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 acides nucléiques
4. Double hélice et compaction
5. Diversité et fonctions des ARN
6. Propriétés et dosage des acides nucléiques
7. Réplication et amplification PCR
8. Transcription et traduction
9. Applications et outils génomiques

📖 1. Découvertes et dogme moléculaire

★ À maîtriser

• En 1953, Watson, Crick et Wilkins ont proposé la structure en double hélice de l’ADN, grâce notamment aux travaux de Rosalind Franklin. — Watson, Crick & Wilkins

• Le dogme central de la biologie moléculaire décrit l’ADN comme capable de se répliquer et d’être transcrit en ARN, lequel peut ensuite être traduit en protéines. — 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 viraux à ARN simple ou double brin et par les modifications épigénétiques transmissibles.

💡 Astuce mémo

ADN → ARN → protéines

📖 2. Organisation et taille des génomes

★ À maîtriser

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

📌 La taille du génome et le nombre de chromosomes ne sont pas directement liés à la complexité macroscopique d’un organisme, comme le montre la taille du génome du maïs, approximativement comparable à celle du génome humain.

Compléments

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

💡 Astuce mémo

Génome volumineux ≠ organisme plus complexe

📖 3. Nucléotides et acides nucléiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Nucléoside : Molécule formée par la liaison covalente entre un pentose et une base azotée.
• Nucléotide : Un nucléotide est un nucléoside portant un ou plusieurs groupements phosphate ; les nucléotides de l’ADN sont notés dNMP, dNDP ou dNTP et ceux de l’ARN NMP, NDP ou NTP.

📝 Points essentiels

• Les bases de l’ADN sont:

  • adénine
  • thymine
  • guanine
  • cytosine

• Le phosphate confère aux acides nucléiques leur charge négative, car il est majoritairement dissocié à pH physiologique 7,4.

💡 Astuce mémo

Nucléoside = sucre-base ; nucléotide = nucléoside-phosphate

📖 4. Double hélice et compaction

🔑 Notions clés & Définitions

• Liaison phosphodiester : La liaison phosphodiester 3’-5’ relie le phosphate estérifié au groupement hydroxyle en 3’ d’un pentose et au groupement hydroxyle en 5’ du pentose suivant.

★ À maîtriser

📌 Les deux brins de l’ADN sont antiparallèles et associés par des liaisons hydrogène entre bases complémentaires.

• Chez les eucaryotes, l’ADN linéaire est compacté avec des protéines pour former la chromatine, organisée ensuite en chromosomes.

Compléments

• La forme B de l’ADN est la forme la plus représentée et correspond à une hélice droite d’environ 2 nm de diamètre.

💡 Astuce mémo

Nucléosome → fibre de chromatine → chromosome

📖 5. Diversité et fonctions des ARN

★ À maîtriser

• Les ARN ribosomiques représentent environ 80 % des ARN et s’associent aux protéines pour constituer les ribosomes, tandis que les ARN messagers représentent environ 5 % des ARN.

📌 L’ARN est généralement simple brin et contient un ribose et de l’uracile, ce qui le rend moins stable chimiquement que l’ADN qui contient un désoxyribose et de la thymine.

• Le ribosome est un ribozyme, car son ARN ribosomique catalyse la formation des liaisons peptidiques.

Compléments

• Les microARN bloquent la traduction des ARNm par les ribosomes, tandis que les petits ARN interférents, généralement doubles brins, provoquent la dégradation des ARNm de l’hôte.

💡 Astuce mémo

ARNm code ; ARN non codants régulent

📖 6. Propriétés et dosage des acides nucléiques

🔑 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 les deux brins sous l’effet de facteurs tels que la température ou le pH, ce qui permet les techniques d’hybridation ADN-ADN, ADN-ARN et ARN-ARN.

📐 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 généralement 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 aromatiques → absorption UV → dosage spectrophotométrique

📖 7. Réplication et amplification PCR

★ À maîtriser

• La réplication de l’ADN est semi-conservative : chaque brin parental sert de matrice pour synthétiser un brin nouveau complémentaire. — Meselson et Stahl, 1958

• L’ADN polymérase ajoute un nucléotide complémentaire à l’extrémité 3’ d’un brin et permet ainsi un allongement dans le sens 5’ vers 3’.

• Après 20 cycles de PCR, le nombre théorique de copies atteint $2^{20}$, soit environ 10^6 fois le nombre initial d’exemplaires.

Compléments

• La réplication nécessite des amorces d’ARN synthétisées par une primase ; ces amorces sont remplacées par de l’ADN et les fragments sont reliés par une ligase.

💡 Astuce mémo

Dénaturation → amorçage → élongation

📖 8. Transcription et traduction

★ À maîtriser

• La transcription est initiée par la reconnaissance d’un promoteur contenant une séquence consensus, puis l’ARN polymérase synthétise un ARN à partir d’un brin d’ADN matrice.

📌 Chez les eucaryotes, un gène produit généralement un ARNm et une protéine, tandis que chez les procaryotes un opéron peut produire un ARNm codant plusieurs protéines.

• 🔄 La traduction se déroule en trois étapes:

  1. initiation au codon AUG
  2. élongation du polypeptide
  3. terminaison sur un codon non-sens

• Le code génétique comprend 64 codons différents codant directement 20 acides aminés, avec une redondance et quelques exceptions à son caractère universel.

Compléments

• Chez les procaryotes, l’ARN polymérase bactérienne possède un cœur α2ββ’ω et une holoenzyme α2ββ’ω associée à un facteur σ.

💡 Astuce mémo

Promoteur → ARNm → AUG → polypeptide

📖 9. Applications et outils génomiques

★ À maîtriser

• La PCR, mise au point par Kary Mullis, permet d’amplifier considérablement un fragment d’ADN sans clonage ; elle peut être associée à une transcription inverse pour amplifier une séquence d’ARN sous forme d’ADN.

Compléments

• Les enzymes de restriction permettent de manipuler les génomes et ont été découvertes par Werner Arber en 1962. — W. Arber

• La polymérase Taq, provenant de Thermophilus aquaticus, résiste aux températures de dénaturation de 95 à 100 °C et fonctionne à environ 72 °C.

• En 2012, CRISPR-Cas9 a ouvert la voie à l’édition génétique et a été associé aux travaux d’Emmanuelle Charpentier et de Jennifer Doudna. — Charpentier/ Doubna

📊 Tableaux de synthèse

ADN et ARN