📌 Une fonction donneuse de liaison hydrogène comporte un H labile lié notamment à un atome O, N ou S, tandis qu’une fonction accepteuse est un atome électronégatif doté d’un doublet électronique non liant, par exemple O, N ou S.
Covalente : partage d’électrons ; ionique : attraction de charges opposées
★ À maîtriser
📌 Selon Lewis, un acide est une molécule ou un ion porteur d’une lacune électronique, électrophile et accepteur de doublet d’électrons ; selon Brønsted, un acide est une espèce capable de céder un ou plusieurs protons.
📐 Formule - Le pH est défini par et la concentration en ions hydronium par .
📌 Dans un couple acido-basique AH/A⁻, AH est la forme protonée acide et A⁻ la forme déprotonée basique ; leurs proportions dépendent du pH et du pKa.
📐 Formule - L’équation de Henderson-Hasselbalch s’écrit .
Les 23 acides aminés protéinogènes comprennent : 20 standards traduits à partir de codons, la sélénocystéine, codée dans des conditions particulières, la pyrrolysine, codée dans des conditions particulières, la formylméthionine, codée dans des conditions particulières
La chaîne latérale R liée au carbone alpha donne sa spécificité à l’acide aminé et détermine ses propriétés physicochimiques.
Compléments
📐 Formule - La constante d’acidité et son pKa sont liés par , soit .
Les chaînes latérales se répartissent en cinq groupes :
Les acides aminés dits acides et basiques sont également des acides aminés polaires.
📌 Pour déterminer l’état zwitterion et le pHi d’un acide aminé dont la chaîne latérale est protonable, il faut tenir compte de son troisième couple acido-basique en plus des couples associés aux fonctions amine et carboxylique.
pH < pKa : forme AH ; pH > pKa : forme A⁻
★ À maîtriser
📌 Un peptide est un court polymère d’acides aminés, un polypeptide est un long polymère de plus de 20 acides aminés, et une protéine est une macromolécule spécifiant une fonction, formée d’une ou plusieurs chaînes polypeptidiques.
Compléments
Les six atomes associés à la liaison peptidique, d’un carbone alpha à l’autre, sont dans un même plan.
La liaison peptidique mesure 1,33 Å, soit une longueur inférieure à celle d’une liaison simple.
📌 Une protéine constituée d’une seule chaîne polypeptidique est monomérique, tandis qu’une protéine constituée de plusieurs chaînes est multimérique.
Le pHi d’un peptide ou d’une protéine est spécifique et se calcule en tenant compte des chaînes latérales des acides aminés ainsi que des extrémités N-ter et C-ter.
La faible flexibilité de la liaison peptidique conduit les angles de rotation adjacents Psi (Ψ) et Phi (Φ), plus flexibles, à déterminer les motifs de structure secondaire.
Le diagramme de Ramachandran définit les combinaisons d’angles Psi et Phi tolérées et distingue deux combinaisons majoritaires, correspondant à l’hélice alpha et au feuillet bêta.
L’hélice alpha majoritaire est une hélice droite comportant 3,6 acides aminés par tour et un pas de 5,4 Å.
Dans l’hélice alpha, des liaisons hydrogène relient les groupements amide NH et carbonyle CO des acides aminés i et i+4.
Dans l’hélice alpha, les chaînes latérales des acides aminés sont orientées vers l’extérieur et ne participent pas à la structure secondaire.
Primaire → secondaire : succession des AA, puis motifs locaux stabilisés par des liaisons hydrogène
La masse molaire moyenne d’une protéine est comprise entre 15 et 100 kDa.
Les protéines peuvent être dénaturées par :
L’hydrolyse des protéines peut être chimique, par exemple avec HCl, ou enzymatique.
Dénaturation : structures 3D altérées ; hydrolyse : liaisons peptidiques rompues.
★ À maîtriser
📌 Les purines sont l’adénine et la guanine, tandis que les pyrimidines sont la cytosine, la thymine et l’uracile.
Compléments
L’adénine et la guanine sont présentes dans l’ADN et l’ARN, la cytosine aussi, la thymine dans l’ADN et l’uracile dans l’ARN.
L’ADN contient du β-D-désoxyribofuranose, tandis que l’ARN contient du β-D-ribofuranose.
Chaque tour de la double hélice B contient environ 10 paires de bases.
Les déterminants des bases azotées sont principalement accessibles dans le grand sillon de l’ADN, ce qui permet notamment la méthylation des positions N6 des adénosines.
Dans les paires de bases de l’ADN, les noyaux puriques et pyrimidiques se superposent parfaitement, contribuant à l’homogénéité de la double hélice.
★ À maîtriser
À pH physiologique égal à 7, le groupement phosphate des liaisons phosphodiester est majoritairement déprotonné, car son pKa est d’environ 1, et l’ADN porte une charge négative.
Les quatre bases azotées absorbent la lumière autour de 260 nm grâce à leur noyau aromatique, et la mesure de cette absorbance permet de mesurer la concentration d’une solution d’ADN.
