Fiche de révision : Nucléotides et acides nucléiques

📋 Plan du Cours

1. Biochimie et familles moléculaires
2. Structure des nucléotides
3. ATP et transferts énergétiques
4. Couplage et phosphorylation
5. Nucléotides activés et ATP
6. Coenzymes dérivés des nucléotides
7. Coenzyme A et AMPc
8. Organisation des acides nucléiques
9. Élongation des brins
10. Double hélice et complémentarité
11. Conformations et topologie de l’ADN
12. Fonctions biologiques de l’ADN
13. ARN messagers et expression
14. ARNt et ARNr fonctionnels
15. Petits ARN et comparaison ADN ARN
16. Comparaison des types d’ARN

📖 1. Biochimie et familles moléculaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Biochimie : Discipline qui étudie les biomolécules des organismes vivants ainsi que les voies métaboliques de leur synthèse et de leur dégradation.

📝 Points essentiels

• Les quatre grandes familles de biomolécules sont:
  • les nucléotides et acides nucléiques
  • les acides aminés et protéines
  • les glucides
  • les lipides

📖 2. Structure des nucléotides

🔑 Notions clés & Définitions

• Nucléotide : Association covalente d’une base azotée purique ou pyrimidique et d’un pentose phosphorylé une, deux ou trois fois.
• Nucléoside : Assemblage covalent d’une base azotée et d’un pentose par une liaison N-glycosidique impliquant le C1’ du pentose.

★ À maîtriser

📌 Les bases puriques adénine et guanine possèdent deux cycles, tandis que les bases pyrimidiques cytosine, thymine et uracile possèdent un seul cycle.

📌 Le ribose de l’ARN possède un groupe hydroxyle en C2’, alors que le désoxyribose de l’ADN en est dépourvu.

Compléments

• Les bases azotées absorbent les ultraviolets avec un maximum à 260 nm grâce aux électrons pi délocalisés de leurs hétérocycles aromatiques.

💡 Astuce mémo

Un pentose central relié à une base et à une chaîne de phosphates

📖 3. ATP et transferts énergétiques

🔑 Notions clés & Définitions

• ATP : Nucléotide triphosphate qui constitue le principal intermédiaire universel de transfert d’énergie dans les cellules.

📝 Points essentiels

📐 Formule — À pH cellulaire, l’hydrolyse de l’ATP en ADP et phosphate inorganique vérifie $ATP^{4-}+H_2O\rightarrow ADP^{3-}+P_i^-$ et présente une variation d’enthalpie libre d’environ $\Delta_rG'\approx -55\ kJ\cdot mol^{-1}$.

• La concentration cellulaire d’ATP est d’environ 1 à 2 mmol.L−1, alors qu’un humain en consomme environ 40 kg par jour pour un stock d’environ 45 à 50 g.

📌 L’hydrolyse de l’ATP est thermodynamiquement favorisée mais lente en solution aqueuse, car son énergie d’activation est importante et des ATPases accélèrent la réaction.

💡 Astuce mémo

Hydrolyse favorisée mais lente, contrairement à une réaction spontanée forcément rapide

📖 4. Couplage et phosphorylation

📝 Points essentiels

• L’hydrolyse exergonique de l’ATP est couplée par une enzyme à des processus endergoniques tels que des transformations chimiques, des transports membranaires ou des mouvements cellulaires.

• Lors de la synthèse des acides nucléiques, l’hydrolyse de deux liaisons phosphoanhydride du nucléotide triphosphate fournit l’énergie nécessaire à la formation d’une liaison phosphoester.

• Les kinases transfèrent un groupement phosphoryle de l’ATP vers un groupe hydroxyle d’un substrat, tandis que les phosphatases retirent ce phosphate par hydrolyse de la liaison phosphoester.

📌 La phosphorylation d’une protéine peut augmenter ou diminuer son activité selon le site phosphorylé et la conformation de la protéine.

💡 Astuce mémo

Hydrolyse de l’ATP → énergie disponible → travail cellulaire ou phosphorylation

📖 5. Nucléotides activés et ATP

★ À maîtriser

• L’ADP-glucose est le précurseur activé de l’amidon, tandis que l’UDP-glucose est le précurseur du glycogène et de la cellulose.

