Fiche de révision : Acides nucléiques

📋 Plan du Cours

1. Organisation générale des acides nucléiques
2. Bases azotées et noyaux
3. Modifications et analogues des bases
4. Appariement et oses
5. Nucléosides et nucléotides
6. Polymérisation et énergie nucléotidique
7. Structure et formes de l’ADN
8. Dynamique et compaction de l’ADN
9. ADN mitochondrial et chromosomes
10. Structure et maturation de l’ARN
11. Diversité et fonctions des ARN
12. Applications thérapeutiques et vaccins à ARN

📖 1. Organisation générale des acides nucléiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Nucléotide : Associe une base azotée, un sucre et un ou plusieurs phosphates.
• Nucléoside : Associe une base azotée et un sucre, sans phosphate.

★ À maîtriser

📌 Les deux grands types d’acides nucléiques sont l’ADN, support de l’information génétique, et l’ARN, qui permet sa transmission et sa régulation.

Compléments

• L’ADN peut être nucléaire, sous forme de chromosomes, ou mitochondrial, sous forme circulaire dans les mitochondries.

💡 Astuce mémo

ADN conserve l’information, ARN la transmet

📖 2. Bases azotées et noyaux

📝 Points essentiels

📌 Les bases azotées sont réparties en purines, constituées de deux cycles, et pyrimidines, constituées d’un seul cycle.

• Les bases azotées sont des molécules planes, hétérocycliques, faiblement basiques et absorbent à 260 nm.

• Les trois bases pyrimidiques sont:

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

• Les deux bases puriques sont l’adénine et la guanine, présentes dans l’ADN comme dans l’ARN.

💡 Astuce mémo

Pyrimidine = un cycle, purine = deux cycles

📖 3. Modifications et analogues des bases

★ À maîtriser

• La désamination oxydative de la cytosine transforme son groupement aminé en fonction carbonyle et produit de l’uracile.

📌 La désamination d’une cytosine non méthylée produit un uracile reconnu comme anormal dans l’ADN et généralement réparé.

📌 La méthylation de la cytosine en position 5 par une DNA-méthyltransférase utilisant la SAM compacte la chromatine et bloque la transcription.

Compléments

• Le 5-fluorouracile est un analogue de la thymine utilisé notamment contre les cancers du côlon et du pancréas.

💡 Astuce mémo

Méthylation puis désamination de la cytosine → thymine non réparée

📖 4. Appariement et oses

📝 Points essentiels

• L’adénine s’apparie avec la thymine par deux liaisons hydrogène, tandis que la cytosine s’apparie avec la guanine par trois liaisons hydrogène.

• Dans l’ARN, l’uracile s’apparie avec l’adénine par deux liaisons hydrogène.

• Le désoxyribose de l’ADN ne possède pas de groupement hydroxyle en 2’, alors que le ribose de l’ARN en possède un.

• L’absence du OH en 2’ rend l’ADN environ 100 fois moins hydrolysable et donc plus stable que l’ARN.

💡 Astuce mémo

ADN : désoxyribose stable ; ARN : ribose fragile

📖 5. Nucléosides et nucléotides

🔑 Notions clés & Définitions

• Nucléoside : Un nucléoside est relié par une liaison covalente N-β-osidique entre le C1’ du sucre et l’azote 1 d’une pyrimidine ou l’azote 9 d’une purine.

★ À maîtriser

• Les nucléosides de l’ARN puis de l’ADN sont:
  • l’adénosine et la désoxyadénosine
  • la guanosine et la désoxyguanosine
  • la cytidine et la désoxycytidine
  • l’uridine et la désoxythymidine

Compléments

📌 La conformation anti des nucléosides est majoritaire et moins encombrée que la conformation syn.

💡 Astuce mémo

Base + sucre = nucléoside, puis phosphate = nucléotide

📖 6. Polymérisation et énergie nucléotidique

📝 Points essentiels

• L’hydrolyse de l’ATP en ADP et phosphate inorganique libère environ $30\ \mathrm{kJ\,mol^{-1}}$ d’énergie.

• La polymérase relie les nucléotides par une liaison phosphodiester 3’-5’ en ajoutant chaque nouveau nucléotide dans le sens 5’ vers 3’.

📌 Le groupement 3’OH du dernier nucléotide est indispensable à l’élongation du brin par la polymérase.

💡 Astuce mémo

5’P → 3’OH : la polymérase allonge le brin

📖 7. Structure et formes de l’ADN

🔑 Notions clés & Définitions

• ADN bicaténaire : Double hélice formée de deux brins complémentaires et antiparallèles.

★ À maîtriser

• La forme B de l’ADN est une hélice droite dont chaque tour comprend 10 nucléotides, avec un diamètre de 2 nm et un pas de 3,4 nm.

• Le squelette externe de l’ADN porte des charges négatives dues aux phosphates, tandis que les bases se trouvent au centre de la double hélice.

Compléments

• Selon Chargaff, les rapports A/T et C/G valent chacun 1 dans l’ADN, ce qui signifie qu’il y a autant d’adénines que de thymines et autant de cytosines que de guanines.

