Fiche de révision : Acides nucléiques et expression génétique

📋 Plan du Cours

1. Origine et rôle des acides nucléiques
2. Nucléotides et liaisons chimiques
3. Organisation et propriétés de l’ADN
4. Types et fonctions des ARN
5. Transcription de l’ADN en ARN
6. Traduction de l’ARNm en protéine
7. Diversité des systèmes de traduction
8. Maturation post-traductionnelle des protéines
9. Régulation par l’opéron lactose

📅 Repères chronologiques

1. 1928Fred Griffith a montré qu’une molécule thermorésistante issue de bactéries pathogènes tuées par la chaleur pouvait modifier génétiquement des bactéries vivantes.
2. 1944Les travaux d’Oswald Avery ont établi que l’ADN est la molécule de l’hérédité après son isolement grâce à l’ADNase.
3. 1965Jacob et Monod ont mis en évidence la régulation de la synthèse des protéines avec l’opéron lactose.

📖 1. Origine et rôle des acides nucléiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Acide nucléique : Molécule dont le nom vient de sa découverte dans le noyau, même si elle se trouve aussi dans d’autres compartiments cellulaires.

📝 Points essentiels

• L’ADN se trouve dans le noyau ou les mitochondries, tandis que l’ARN se trouve notamment dans le cytoplasme.

• L’ADN est transmis aux descendants et détermine l’ordre des acides aminés ainsi que la régulation de la synthèse des protéines.

💡 Astuce mémo

ADN au noyau, ARN surtout au cytoplasme

📖 2. Nucléotides et liaisons chimiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Nucléotide : Constitué d’une base azotée, d’un sucre et d’un acide phosphorique.
• Nucléoside : Résulte de la liaison β-osidique entre une base et un ose.

📝 Points essentiels

• Les bases puriques sont l’adénine et la guanine, tandis que les bases pyrimidiques sont la cytosine, la thymine dans l’ADN et l’uracile dans l’ARN.

📌 Le ribose est le pentose de l’ARN, tandis que le 2’-désoxyribose de l’ADN possède un OH en moins.

• La polymérisation des acides nucléiques relie le phosphate d’un nucléotide au OH situé en 3’ du nucléotide précédent et progresse toujours de 5’ phosphate vers 3’ OH.

💡 Astuce mémo

Base → sucre → phosphate → nucléotide

📖 3. Organisation et propriétés de l’ADN

🔑 Notions clés & Définitions

• ADN : Grosse molécule bicaténaire en double hélice, constituée de deux chaînes antiparallèles et complémentaires contenant de l’adénine, de la guanine, de la cytosine et de la thymine.

★ À maîtriser

• Lors de la dénaturation, l’ADN se sépare progressivement sous l’effet de la chaleur, puis il peut se renaturer lorsque la température diminue.

Compléments

• La structure en double hélice de l’ADN a été découverte par Rosalind Franklin puis reprise par Watson et Crick, qui ont reçu le prix Nobel en 1953.

• La température de fusion de l’ADN dépend du rapport (G+C)/(A+T), de sa taille, du pH et de la force ionique.

• En électrophorèse, l’ADN migre du pôle négatif vers le pôle positif et peut être visualisé avec le Gel Red ou le bromure d’éthidium.

💡 Astuce mémo

Deux brins antiparallèles et complémentaires

📖 4. Types et fonctions des ARN

🔑 Notions clés & Définitions

• ARNr : Participe à la traduction et forme un ribosome composé d’une grande et d’une petite sous-unité qui doivent être réunies pour être fonctionnelles.
• ARNm : Transporte l’information de l’ADN du noyau vers le cytoplasme pour permettre la synthèse d’une protéine.
• ARNt : Transporte un acide aminé vers le ribosome et possède un anticodon complémentaire d’une séquence de trois nucléotides de l’ARNm.

📝 Points essentiels

• L’ARN contient l’adénine, la guanine, la cytosine et l’uracile, utilise le ribose, est généralement monocaténaire et est plus petit que l’ADN.

• Les principaux ARN et leurs proportions sont:

  • ARN ribosomique : 82 %
  • ARN de transfert : 16 %
  • ARN messager : moins de 2 %
  • ARN small nucléaire : moins de 1 %

• Chez les procaryotes, le ribosome est formé de sous-unités 50S et 30S, soit 70S, tandis que chez les eucaryotes il est formé de sous-unités 60S et 40S, soit 80S.

💡 Astuce mémo

r-m-t-sn : ribosomique, messager, transfert, small nucléaire

📖 5. Transcription de l’ADN en ARN

🔑 Notions clés & Définitions

• Transcription : Synthèse d’un brin d’ARNm à partir d’un double brin d’ADN.