Compléments

• Le GTP intervient dans la traduction, le cycle de Krebs et l’assemblage des microtubules par la tubuline-GTP.

• L’ATP intervient dans les transports membranaires actifs primaires, notamment les ATPases Na+/K+, H+ et Ca2+.

• L’ATPase Na+/K+ représente généralement au moins 30 % de la consommation totale d’ATP des cellules animales.

📖 6. Coenzymes dérivés des nucléotides

🔑 Notions clés & Définitions

• Coenzyme : Petite biomolécule non protéique nécessaire à la réaction catalysée par une enzyme et régénérée comme accepteur puis donneur de groupements ou d’électrons.

📝 Points essentiels

• Les trois principaux couples redox sont:
  • NAD+/NADH
  • NADP+/NADPH
  • FAD/FADH2

📌 Le NADPH est un donneur d’électrons utilisé dans les voies anaboliques, tandis que le NAD+ et le FAD sont des accepteurs d’électrons utilisés dans les voies cataboliques.

💡 Astuce mémo

NAD+ et FAD acceptent les électrons, NADPH les donne

📖 7. Coenzyme A et AMPc

🔑 Notions clés & Définitions

• Coenzyme A : Coenzyme de transfert de groupements acyle, notamment le groupement acétyle, dont la partie réactive est le groupe thiol –SH.
• AMPc : Second messager intracellulaire produit à partir d’ATP par l’adénylate cyclase après la fixation d’une hormone hydrophile ou d’un neurotransmetteur sur un récepteur membranaire.

★ À maîtriser

• L’acétyl-coenzyme A est un intermédiaire central à l’entrée du cycle de Krebs et lors de l’activation des acides gras pendant leur bêta-oxydation.

Compléments

• La phosphodiestérase détruit l’AMPc par hydrolyse de sa liaison phosphodiester, ce qui contrôle sa concentration cytosolique.

📖 8. Organisation des acides nucléiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Acide nucléique : Hétéropolymère linéaire et séquencé de nucléotides dont la séquence constitue la structure primaire.

📝 Points essentiels

📌 L’ARN est généralement monocaténaire, tandis que l’ADN est bicaténaire et formé de deux brins associés par des liaisons hydrogène.

• Le squelette pentose-phosphate constitue la partie monotone des acides nucléiques, tandis que les bases azotées fixées latéralement constituent leur partie variable.

💡 Astuce mémo

Nucléotide → brin → séquence → information génétique

📖 9. Élongation des brins

📝 Points essentiels

• L’élongation d’un brin d’ADN ou d’ARN se fait de 5’–P vers 3’–OH par ajout d’un nucléotide à l’extrémité 3’–OH sous l’action d’une polymérase.

📌 Les NTP sont les précurseurs de l’ARN, tandis que les dNTP sont les précurseurs de l’ADN.

💡 Astuce mémo

5’–P → 3’–OH : le triphosphate apporte matière et énergie

📖 10. Double hélice et complémentarité

🔑 Notions clés & Définitions

• Double hélice : La double hélice d’ADN est formée de deux brins complémentaires antiparallèles associés par deux liaisons hydrogène entre A et T et trois entre C et G.

★ À maîtriser

• La règle de Chargaff établit que, dans l’ADN, les rapports A/T et C/G sont approximativement égaux à 1.

• Dans la double hélice d’ADN, le squelette désoxyribose-phosphate externe est polyanionique et les paires de bases hydrophobes sont internes.

Compléments

• La double hélice d’ADN possède un sillon majeur et un sillon mineur, les protéines interagissant principalement avec les bases par le sillon majeur.

💡 Astuce mémo

A–T possède deux liaisons hydrogène, C–G en possède trois

📖 11. Conformations et topologie de l’ADN

🔑 Notions clés & Définitions

• Surenroulement : Arrangement topologique de l’ADN en supertours qui module son volume et l’accessibilité de la double hélice aux protéines.

★ À maîtriser

• La conformation B est la plus fréquente et forme une double hélice droite de 2 nm de diamètre avec un pas de 3,4 nm pour 10 paires de bases.