La coopérativité de la dénaturation de l’ADN découle de l’hétérogénéité de sa composition en bases : les régions riches en A/T s’ouvrent d’abord et facilitent ensuite la séparation des régions riches en G/C.
📌 L’augmentation de la concentration en cations augmente l’énergie nécessaire à la séparation des deux brins d’ADN, car les cations neutralisent les charges négatives des phosphates et diminuent la répulsion électrostatique entre les chaînes.
📌 La dénaturation d’un acide nucléique double brin sépare ses brins par rupture réversible de liaisons hydrogène, tandis que sa dégradation clive le squelette covalent.
Compléments
Les bases aromatiques sont moins accessibles dans l’ADN double brin que dans l’ADN simple brin, et leur absorbance augmente lorsque l’ADN se dénature.
Dans une cuvette de 1 cm, une DO260 égale à 1 correspond à 50 μg/mL d’ADN double brin ou à 33 μg/mL d’ADN simple brin.
Lors du chauffage d’une solution d’ADN double brin, la DO260 passe d’environ 1 à l’état complètement double brin à environ 1,4 à l’état complètement simple brin.
Une solution d’ARN de DO260 égale à 1 contient 40 μg/mL d’ARN, une quantité intermédiaire entre celles mesurées pour l’ADN simple brin et double brin.
Brins séparés → bases plus accessibles → absorbance accrue.
★ À maîtriser
Compléments
Lors de l’hydrolyse alcaline d’un ARN, un ion OH⁻ déprotone l’hydroxyle en C2′ ; l’oxygène ainsi activé attaque le phosphate adjacent, entraînant le clivage de la liaison phosphoester et la formation d’un phosphate cyclique 2′,3′, ensuite hydrolysé.
Après l’hydrolyse chimique d’un ARN, le phosphate peut se trouver sur le C2′ ou sur le C3′.
📌 Une phosphatase hydrolyse la liaison phosphoester à l’extrémité 5′ d’un acide nucléique et le déphosphoryle sans libérer de nucléotide, tandis qu’une nucléase clive la chaîne d’acide nucléique.
Dénaturation sépare les brins ; hydrolyse clive leur squelette
★ À maîtriser
🔄 La polymérisation suit ces étapes :
Les polymérases lisent le brin matrice dans le sens 3′→5′ afin de synthétiser le nouveau brin dans le sens 5′→3′.
Les ADN polymérases ont besoin d’une extrémité 3′ OH préexistante sur une amorce ARN ou ADN, tandis que les ARN polymérases peuvent initier la transcription avec un nucléotide.
La réplication débute à une origine de réplication, tandis que la transcription débute à un promoteur.
Compléments
La polymérisation dans le sens 5′→3′ produit un brin complémentaire lu dans le sens 3′→5′ et conduit à une double hélice antiparallèle.
Lors de l’initiation de la transcription, le premier nucléotide de l’ARN conserve ses trois groupements phosphate.
Les topoisomérases gèrent les contraintes physiques imposées à l’ADN par l’ouverture de la double hélice pendant la réplication et la transcription.
La réplication est initiée par une protéine qui forme un complexe d’initiation recrutant la machinerie de réplication, tandis qu’en transcription un facteur de transcription reconnaît et se fixe sur le promoteur, associé ou non à l’ARN polymérase selon l’organisme.
Un réplicon est une unité de réplication : un chromosome bactérien constitue généralement un réplicon, tandis qu’un chromosome nucléaire eucaryote en comporte plusieurs ; un gène ou un opéron est une unité de transcription.
Un réplicon possède une seule origine de réplication ; un chromosome nucléaire eucaryote comporte plusieurs réplicons, tandis qu’un chromosome bactérien n’en comporte généralement qu’un, et la réplication peut être unidirectionnelle ou bidirectionnelle.
Lecture 3′→5′, synthèse 5′→3′
★ À maîtriser
📌 La réplication de l’ADN est semi-conservative : chacun des deux brins parentaux sert de matrice pour produire deux molécules d’ADN, chacune contenant un brin ancien et un brin nouvellement synthétisé. - Meselson et Stahl, 1958
📌 La synthèse d’ADN est continue sur un brin et discontinue sur l’autre, car les ADN polymérases synthétisent exclusivement dans le sens 5′→3′ sur une double hélice antiparallèle.
Pendant la réplication, une hélicase progresse devant l’ADN polymérase et sépare les deux brins d’ADN en hydrolysant de l’ATP.
L’hélicase réplicative bactérienne chemine sur le brin à réplication discontinue dans le sens 5’ → 3’, tandis que l’hélicase eucaryote progresse sur le brin à réplication continue dans le sens 3’ → 5’.
La primase synthétise les amorces ARN dont les extrémités 3’ servent à amorcer la synthèse d’ADN.
Après la synthèse d’un fragment d’Okazaki, l’ADN polymérase processive est remplacée par une ADN polymérase non-processive, qui dégrade l’amorce ARN et la remplace par une séquence d’ADN, puis une ADN ligase joint les deux extrémités.
Compléments
Lors de la réplication, les deux brins de la double hélice d’ADN sont répliqués simultanément, à quelques exceptions près, notamment dans certains génomes viraux.