★ À maîtriser

• Seule une partie de l’ADN est transcrite en ARNm ; cette partie est appelée un gène, et le brin matrice est orienté de 3’ vers 5’ tandis que le brin codant est orienté de 5’ vers 3’.

• Chez les procaryotes, l’ARN polymérase reconnaît notamment les séquences promotrices -10, ou boîte de Pribnow, et -35 ; chez les eucaryotes, des facteurs de transcription interviennent avant la fixation de l’ARN polymérase.

• La transcription commence au nucléotide +1, l’ARN polymérase ouvre localement l’ADN et synthétise l’ARNm avant que le double brin ne se referme ; chez les eucaryotes, les introns sont ensuite éliminés par épissage.

Compléments

• La transcription nécessite de l’ADN, des nucléotides triphosphates ATP, CTP, UTP et GTP, ainsi qu’une ARN polymérase ADN-dépendante.

💡 Astuce mémo

Promoteur → initiation → élongation → terminaison

📖 6. Traduction de l’ARNm en protéine

🔑 Notions clés & Définitions

• Traduction : Synthèse d’une protéine à partir de l’ARNm dans le cytoplasme, en présence de ribosomes et d’ARNt.

📝 Points essentiels

📐 Formule - Le code génétique utilise des codons de trois nucléotides, car $4^3 = 64$ possibilités permettent de coder 20 acides aminés.

• Le code génétique est universel, certains acides aminés sont codés par un à six codons dégénérés et trois codons STOP ne correspondent à aucun acide aminé.

• La traduction comprend l’initiation sur le codon AUG, l’élongation avec fixation successive des ARNt et formation de liaisons peptidiques, puis la terminaison lorsqu’un codon STOP atteint le site A.

💡 Astuce mémo

Initiation → élongation → translocation → terminaison

📖 7. Diversité des systèmes de traduction

🔑 Notions clés & Définitions

• Polysome : Ensemble de ribosomes traduisant simultanément un même ARNm, les ribosomes étant espacés d’au moins 100 nucléotides.

★ À maîtriser

📌 La monocistronie des eucaryotes produit une protéine entre un AUG et un codon STOP, tandis que la polycistronie des procaryotes permet au ribosome de reprendre la traduction sur un autre AUG après un codon STOP.

Compléments

• Chez les procaryotes, la polycistronie permet la production de plusieurs protéines à partir d’un même ARNm et économise du temps et de l’énergie.

💡 Astuce mémo

Eucaryote monocistronique, procaryote polycistronique

📖 8. Maturation post-traductionnelle des protéines

🔑 Notions clés & Définitions

• Peptide signal : Aussi appelé séquence leader, il est une séquence d’environ 20 acides aminés située à l’extrémité NH2 et permettant à une protéine de franchir une membrane.

★ À maîtriser

• Dans la préproinsuline, le peptide signal permet le passage vers le sang, puis le peptide C est éliminé tandis que des ponts disulfure relient les chaînes A et B de l’insuline mature.

Compléments

📌 Les propeptides peuvent permettre à une protéine d’acquérir sa forme active ou empêcher son activité jusqu’à son arrivée dans le compartiment approprié.

• La méthionine initiatrice est incorporée au début de toutes les protéines pendant la traduction, mais elle est éliminée dans la grande majorité des cas.

💡 Astuce mémo

Peptide signal ou propeptide → localisation ou activation

📖 9. Régulation par l’opéron lactose

📝 Points essentiels

• Les éléments et produits de l’opéron lactose sont:

  • Gène i : répresseur
  • Promoteur : fixation de l’ARN polymérase
  • Opérateur : fixation du répresseur
  • Lac Z : β-galactosidase
  • Lac A : perméase
  • Lac Y : acétylase

• En présence de glucose et en absence de lactose, le répresseur empêche l’ARN polymérase d’atteindre les gènes Lac Z, Lac A et Lac Y.

• En présence de lactose et en absence de glucose, le lactose se lie au répresseur, ce qui permet à l’ARN polymérase de transcrire les gènes Lac Z, Lac A et Lac Y.

• Lorsque le glucose devient très faible, l’AMPc et la CAP se fixent au promoteur et augmentent l’affinité de l’ARN polymérase d’un facteur 50, tandis que le lactose neutralise le répresseur.

💡 Astuce mémo

Lactose présent et glucose faible → levée du répresseur → transcription

📊 Tableaux de synthèse

Comparaison ADN et ARN

Ribosomes procaryotes et eucaryotes