Compléments

📌 La conformation A de l’ADN est favorisée en conditions déshydratées, tandis que la conformation Z possède une hélice gauche et un squelette pentose-phosphate en zigzag.

• Les ADN topoisomérases contrôlent le surenroulement en coupant puis en ressoudant des brins d’ADN grâce à des réactions couplées à l’hydrolyse d’ATP.

📖 12. Fonctions biologiques de l’ADN

📝 Points essentiels

• La séquence des bases de l’ADN porte l’information génétique qui permet de coder la séquence des polypeptides.

📌 La présence de deux brins complémentaires permet de réparer une modification ponctuelle en utilisant le brin intact comme référence.

• L’ADN est adapté au stockage à long terme de l’information génétique grâce à la protection interne des bases, à son squelette covalent résistant, à l’empilement des bases et à sa compaction.

• La rupture réversible des liaisons hydrogène permet l’ouverture locale de l’ADN et l’interaction des polymérases avec le brin matrice lors de la réplication ou de la transcription.

💡 Astuce mémo

Structure stable et compacte → stockage durable et accès contrôlé à l’information

📖 13. ARN messagers et expression

★ À maîtriser

📌 Les ARNm sont généralement linéaires et instables, car le groupe hydroxyle en C2’ du ribose est exposé et favorise leur dégradation en quelques minutes à quelques jours.

• Chez les eucaryotes, un préARNm est synthétisé dans le noyau, maturé, puis exporté vers le cytosol par un pore nucléaire.

Compléments

• Les ARNm représentent environ 5 % des ARN d’une cellule et sont traduits en polypeptides au niveau des ribosomes.

💡 Astuce mémo

ARNm linéaire et instable, contrairement aux ARNt et ARNr structurés et stables

📖 14. ARNt et ARNr fonctionnels

🔑 Notions clés & Définitions

• ARNt : Adaptateur du code génétique qui associe un acide aminé donné à un codon de l’ARNm par l’intermédiaire de son anticodon.

📝 Points essentiels

• Un ARNt possède une structure secondaire en trèfle et une structure tertiaire en L, avec une tige acceptrice en 3’ et un anticodon complémentaire d’un codon de l’ARNm.

• Les ARNr représentent environ 80 % de la masse totale d’ARN d’une cellule et s’associent à des protéines pour former les ribosomes.

• L’ARNr 28 S de la grande sous-unité ribosomique eucaryote catalyse la formation des liaisons peptidiques et constitue donc un ribozyme.

💡 Astuce mémo

L’ARNt en trèfle se replie en L, tandis que l’ARNr forme l’ossature catalytique du ribosome

📖 15. Petits ARN et comparaison ADN ARN

★ À maîtriser

• Les ARNmi contrôlent l’expression de certains gènes en bloquant la traduction ou en favorisant la dégradation de leurs ARNm par le complexe RISC.

📌 L’ARN possède une plus grande liberté de conformation et une plus grande réactivité que l’ADN, tandis que l’ADN est plus stable grâce à l’absence de groupe hydroxyle en C2’.

📌 La thymine de l’ADN permet à l’uracile-ADN-glycosylase de distinguer les uraciles issus d’une désamination accidentelle de la cytosine des bases normales.

Compléments

• Les ARNsn participent à la maturation des préARNm dans le noyau, notamment au sein du splicéosome lors de l’excision des introns et de l’épissage des exons.

💡 Astuce mémo

ADN stable pour stocker, ARN réactif pour exprimer et réguler

📖 16. Comparaison des types d’ARN

📝 Points essentiels

• La répartition approximative des ARN cellulaires est:
  • ARNm : environ 5 %
  • ARNt : environ 15 %
  • ARNr : environ 80 %
  • petits ARN : moins de 1 %

📌 Les ARNm ont généralement une structure linéaire et une demi-vie courte, les ARNt une structure en trèfle puis en L, et les ARNr une structure complexe associée à des protéines ribosomiques.

📊 Tableaux de synthèse

Comparaison ADN et ARN

Principaux types d’ARN