Silver-Russel est associé à une hypométhylation et à un retard de croissance.

Compléments

• Les manifestations du syndrome de Beckwith-Wiedemann citées sont :

  • Une macroglossie
  • Une organomégalie
  • Une omphalocèle
  • Une hémihypertrophie
  • Une anomalie génito-urinaire
  • Une tumeur embryonnaire pédiatrique dans 5 % des cas
  • Une tumeur de Wilms
  • Des hypoglycémies néonatales

• Les manifestations du syndrome de Silver-Russel citées sont :

  • Un retard de croissance intra-utérin
  • Une dysmorphie faciale avec front large et bombé
  • Une macrocéphalie relative
  • Une asymétrie corporelle avec hémi-hypotrophie
  • Des difficultés alimentaires
  • Une clinobrachydactylie du cinquième doigt

• Le cours associe l’hypométhylation du gène KCNQ1OT1 à une fréquence plus élevée du syndrome de Beckwith-Wiedemann chez les enfants nés après fécondation in vitro.

• Le cours rapporte que la fréquence des perturbations de Beckwith-Wiedemann passe d’environ 1 % dans la population générale à environ 5 % après AMP, tout en précisant que les preuves restent à conforter.

💡 Astuce mémo

Beckwith-Wiedemann associe hyperméthylation et croissance excessive ; Silver-Russel associe hypométhylation et retard de croissance.

📖 11. Propriétés physico-chimiques et applications

🔑 Notions clés & Définitions

• Température de fusion : La température à laquelle 50 % d’une quantité d’ADN est dénaturée.

★ À maîtriser

• En électrophorèse, les acides nucléiques chargés négativement migrent vers le pôle positif dans un gel d’agarose ou de polyacrylamide, et leur migration dépend notamment de leur taille, leur charge et leur forme.

• Les acides nucléiques absorbent les UV avec un maximum à 260 nm, propriété utilisée pour déterminer leur concentration.

📌 La Tm augmente avec la teneur en GC et la longueur du brin d’ADN.

Compléments

📌 Le gel de polyacrylamide permet une séparation plus fine que le gel d’agarose.

• Le bromure d’éthidium s’intercale dans la double hélice d’ADN et permet de visualiser les bandes sous éclairage ultraviolet.

📌 L’absorbance d’un ADN simple brin est supérieure à celle d’un ADN double brin.

• Après dénaturation thermique de l’ADN, un refroidissement lent permet aux brins complémentaires de se réassocier par hybridation moléculaire, tandis qu’un refroidissement immédiat dans la glace les maintient dissociés.

• Une sonde nucléique est complémentaire et antiparallèle à la séquence cible, peut mesurer de quelques dizaines de bases à quelques kilobases et est repérée par fluorescence.

💡 Astuce mémo

Charge négative : migration vers le pôle positif ; UV à 260 nm : dosage ; chauffage : dénaturation.

📊 Tableaux de synthèse

Topoisomérases de types I et II