Fiche de révision : Acides nucléiques et expression génétique

📋 Plan du Cours

1. Découvertes et dogme moléculaire
2. Organisation et taille des génomes
3. Nucléotides et structure de l’ADN
4. ARN et fonctions cellulaires
5. Propriétés physico-chimiques
6. Réplication et amplification PCR
7. Transcription des ARN
8. Traduction et code génétique

📖 1. Découvertes et dogme moléculaire

★ À maîtriser

• En 1953, Watson, Crick et Wilkins ont décrit la double hélice de l’ADN, avec une contribution déterminante de Rosalind Franklin. - Watson, Crick & Wilkins

📌 Le dogme central de Crick décrit le transfert de l’information de l’ADN vers l’ARN puis, éventuellement, vers les protéines, tandis que l’ADN peut aussi diriger sa propre réplication. - Francis Crick, Central Dogma of Molecular Biology, 1970

Compléments

• Le dogme central doit être nuancé par la possibilité d’un retour de l’ARN vers l’ADN, par l’existence de génomes à ARN et par les modifications épigénétiques transmissibles.

💡 Astuce mémo

ADN → ARN → protéines

📖 2. Organisation et taille des génomes

🔑 Notions clés & Définitions

• Transposon : Séquence d’ADN capable de se déplacer de manière autonome dans un génome

★ À maîtriser

• Le génome humain contient environ 3,3 × 10^9 paires de bases, réparties sur 23 paires de chromosomes, et environ 26 000 gènes.

📌 Il n’existe pas de relation directe entre la complexité macroscopique d’un organisme et la taille de son génome, puisque le génome du maïs est approximativement aussi grand que celui de l’homme.

Compléments

• Chez les eucaryotes, l’ADN nucléaire est organisé en chromosomes linéaires, tandis que les molécules d’ADN des organites sont généralement circulaires.

💡 Astuce mémo

Taille du génome ≠ complexité de l’organisme

📖 3. Nucléotides et structure de l’ADN

🔑 Notions clés & Définitions

• Nucléotide : Constitué d’un sucre, d’une base azotée et d’un groupe phosphate

📝 Points essentiels

• L’ADN contient du désoxyribose et les bases adénine, thymine, guanine et cytosine, tandis que l’ARN contient du ribose et remplace la thymine par l’uracile.

• Les nucléotides d’un même brin sont reliés par des liaisons 3’-5’ phosphodiester entre le phosphate et les hydroxyles 3’ et 5’ des sucres successifs.

• La double hélice B de l’ADN, la forme la plus représentée, possède deux brins antiparallèles associés par des liaisons hydrogène.

💡 Astuce mémo

Deux brins antiparallèles enroulés comme une échelle hélicoïdale

📖 4. ARN et fonctions cellulaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Ribozyme : ARN capable de catalyser une réaction chimique spécifique, comme la synthèse des liaisons peptidiques par l’ARN ribosomique

★ À maîtriser

• Les ARN ribosomiques sont abondants et représentent environ 80 % des ARN, tandis que les ARN messagers représentent environ 5 % et portent les messages utilisés pour fabriquer les protéines.

📌 Les ARN peuvent être codants, comme les ARNm, ou non codants, comme les ARNr, les ARNt, les microARN et les petits ARN interférents.

Compléments

• Les microARN bloquent la traduction des ARNm par les ribosomes, tandis que les petits ARN interférents double brin provoquent généralement la dégradation des ARNm.

💡 Astuce mémo

ARN codants pour produire, ARN non codants pour réguler

📖 5. Propriétés physico-chimiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Température de fusion : Température à laquelle une solution d’ADN contient autant de molécules sous forme double brin que sous forme simple brin

📝 Points essentiels

• La dénaturation de l’ADN sépare réversiblement ses deux brins complémentaires sous l’effet de facteurs comme la température et le pH.

📐 Formule - La loi de Beer-Lambert relie l’absorbance à la concentration selon $A_\lambda = \varepsilon_\lambda l c$.

📌 Un rapport A260/A280 compris entre 1,8 et 2 indique un ADN pur, un rapport inférieur à 1,7 suggère une contamination protéique et un rapport supérieur à 2 suggère une contamination par l’ARN.

💡 Astuce mémo

Bases absorbantes → dosage spectrophotométrique

📖 6. Réplication et amplification PCR

★ À maîtriser

• La réplication de l’ADN est semi-conservative : la double hélice s’ouvre et chaque brin ancien sert de matrice à la synthèse d’un brin complémentaire nouveau. - Meselson et Stahl, 1958

📌 L’ADN polymérase choisit un nucléotide complémentaire du brin matrice et allonge le nouveau brin uniquement dans le sens 5’ vers 3’, à partir d’une extrémité 3’.

• Après 20 cycles de PCR, l’amplification théorique atteint $2^{20}$, soit environ 10^6 copies du fragment, et la Taq polymérase résiste à la dénaturation de l’ADN à 95–100 °C.

Compléments

• La réplication nécessite des amorces d’ARN synthétisées par la primase, leur remplacement par de l’ADN et la jonction des fragments par une ligase.

💡 Astuce mémo

Dénaturation → amorçage → élongation

📖 7. Transcription des ARN

🔑 Notions clés & Définitions

• Promoteur : Région d’ADN contenant une séquence consensus reconnue pour initier la transcription

★ À maîtriser

📌 Chez les procaryotes, une seule ARN polymérase bactérienne synthétise les ARN, tandis que chez les eucaryotes les ARN polymérases I, II et III synthétisent respectivement les ARNr, les ARNm et les ARNt.

📌 Chez les eucaryotes, un gène peut produire un ARNm correspondant à une protéine, tandis que chez les procaryotes un opéron peut produire un ARNm contenant plusieurs gènes et conduisant à plusieurs protéines.

Compléments

📐 Formule - Les ARN polymérases ADN-dépendantes catalysent l’allongement selon la relation $(ARN)_n + NTP \rightarrow (ARN)_{n+1} + PP_i$.

💡 Astuce mémo

Eucaryote : un gène, un ARNm ; procaryote : un opéron, plusieurs protéines

📖 8. Traduction et code génétique

🔑 Notions clés & Définitions

• Cadre de lecture : Phase dans laquelle les codons de l’ARNm sont regroupés pour permettre une traduction correcte de la région codante

📝 Points essentiels

• La traduction transforme la séquence de l’ARNm en polypeptide grâce au ribosome.

• 🔄 Les étapes de la traduction sont:

  1. Initiation par reconnaissance de l’AUG
  2. Élongation du polypeptide
  3. Terminaison sur un codon non-sens

• Le code génétique comporte 64 codons différents codant directement 20 acides aminés et il est redondant, car plusieurs codons peuvent spécifier un même acide aminé.

💡 Astuce mémo

Initiation → élongation → terminaison

📊 Tableaux de synthèse

ADN et ARN