💡 Astuce mémo

Une échelle torsadée, chargée négativement à l’extérieur

📖 8. Dynamique et compaction de l’ADN

🔑 Notions clés & Définitions

• Température de fusion : La température de fusion Tm est la température à laquelle 50 % de l’ADN est sous forme double brin et 50 % sous forme simple brin.

📝 Points essentiels

• Les topoisomérases modifient la tension de l’ADN en le désenroulant ou en le surenroulant afin de faciliter la réplication ou la transcription.

📌 Les régions riches en AT se dénaturent avant les régions riches en CG, car A-T possède deux liaisons hydrogène contre trois pour C-G.

📌 L’euchromatine est relâchée et transcriptionnellement active, tandis que l’hétérochromatine est condensée et transcriptionnellement inactive.

• Un nucléosome comprend 146 paires de bases d’ADN enroulées autour d’un octamère formé de deux H3, deux H4 et deux dimères H2A-H2B, tandis que H1 ferme le nucléosome sans appartenir à l’octamère.

💡 Astuce mémo

Compaction par histones → protection et régulation de l’expression

📖 9. ADN mitochondrial et chromosomes

★ À maîtriser

• Le chromosome métaphasique possède:

  • deux chromatides
  • un bras court p
  • un bras long q
  • un centromère
  • des télomères

• L’ADN mitochondrial est bicaténaire, circulaire, dépourvu d’introns et transmis exclusivement par la mère.

Compléments

• Une cellule contient environ 1 000 mitochondries et entre 1 000 et 10 000 copies d’ADN mitochondrial.

💡 Astuce mémo

Nucléaire : chromosomes ; mitochondrial : circulaire et maternel

📖 10. Structure et maturation de l’ARN

📝 Points essentiels

📌 L’ARN est généralement monocaténaire, contient du ribose et de l’uracile, tandis que l’ADN est bicaténaire, contient du désoxyribose et de la thymine.

• 🔄 La maturation d’un pré-ARNm comprend:

  1. l’épissage des introns
  2. l’ajout d’une coiffe en 5’
  3. l’ajout d’une queue poly-A en 3’

• Un ARNm mature eucaryote contient:

  • une coiffe 5’
  • une région 5’-UTR
  • une séquence codante
  • une région 3’-UTR
  • une queue poly-A

• La queue poly-A contient environ 100 à 200 adénosines et contribue à la stabilité, à l’export et à l’initiation de la traduction de l’ARNm.

• Les codons de traduction sont:

  • AUG comme codon start
  • UAA comme codon stop
  • UAG comme codon stop
  • UGA comme codon stop

💡 Astuce mémo

Coiffe 5’ → UTR → CDS → UTR 3’ → poly-A

📖 11. Diversité et fonctions des ARN

🔑 Notions clés & Définitions

• ARN ribosomique : Porte l’activité catalytique du ribosome, tandis que les protéines ribosomiques en maintiennent principalement la structure.
• ARN de transfert : L’ARN de transfert adopte une structure en trèfle, porte un anticodon et apporte l’acide aminé correspondant au codon de l’ARNm.

📝 Points essentiels

• Les ARN messagers représentent 2 % des ARN totaux, les ARN ribosomiques 82 % et les ARN de transfert 16 %.

• Le ribosome eucaryote 80S comprend une petite sous-unité 40S contenant l’ARNr 18S et une grande sous-unité 60S contenant les ARNr 5S, 5,8S et 28S.

💡 Astuce mémo

2–82–16 : ARNm, ARNr, ARNt

📖 12. Applications thérapeutiques et vaccins à ARN

★ À maîtriser

• Le 5-FU devient du 5-Fd-UMP, entre en compétition avec le dUMP et inhibe compétitivement la thymidylate synthase, ce qui bloque la synthèse de thymine et la réplication de l’ADN.

• Un déficit en DPD empêche la dégradation majoritaire du 5-FU et provoque son accumulation, responsable d’une toxicité digestive, hématologique, cutanée, muqueuse ou neurologique.

• Le dépistage biochimique du déficit en DPD est obligatoire avant un traitement par fluoropyrimidine, et un déficit complet contre-indique le traitement tandis qu’un déficit partiel impose une réduction de dose.

Compléments

• La DPD dégrade 80 à 85 % du 5-FU, tandis que 5 à 20 % sont éliminés par les urines et 1 à 3 % représentent une action toxique directe.

• La lamivudine est un analogue de la cytidine qui, sous forme triphosphate, est incorporé dans les acides nucléiques et bloque la réplication virale par inhibition de la transcriptase inverse.

• Les vaccins à ARNm codent pour la protéine virale Spike et comprennent une coiffe, des régions UTR, une séquence codante et une queue poly-A.

💡 Astuce mémo

5-FU ou lamivudine incorporés → inhibition des acides nucléiques → mort ou blocage viral

📊 Tableaux de synthèse

Comparaison ADN et ARN