Fiche de révision : Acides nucléiques

📋 Plan du Cours

1. Constituants des acides nucléiques
2. Bases azotées et pentoses
3. Nucléosides et nucléotides
4. Chaîne polynucléotidique
5. Structure et fonction de l’ADN
6. Structures et fonctions des ARN
7. Code génétique et épissage
8. ARN interférents et médecine
9. Propriétés physicochimiques
10. Analyse expérimentale des acides nucléiques

📖 1. Constituants des acides nucléiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Acides nucléiques : Molécules biologiques impliquées dans la transmission et la régulation de l’information génétique chez les organismes vivants.
• Nucléotide : Molécule organique constituée d’un pentose, d’un ou de plusieurs groupements phosphates et d’une base azotée.
• Polynucléotide : Polymère linéaire constitué de nucléotides, et les acides nucléiques sont des polynucléotides.

★ À maîtriser

• Il existe deux types d’acides nucléiques : l’ADN, ou acide désoxyribonucléique, et l’ARN, ou acide ribonucléique.

Compléments

• En 1869, Friedrich Miescher isole dans le noyau des globules blancs une substance riche en phosphore appelée « nucléine », reconnue plus tard comme étant l’ADN.

📖 2. Bases azotées et pentoses

★ À maîtriser

📌 Les bases azotées sont classées en pyrimidines, constituées d’un cycle aromatique, et en purines, constituées de deux cycles aromatiques accolés.

• Les pyrimidines sont:

  • la cytosine
  • la thymine présente dans l’ADN
  • l’uracile présent dans l’ARN

• Les purines sont l’adénine et la guanine.

📌 Le D-ribose est le pentose de l’ARN, tandis que le 2′-désoxy-D-ribose est celui de l’ADN.

Compléments

• Une pyrimidine possède un cycle hexagonal contenant deux atomes d’azote en positions 1 et 3, tandis qu’une purine possède un cycle pyrimidine et un cycle imidazole contenant quatre atomes d’azote en positions 1, 3, 7 et 9.

💡 Astuce mémo

Purines à deux cycles, pyrimidines à un cycle

📖 3. Nucléosides et nucléotides

🔑 Notions clés & Définitions

• Nucléoside : Formé d’une base azotée et d’un pentose reliés par une liaison β-N-glycosidique.

★ À maîtriser

📌 La liaison β-N-glycosidique relie N1 de la base pyrimidique ou N9 de la base purique au C1′ du pentose.

📌 Dans un nucléotide, le phosphate est relié au C5′ du pentose par une liaison phosphoester covalente.

• Les nucléotides monophosphates constituent les unités de l’ADN et de l’ARN, tandis que l’ATP et le GTP servent notamment de donneurs d’énergie.

Compléments

📌 Les nucléotides peuvent porter un, deux ou trois groupements phosphates, nommés respectivement NMP, NDP et NTP, avec des phosphates α, β et γ.

💡 Astuce mémo

Base + pentose = nucléoside, puis + phosphate = nucléotide

📖 4. Chaîne polynucléotidique

📝 Points essentiels

📌 La liaison phosphodiester relie le groupement hydroxyle du C3′ d’un nucléotide au phosphate porté par le C5′ d’un autre nucléotide.

📌 Une chaîne polynucléotidique possède une extrémité 5′ portant un phosphate libre et une extrémité 3′ portant un hydroxyle libre.

📌 La séquence nucléotidique se lit conventionnellement de 5′ vers 3′, par exemple 5′-ATGC-3′.

• La polymérisation ajoute un nucléotide à l’extrémité 3′-OH et se déroule de 5′ vers 3′ grâce à l’ADN polymérase lors de la réplication ou à l’ARN polymérase lors de la transcription.

💡 Astuce mémo

5′-phosphate → squelette pentose-phosphate → 3′-OH

📖 5. Structure et fonction de l’ADN

🔑 Notions clés & Définitions

• Double hélice : Formé de deux chaînes polynucléotidiques linéaires antiparallèles et complémentaires, stabilisées par des liaisons hydrogène.
• Fonction de l’ADN : Support de l’information génétique contenant des régions codantes, les gènes, ainsi que des régions non codantes.

★ À maîtriser

• Lors de la réplication, l’ADN polymérase lit le brin matrice de 3′ vers 5′ et synthétise le brin fils de 5′ vers 3′ à partir de désoxynucléosides triphosphatés.

📌 Dans l’ADN, l’adénine s’apparie avec la thymine par deux liaisons hydrogène et la guanine avec la cytosine par trois liaisons hydrogène.

📐 Formule — Les règles de Chargaff imposent $A=T$, $G=C$ et $\frac{A+G}{T+C}=1$ dans l’ADN double brin. — Erwin Chargaff

Compléments

• Dans une cellule humaine diploïde, le génome contient 6,6 × 10⁹ paires de bases, soit environ 2 mètres d’ADN dans un noyau de 5 à 10 μm de diamètre.

• En 1944, Avery, MacLeod et McCarty démontrent que l’ADN est le support de l’information génétique, découverte confirmée par Hershey et Chase en 1952.

