Fiche de révision : Acides nucléiques

📋 Plan du Cours

1. Constituants des acides nucléiques
2. Bases, pentoses et nucléotides
3. Chaînes polynucléotidiques
4. ADN : structure et fonctions
5. ARN : types et fonctions
6. Épissage et ARN interférents
7. Propriétés physicochimiques
8. Analyses et applications expérimentales

📖 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 plusieurs phosphates et d’une base azotée

★ 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 a isolé dans le noyau des globules blancs une substance riche en phosphore appelée « nucléine », ensuite reconnue comme étant l’ADN.

💡 Astuce mémo

PBB : pentose, phosphate, base

📖 2. Bases, pentoses et nucléotides

🔑 Notions clés & Définitions

• Nucléoside : Formé d’une base azotée et d’un pentose liés par une liaison β-N-glycosidique entre C1’ du pentose et N1 d’une pyrimidine ou N9 d’une purine
• Nucléotide triphosphaté : Un nucléotide est un nucléoside portant un à trois groupements phosphates liés au C5’ du pentose par une liaison phosphoester.
• Pentose : Ose comportant cinq atomes de carbone, numérotés de 1’ à 5’

★ À maîtriser

📌 Les bases azotées pyrimidiques possèdent un cycle aromatique, tandis que les bases puriques possèdent deux cycles aromatiques accolés.

• Les bases azotées comprennent:
  • la cytosine
  • la thymine présente dans l’ADN
  • l’uracile présent dans l’ARN
  • l’adénine
  • la guanine

📌 Le ribose possède un groupement hydroxyle en 2’, tandis que le 2’-désoxyribose porte un hydrogène en 2’ et constitue le pentose de l’ADN.

Compléments

• Les nucléotides libres peuvent: fournir de l’énergie avec l’ATP et le GTP, participer à des coenzymes comme la CoA, le NAD+, le NADP+ et le FAD, agir comme messagers avec l’AMPc, catalyser des réactions avec les ribozymes

💡 Astuce mémo

Purines à deux cycles, pyrimidines à un cycle

📖 3. Chaînes polynucléotidiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Liaison phosphodiester : Relie le groupement hydroxyle du C3’ d’un nucléotide au groupement phosphate porté par le C5’ d’un autre nucléotide

📝 Points essentiels

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

📌 Les séquences nucléotidiques sont lues de 5’ vers 3’, par exemple 5’-ATGC-3’.

• Lors de la polymérisation, un nucléotide triphosphaté est ajouté à l’extrémité 3’-OH libre, ce qui permet une synthèse de 5’ vers 3’ par une ADN polymérase ou une ARN polymérase.

💡 Astuce mémo

5’ phosphate → 3’ hydroxyle

📖 4. ADN : structure et fonctions

★ À maîtriser

📌 L’ADN double brin est constitué de deux chaînes polynucléotidiques antiparallèles, complémentaires et organisées en double hélice.

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

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

• Dans la double hélice, le squelette pentose-phosphate hydrophile et chargé négativement est orienté vers l’extérieur, tandis que les bases aromatiques hydrophobes sont orientées vers l’intérieur.

• L’ADN est le support de l’information génétique et contient des régions codantes, les gènes, ainsi que des régions non codantes.

Compléments

• Le rapport $\frac{A+T}{G+C}$ vaut 1,54 chez l’Homme et 1,00 chez Escherichia coli. — Erwin Chargaff

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

💡 Astuce mémo

Squelette hydrophile dehors, bases hydrophobes dedans

📖 5. ARN : types et fonctions

📝 Points essentiels

📌 L’ARN est généralement monocaténaire, contient de l’uracile et possède un ribose avec un groupement OH en 2’, mais il peut former localement des structures secondaires.

• Lors de la transcription, l’ARN polymérase lit le brin matrice de l’ADN de 3’ vers 5’ et synthétise l’ARN de 5’ vers 3’ avec des NTP selon la complémentarité A-U et G-C.

• Les principaux ARN de la traduction sont: les ARNm qui transmettent le message de l’ADN au ribosome, les ARNr qui participent à la traduction, les ARNt qui transportent les acides aminés jusqu’au ribosome

• Les ARNr représentent 80 à 85 % des ARN totaux et forment avec des protéines les deux sous-unités du ribosome, dont la grande sous-unité possède une activité peptidyltransférase et la petite sous-unité une activité de décodage de l’ARNm.

• Les ARNt mesurent 70 à 95 nucléotides, portent l’acide aminé à leur extrémité CCA-3’ et possèdent un anticodon complémentaire d’un codon de l’ARNm.

📐 Formule — Le code génétique utilise 4 bases par groupes de 3, soit $4^3=64$ codons, dont 61 codons sens pour 20 acides aminés et 3 codons stop : UAA, UAG et UGA.

💡 Astuce mémo

ARNm transmet, ARNr catalyse, ARNt transporte

📖 6. Épissage et ARN interférents

★ À maîtriser

• L’épissage des pré-ARNm excise les introns et relie les exons pour produire un ARNm mature, sous l’action du splicéosome constitué de snRNA et de protéines.

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

• Les miARN et les siARN sont des ARN interférents de 20 à 25 nucléotides qui régulent la stabilité ou la traduction des ARNm.

📌 Les miARN sont des ARN simple brin d’origine endogène, tandis que les siARN sont des ARN double brin d’origine endogène ou exogène.

Compléments

• En 1993, Victor Ambros et Gary Ruvkun ont découvert le premier microARN, lin-4. — Ambros et Ruvkun

• Les ARN interférents peuvent servir de biomarqueurs diagnostiques, pronostiques ou prédictifs et de traitements ciblés, notamment par des anti-miARN, des miARN mimics ou des siARN thérapeutiques.

💡 Astuce mémo

Épissage alternatif → diversité protéique

📖 7. Propriétés physicochimiques

★ À maîtriser

• Les acides nucléiques sont chargés négativement à pH physiologique à cause de leurs groupements phosphates.

• En électrophorèse sur gel, les molécules d’ADN ou d’ARN migrent vers la borne positive et peuvent être séparées selon leur taille.

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

• L’augmentation de la température sépare les deux brins d’un ADN bicaténaire en rompant les liaisons hydrogène, et un refroidissement lent permet une renaturation réversible sans altérer l’intégrité de l’ADN.

Compléments

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

💡 Astuce mémo

Chauffage → rupture des liaisons H → séparation des brins

📖 8. Analyses et applications expérimentales

★ À maîtriser

• La spectrophotométrie à 260 nm permet d’évaluer la quantité et la pureté des acides nucléiques, tandis que l’électrophorèse sur gel permet notamment d’évaluer leur intégrité.

Compléments

• La PCR exploite les cycles de dénaturation thermique et de synthèse enzymatique pour amplifier des régions d’intérêt de l’ADN.

💡 Astuce mémo

260 nm → électrophorèse → quantité, pureté, intégrité

📊 Tableaux de synthèse

Comparaison ADN et ARN