Fiche de révision : Biochimie des acides nucléiques

📋 Plan du Cours

1. Constituants des acides nucléiques
2. Nucléosides et nucléotides
3. ARN et ADN
4. Gènes et transcription
5. Maturation des ARN
6. Traduction et adressage protéique
7. Réplication et télomères
8. Variants génétiques
9. Extraction et ADN complémentaire
10. PCR et électrophorèse

📖 1. Constituants des acides nucléiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Phosphate inorganique : Dérive de l’acide phosphorique H3PO4, qui porte trois fonctions acides.
• Ribose : Ose à cinq carbones qui entre dans la structure de l’ARN, tandis que le 2-désoxyribose entre dans celle de l’ADN.

📝 Points essentiels

• Le phosphate forme une liaison ester entre une fonction acide et une fonction alcool, tandis qu’une liaison anhydride unit deux fonctions acides et peut produire un pyrophosphate.

• Dans le désoxyribose, la fonction alcool portée par le carbone 2 est réduite et remplacée par un hydrogène.

• Les bases azotées sont classées en purines, constituées de deux cycles, et en pyrimidines, constituées d’un seul cycle à six atomes.

• Les bases azotées comprennent:

  • l’adénine
  • la guanine
  • la cytosine
  • l’uracile
  • la thymine

📖 2. Nucléosides et nucléotides

🔑 Notions clés & Définitions

• Nucléoside : Formé par l’association d’une base azotée et d’un ose au moyen d’une liaison N-osidique.
• Nucléotide : Nucléoside associé à un ou plusieurs phosphates, dont le premier est lié à l’ose par une liaison phosphoester au carbone 5’.
• ATP : Constitué d’adénine, de β-D-ribose et de trois groupements phosphates reliés par des liaisons phosphoanhydrides entre eux.

★ À maîtriser

• L’hydrolyse des liaisons phosphoanhydrides libère une énergie supérieure ou égale à 31 kJ par mole, et l’ATP est le transporteur universel d’énergie de l’organisme.

📌 L’adénine s’apparie à la thymine ou à l’uracile par deux liaisons hydrogène, tandis que la guanine s’apparie à la cytosine par trois liaisons hydrogène.

Compléments

• Les nucléosides peuvent être associés à un, deux ou trois groupements phosphates pour former des nucléotides 5’-mono-, di- ou triphosphates.

💡 Astuce mémo

Base + ose → nucléoside → phosphate → nucléotide

📖 3. ARN et ADN

🔑 Notions clés & Définitions

• ARN : Chaîne généralement monocaténaire de nucléotides reliés par des liaisons phosphodiester entre le 3’ OH d’un nucléotide et le phosphate en 5’ du suivant.
• ADN : Molécule bicaténaire constituée de deux chaînes antiparallèles appariées par des bases complémentaires et enroulées en double hélice.

★ À maîtriser

📌 L’ARN contient du ribose et les bases A, U, G et C, tandis que l’ADN contient du désoxyribose et les bases A, T, G et C.

Compléments

• Les ARN ont une taille variable comprise entre 70 et 10 000 nucléotides et peuvent former une structure secondaire par appariement de bases complémentaires.

• La structure en double hélice de l’ADN a été décrite par Watson et Crick en 1953, avec un pas d’hélice qui se répète tous les dix nucléotides.

💡 Astuce mémo

ARN simple brin et uracile ; ADN double brin et thymine

📖 4. Gènes et transcription

🔑 Notions clés & Définitions

• Gène : Séquence de nucléotides de l’ADN contenant l’information nécessaire à la synthèse d’un ARN, le plus souvent messager, ou d’une protéine.
• Transcription : Lecture d’un gène par une ARN polymérase qui synthétise un ARN à partir du brin antisens, dans le sens 5’ vers 3’.

★ À maîtriser

• La boîte TATA se situe environ 20 nucléotides en amont du début de la transcription, tandis que la boîte CAAT se situe environ 60 nucléotides en amont.

• La transcription débute lorsque les facteurs de transcription se fixent au promoteur, recrutent TFIID puis d’autres facteurs généraux et enfin l’ARN polymérase, qui synthétise l’ARN jusqu’au signal de terminaison.

Compléments

• Les domaines fréquents sont:
  • l’hélice-boucle-hélice
  • les doigts de zinc
  • la fermeture à leucine

💡 Astuce mémo

Promoteur → transcription → maturation → ARNm

📖 5. Maturation des ARN

📝 Points essentiels

• Les exons sont les parties du gène conservées dans l’ARN messager mature, tandis que les introns sont éliminés lors de l’épissage.

• La maturation comprend: l’ajout d’une coiffe 7-méthyl-guanosine-triphosphate, l’ajout d’une queue poly-A en 3’, l’excision-épissage des introns

• La queue poly-A comprend généralement 500 à 2000 adénylates et protège l’extrémité 3’ de l’ARN contre la dégradation par les nucléases.

• L’épissage élimine les introns grâce au site donneur GU, au site accepteur AG et à une adénylate de branchement située environ 30 nucléotides avant la fin de l’intron.