💡 Astuce mémo

Squelette hydrophile extérieur, bases hydrophobes intérieures

📖 6. Structures et fonctions des ARN

📝 Points essentiels

📌 Les ARN sont généralement monocaténaires, contiennent du ribose et de l’uracile, et peuvent former localement des structures secondaires par appariement intramoléculaire.

• Les ARNm représentent 1 à 5 % des ARN totaux, mesurent 500 nucléotides à plusieurs kilobases et transmettent le message de l’ADN au ribosome.

• Les ARNr représentent 80 à 85 % des ARN totaux et participent à la traduction au sein des ribosomes.

• Les ARNt sont de petits ARN compacts de 70 à 95 nucléotides qui transportent les acides aminés jusqu’au ribosome.

📌 L’ARNt porte l’acide aminé à l’extrémité CAA-3′ et possède un anticodon complémentaire du codon de l’ARNm.

📖 7. Code génétique et épissage

📝 Points essentiels

📐 Formule — Le code génétique utilise 4 bases par groupes de 3 nucléotides, soit $4^3=64$ codons.

• Le code génétique comprend 61 codons sens pour 20 acides aminés, dont le codon d’initiation AUG codant la méthionine, et trois codons stop UAA, UAG et UGA.

📌 Le code génétique est universel sauf quelques exceptions, non ambigu car un codon correspond à un seul acide aminé, et dégénéré car plusieurs codons peuvent coder le même acide aminé.

• L’épissage des pré-ARNm excise les introns puis relie les exons afin de produire un ARNm mature sous l’action du splicéosome.

• L’épissage alternatif sélectionne des combinaisons différentes d’exons à partir d’un même pré-ARNm, produisant plusieurs ARNm et plusieurs isoformes protéiques.

💡 Astuce mémo

Pré-ARNm → introns excisés → exons assemblés → ARNm mature

📖 8. ARN interférents et médecine

★ À maîtriser

📌 Les siARN et les miARN sont des ARN interférents de 20 à 25 nucléotides qui régulent la traduction, mais les siARN sont très spécifiques d’un ARNm cible tandis que les miARN peuvent cibler plusieurs ARNm.

• Les miARN sont des ARN simple brin d’origine endogène qui régulent la stabilité et la traduction des ARNm.

• Les siARN peuvent être d’origine endogène ou exogène, sont double brin et régulent la stabilité des ARNm.

Compléments

• Les miARN dérégulés peuvent servir de biomarqueurs prédictifs, pronostiques ou diagnostiques et être détectés par RT-qPCR ou séquençage dans des biopsies solides ou liquides.

📌 Les applications thérapeutiques comprennent les anti-miARN pour bloquer des miARN pathogènes, les miARN mimics pour remplacer des miARN réprimés et les siARN pour cibler des ARNm pathogènes.

💡 Astuce mémo

siARN : une cible spécifique ; miARN : plusieurs cibles

📖 9. Propriétés physicochimiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Température de fusion : Température à laquelle 50 % des molécules d’ADN sont séparées en deux brins simples.

★ À maîtriser

• Les groupements phosphates rendent les acides nucléiques négatifs à pH physiologique.

📌 L’ADN bicaténaire se dénature par augmentation de la température, qui rompt les liaisons hydrogène et sépare les deux brins, puis il peut se renaturer par refroidissement lent.

📐 Formule — Pour une séquence donnée, la température de fusion vérifie $Tm=2\times(A+T)+4\times(G+C)$, en degrés Celsius, sur la base d’un seul brin.

• Les acides nucléiques absorbent les ultraviolets vers 260 nm grâce aux noyaux aromatiques des bases azotées.

Compléments

• Les acides nucléiques sont solubles en milieu aqueux salé, précipitent dans l’éthanol et confèrent une viscosité élevée à l’ADN en raison de sa longueur et de sa double hélice.

💡 Astuce mémo

Chauffage → rupture des liaisons hydrogène → séparation des brins

📖 10. Analyse expérimentale des acides nucléiques

★ À maîtriser

📐 Formule — La loi de Beer-Lambert s’écrit $A=DO=\varepsilon\times l\times C$, où A est l’absorbance, ε le coefficient d’extinction molaire, l la longueur de cuve et C la concentration molaire.

📌 Une solution d’acides nucléiques est considérée comme pure lorsque son ratio $1{,}8\leq\frac{A_{260}}{A_{280}}\leq2$, ce qui indique l’absence de contamination protéique importante.

• En électrophorèse sur gel, les acides nucléiques négatifs migrent vers l’anode positive et les petits fragments migrent plus rapidement que les gros.

📌 L’absence de smear sur un gel indique une bonne intégrité des acides nucléiques, tandis qu’une traînée blanche indique leur fragmentation.

Compléments

• La spectrophotométrie à 260 nm permet de détecter et de quantifier les acides nucléiques, tandis que l’électrophorèse sur gel permet d’évaluer leur taille et leur intégrité.

📊 Tableaux de synthèse

Comparaison ADN et ARN