Fiche de révision : Acides nucléiques et génomes

📋 Plan du Cours

1. Rôles et types des acides nucléiques
2. Découverte du support génétique
3. Nucléotides et liaisons
4. Structure primaire et séquençage
5. Structures secondaires des acides nucléiques
6. Manipulations et analyses moléculaires
7. Génomes et diversité des séquences
8. Chromatine et régulation épigénétique
9. Mutations et génotoxicité
10. Évolution et génie génétique

📖 1. Rôles et types des acides nucléiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Acide nucléique : Macromolécule biologique constituée d’un enchaînement de nucléotides et impliquée dans le support et la régulation de l’expression génétique.

★ À maîtriser

📌 Les deux catégories d’acides nucléiques sont l’ADN, acide désoxyribonucléique, et l’ARN, acide ribonucléique.

• L’ADN utilise les bases A, T, C et G, tandis que l’ARN utilise A, U, C et G.

📌 Le génotype est l’ensemble des gènes d’un individu, tandis que le phénotype correspond à l’ensemble des caractères observables d’une cellule.

Compléments

• L’ADN est généralement bicaténaire et l’ARN est le plus souvent simple brin, mais l’ADN peut aussi être circulaire ou simple brin.

💡 Astuce mémo

ADN : surtout double brin ; ARN : le plus souvent simple brin

📖 2. Découverte du support génétique

★ À maîtriser

• En 1928, Fred Griffith rapporte la transformation bactérienne chez les pneumocoques.

📌 La souche S de pneumocoques possède une capsule polysaccharidique et est mortelle pour la souris, tandis que la souche R sans capsule n’est pas nocive lorsqu’elle est injectée.

• Chez Griffith, le mélange de bactéries S tuées par la chaleur et de bactéries R vivantes tue la souris et transforme les bactéries R en bactéries virulentes.

• En 1944, Avery, MacLeod et McCarty montrent que l’ADN extrait d’une souche S suffit à transformer une souche non virulente en souche virulente.

Compléments

• La bactérie virulente réisolée après mélange d’une souche R de type III et d’une souche S de type II inactivée est toujours de type II, et cette transformation est stable et définitive.

• La DNAse détruit le pouvoir transformant de l’extrait bactérien, alors que la RNAse et les protéinases le laissent intact.

💡 Astuce mémo

ADN des bactéries S → transformation des bactéries R

📖 3. Nucléotides et liaisons

🔑 Notions clés & Définitions

• Nucléoside : Formé d’un sucre lié à une base azotée par une liaison N-osidique.
• Nucléotide : Un nucléoside auquel sont ajoutés un ou plusieurs groupements phosphates.

★ À maîtriser

• Le ribose est le pentose de l’ARN, tandis que le désoxyribose est celui de l’ADN et possède un OH en moins sur le carbone 2.

Compléments

• Dans le pentose, le carbone 1 lie la base azotée, le carbone 3 porte l’OH impliqué dans la liaison phosphodiester et le carbone 5 porte les phosphates.

• Les groupements phosphates se lient au carbone 5 du pentose par une liaison ester et portent des charges négatives au pH cellulaire.

• Les nucléotides triphosphates sont des porteurs de bases azotées et leurs liaisons phosphates constituent une source d’énergie chimique.

📖 4. Structure primaire et séquençage

🔑 Notions clés & Définitions

• Structure primaire : Enchaînement orienté 5′ vers 3′ de ses nucléotides, dont l’ordre des bases constitue la séquence.

• Liaison phosphodiester : Liaison covalente qui relie les nucléotides et donne au brin une extrémité 5′ phosphate et une extrémité 3′ OH.

★ À maîtriser

• Les ADN ou ARN polymérases catalysent la synthèse des liaisons phosphodiester en utilisant l’énergie des nucléotides triphosphates.

• La méthode enzymatique de Sanger séquence des fragments de moins de 1 000 bases en synthétisant des brins terminés par un nucléotide modifié puis en séparant les fragments sur gel.

Compléments

• La ligation des fragments d’Okazaki est catalysée par une ligase, et non par une polymérase, et nécessite de l’ATP.

• Le génome humain contient environ 3 milliards de paires de bases.

📖 5. Structures secondaires des acides nucléiques

★ À maîtriser

• Dans l’ADN bicaténaire, les deux brins complémentaires sont antiparallèles et les bases appariées sont stabilisées par des liaisons hydrogène.

• Les paires de bases A-T et G-C sont stabilisées par des liaisons hydrogène.

• La structure secondaire des ARN repose sur des appariements internes complémentaires et antiparallèles qui forment des tiges et des boucles.

📌 L’ARN messager est codant et sert de matrice à la synthèse protéique, tandis que les ARN ribosomiques et de transfert sont transcriptionnels mais non codants.

Compléments

📌 La forme B est la forme commune de l’ADN, la forme A apparaît lorsque l’eau est réduite et la forme Z est associée aux régions contenant des cytosines méthylées.

💡 Astuce mémo

ADN : deux brins antiparallèles ; ARN : appariements internes formant tiges et boucles

📖 6. Manipulations et analyses moléculaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Électrophorèse : Méthode qui sépare les fragments d’acides nucléiques principalement selon leur taille, car leur charge négative provient des groupements phosphates.