💡 Astuce mémo

Coiffe 5’ → queue poly-A 3’ → épissage

📖 6. Traduction et adressage protéique

🔑 Notions clés & Définitions

• Traduction : Lecture d’un ARNm par des ribosomes dans le cytoplasme afin de synthétiser une protéine dont la structure primaire est déterminée par l’ARNm.
• Codon : Ensemble de trois nucléotides portant l’information nécessaire à l’incorporation d’un acide aminé ou à l’arrêt de la traduction.
• Signal peptide : Segment hydrophobe de 15 à 20 acides aminés situé à l’extrémité N-terminale de certaines protéines destinées à être excrétées hors de la cellule.

📝 Points essentiels

• Le code génétique comprend 64 codons, dont 61 codons codants, un codon initiateur AUG codant la méthionine et trois codons stop UAA, UAG et UGA.

• Lors de l’initiation, l’ARNt méthionine rejoint le site P avec EIF2, la petite sous-unité reconnaît l’ARNm et le codon AUG, puis la grande sous-unité est recrutée avec EIF5.

• L’incorporation de chaque acide aminé au cours de la traduction consomme l’énergie de quatre liaisons riches en énergie.

💡 Astuce mémo

Initiation → élongation → terminaison → adressage

📖 7. Réplication et télomères

🔑 Notions clés & Définitions

• Réplication de l’ADN : Synthèse fidèle du génome pendant la phase S afin de produire deux molécules d’ADN identiques avant la division cellulaire.
• Télomère : Structure spécialisée située à l’extrémité des chromosomes linéaires, constituée de séquences TTAGGG répétées en tandem sur 5 000 à 15 000 paires de bases.

📝 Points essentiels

📌 La réplication est semi-conservative : chaque molécule d’ADN fille contient un brin parental et un brin nouvellement synthétisé.

• Les ADN polymérases synthétisent l’ADN dans le sens 5’ vers 3’ à partir d’une amorce d’ARN produite par une primase, puis les amorces sont remplacées par de l’ADN et les fragments sont reliés par l’ADN ligase.

• La réplication comporte moins d’une erreur par milliard de bases incorporées grâce notamment à l’activité exonucléasique 3’→5’ de l’ADN polymérase.

💡 Astuce mémo

Amorce + polymérase → ADN complémentaire fidèle

📖 8. Variants génétiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Variant génétique : Changement permanent de la structure de l’ADN par rapport à une référence, transmis lors des divisions cellulaires futures.

★ À maîtriser

• Les trois types de variants sont:
  • la substitution
  • la délétion
  • l’insertion

📌 Dans une séquence codante, une substitution synonyme conserve le même acide aminé, une substitution faux-sens en remplace un par un autre et une substitution non-sens crée un codon stop.

📌 Une insertion ou une délétion d’un nombre de nucléotides qui n’est pas un multiple de trois décale le cadre de lecture et peut créer un codon stop prématuré.

Compléments

• Dans la mucoviscidose, le variant ΔF508 est une délétion de trois nucléotides supprimant le codon de la phénylalanine en position 508 sans décaler le cadre de lecture.

💡 Astuce mémo

Synonyme : même acide aminé ; faux-sens : autre acide aminé ; non-sens : arrêt

📖 9. Extraction et ADN complémentaire

📝 Points essentiels

• 🔄 L’extraction suit les étapes suivantes:

  1. Utilisation de cellules mononucléées du sang
  2. Centrifugation des cellules nucléées
  3. Dissolution des membranes par le phénol
  4. Précipitation des acides nucléiques par l’alcool

• Pour produire un ADNc, l’ARNm est isolé par hybridation avec un oligo-dT, rétrotranscrit en ADN par une reverse transcriptase, puis complété en second brin par une ADN polymérase.

💡 Astuce mémo

Extraire l’ARN → hybrider l’oligo-dT → rétrotranscrire → obtenir l’ADNc

📖 10. PCR et électrophorèse

🔑 Notions clés & Définitions

• PCR : Méthode qui amplifie une séquence d’ADN grâce à des cycles de dénaturation, d’hybridation des amorces et d’extension par une ADN polymérase thermostable.

📝 Points essentiels

• Les réactifs essentiels de la PCR sont: la Taq polymérase, deux amorces oligonucléotidiques, les quatre désoxyribonucléotides triphosphates, un tampon, du magnésium

• 🔄 Chaque cycle de PCR comprend:

  1. Dénaturation à environ 90 °C pendant 45 secondes
  2. Hybridation des amorces à 50–65 °C pendant 30 secondes
  3. Extension à 72 °C pendant 90 secondes

• Après 35 cycles de PCR, la séquence initiale est multipliée par environ 34 milliards ; les fragments de taille voulue apparaissent au troisième cycle et deviennent majoritaires au quatrième.

• Lors de l’électrophorèse, les fragments d’ADN chargés négativement migrent dans un gel d’agarose de l’électrode négative vers l’électrode positive et leur taille est estimée avec des marqueurs.

💡 Astuce mémo

Dénaturation → hybridation → extension → séparation sur gel

📊 Tableaux de synthèse

Comparaison ARN et ADN