★ À maîtriser

• En électrophorèse sur gel, les fragments d’acides nucléiques les plus petits migrent plus loin que les plus grands.

• La PCR amplifie un fragment d’ADN spécifique et de longueur définie à partir d’un échantillon complexe ou peu abondant.

• Une densité optique de 1 à 260 nm correspond à une concentration d’acide nucléique de 50 microgrammes par millilitre.

Compléments

• Le chauffage de l’ADN à 100 °C sépare ses deux brins en rompant les liaisons hydrogène sans couper les liaisons phosphodiester, et un refroidissement lent permet la renaturation.

📌 Le Southern blot recherche une séquence d’ADN avec une sonde ADN, tandis que le Northern blot recherche un ARN messager avec une sonde ARN ou ADN.

💡 Astuce mémo

PCR → électrophorèse → séquençage

📖 7. Génomes et diversité des séquences

🔑 Notions clés & Définitions

• Plasmide : Petite molécule d’ADN double brin circulaire portant des gènes non indispensables à la croissance, parfois associés à la résistance aux antibiotiques.
• Valeur C : Quantité d’ADN d’un génome haploïde ; les cellules haploïdes ont 1C et les cellules diploïdes 2C.

★ À maîtriser

📌 Chez les procaryotes, l’ADN est généralement une molécule double brin circulaire dans le cytoplasme, tandis que chez les eucaryotes l’ADN nucléaire est organisé en chromosomes linéaires dans le noyau.

📌 Une séquence codante code pour un ARN ou une protéine, une séquence non codante peut notamment être régulatrice et un pseudogène a perdu sa fonction au cours de l’évolution.

Compléments

• Les plasmides peuvent être échangés entre bactéries et transmettre ainsi des caractères par transfert horizontal d’information génétique.

• Le projet Génome humain a mobilisé un consortium international de 16 instituts publics pour séquencer environ 3 milliards de paires de bases réparties sur 23 chromosomes.

📖 8. Chromatine et régulation épigénétique

🔑 Notions clés & Définitions

• Chromatine : Association de l’ADN avec des protéines, notamment les histones chez les eucaryotes, qui permet son compactage.
• Épigénétique : Modifications de la chromatine, liées notamment à l’environnement, qui peuvent modifier le phénotype sans changer la séquence d’ADN.

★ À maîtriser

📌 L’euchromatine est peu compactée et accessible à la transcription, tandis que l’hétérochromatine est plus compactée et moins accessible.

• La méthylation de l’ADN ou des histones modifie la conformation de la chromatine et l’accès des mécanismes de transcription aux gènes.

Compléments

• L’ADN s’enroule autour d’octamères d’histones pour former des nucléosomes, qui se compactent ensuite en fibre de chromatine puis en niveaux d’organisation plus condensés.

💡 Astuce mémo

Chromatine condensée → ADN moins accessible → transcription réduite

📖 9. Mutations et génotoxicité

🔑 Notions clés & Définitions

• Mutation : Changement de base dans l’ADN qui apparaît au hasard et modifie l’information génétique, spontanément ou sous l’effet d’agents mutagènes.

★ À maîtriser

📌 Les mutations ponctuelles comprennent les délétions, les insertions, les transitions, les transversions et les dimères de thymines, tandis que les changements plus étendus peuvent inclure des translocations et des duplications de gènes.

Compléments

• La fréquence des mutations spontanées est de l’ordre de une pour un million ou une pour 100 000, et elle augmente avec la dose et la durée d’exposition aux agents mutagènes.

• Les agents mutagènes cités comprennent :

  • les radiations
  • les rayonnements ionisants
  • les nitrosamines de la fumée de cigarette
  • les analogues de bases
  • le benzène
  • les hydrocarbures aromatiques polycycliques

• Les UV peuvent former des dimères de thymine entre deux thymines voisines, ce qui peut provoquer une mutation et contribuer au cancer.

• Le test des comètes met en évidence la fragmentation de l’ADN, le caryotype permet de rechercher des aberrations chromosomiques et la cytométrie en flux mesure la quantité d’ADN par noyau.

📖 10. Évolution et génie génétique

🔑 Notions clés & Définitions

• Génie génétique : Regroupe les technologies permettant d’étudier et de modifier les séquences d’acides nucléiques in vivo et in vitro.
• Ribozyme : ARN catalytique ; la ribonucléase P, par exemple, coupe en 5′ le précurseur de l’ARN de transfert.

★ À maîtriser

• La phylogénie compare des séquences par alignement et utilise leurs similitudes pour construire des arbres retraçant les liens de parenté et l’origine des séquences.

• L’hypothèse du monde primitif à ARN propose que l’ARN ait d’abord porté l’information génétique et que l’ADN soit apparu comme une forme chimiquement plus stable.

• Le clonage d’une séquence consiste à insérer un fragment d’ADN double brin portant la séquence d’intérêt dans un vecteur, par exemple un plasmide, puis à utiliser l’organisme hôte pour produire le produit recherché.

Compléments

• La biologie de synthèse permet de concevoir des séquences et de reprogrammer des organismes pour leur faire produire des fonctions ou des molécules d’intérêt.