Les facteurs de processivité sont des anneaux qui encerclent l’ADN double brin et assurent stabilité et vitesse à l’ADN polymérase.
Les anneaux β sont les facteurs de processivité bactériens, tandis que les PCNA (Proliferating Cell Nuclear Antigen) remplissent ce rôle chez les eucaryotes.
Avec son facteur de processivité, l’ADN polymérase III d’E. coli peut synthétiser plusieurs millions de paires de bases d’une traite à environ 1000 nucléotides par seconde, contre 20 nucléotides par seconde sans ce facteur.
DnaB est l’hélicase bactérienne et MCM2-7 l’hélicase eucaryote ; elles appartiennent à deux superfamilles distinctes.
Les hélicases réplicatives contribuent à la processivité de la réplication en assurant la cohésion de la machinerie de réplication et la régulation de sa vitesse sur les deux brins.
📌 Une seule amorce ARN est nécessaire sur le brin à réplication continue, tandis que le brin à réplication discontinue nécessite une amorce tous les ~1000 paires de bases chez les bactéries et tous les ~100 paires de bases chez les eucaryotes.
DnaB avance sur le brin discontinu en 5’ → 3’ ; l’hélicase eucaryote avance sur le brin continu en 3’ → 5’.
★ À maîtriser
📌 Le catabolisme regroupe les réactions biochimiques de dégradation des molécules, tandis que l’anabolisme regroupe les réactions biochimiques de synthèse des molécules.
📌 Les isotopes d’un même élément possèdent le même nombre de protons et d’électrons, mais un nombre variable de neutrons.
Compléments
📌 Pour une séquence lue dans le sens 5’ → 3’, la partie amont correspond à son extrémité 5’ et la partie aval à son extrémité 3’.
Les macromolécules du vivant comprennent :
Dans la nomenclature atomique, A représente le nombre de nucléons (protons et neutrons) et Z le numéro atomique, égal au nombre de protons.
Les isotopes ¹²C, ¹³C et ¹⁴C ont chacun 6 protons et possèdent respectivement 6, 7 et 8 neutrons ; seuls ¹²C et ¹³C sont stables.
Le ¹⁴C instable peut se désintégrer en ¹⁴N en émettant une particule β⁻.
La désintégration d’isotopes radioactifs permet de tracer de très faibles quantités de molécules biologiques ; le ³H, le ³²P et le ³⁵S servent à marquer les sucres, les lipides, les acides nucléiques et les protéines.
Le ¹⁴C est assimilé naturellement par les organismes jusqu’à leur mort et est souvent utilisé pour la datation.
Catabolisme dégrade ; anabolisme synthétise.
★ À maîtriser
📌 La synthèse d’ARN peut être induite par un stimulus externe ou interne à la cellule, ou être constitutive, c’est-à-dire que le gène est toujours exprimé indépendamment d’un stimulus, même si son taux d’expression peut varier.
Les ARN polymérases ADN dépendantes lisent l’ADN et synthétisent l’ARN dans le sens 5’ → 3’.
Chez les bactéries, une seule ARN polymérase transcrit l’ensemble des gènes de la cellule.
📌 L’ARN polymérase bactérienne associée au facteur σ est appelée holoenzyme, et σ permet la reconnaissance de la séquence promotrice et le positionnement de l’enzyme sur celle-ci.
Le facteur σ⁷⁰ reconnaît les gènes à expression constitutive, dont les séquences promotrices canoniques sont 5’ TATAAT 3’ en position −10 et 5’ TTGACA 3’ en position −35.
Les ARN polymérases eucaryotes ont les fonctions suivantes :
📌 Chez les bactéries, transcription et traduction ont lieu au même endroit et de façon consécutive, tandis que chez les eucaryotes la transcription a lieu dans le noyau et la traduction dans le cytoplasme, les ARNm devant traverser la membrane nucléaire.
Compléments
📌 La partie codante ne représente qu’une partie du transcrit, dont les séquences terminales sont non codantes et peuvent être plus ou moins longues ; une séquence codante peut être traduite en protéine ou utilisée telle quelle comme ARN, notamment comme ARNr ou ARNt.
🔄 La transcription par l’ARN polymérase comprend les étapes suivantes :
Le cœur de l’ARN polymérase bactérienne comprend les sous-unités catalytiques β et β’, deux sous-unités structurales α et une sous-unité ω dont la fonction est moins bien définie et pourrait concerner l’assemblage et la stabilité de l’enzyme.
Après le début de la polymérisation de l’ARN, l’ARN polymérase bactérienne se détache du facteur σ et progresse seule sur l’ADN.
Le facteur σ³² reconnaît les promoteurs de gènes impliqués dans le choc thermique, tandis que σ⁵⁴ reconnaît ceux de gènes exprimés lors d’une carence en azote.
Les ARN polymérases eucaryotes I, II et III comptent respectivement 14, 12 et 17 sous-unités ; celles de l’ARN polymérase II sont nommées RPB1 à RPB12, et RPB1 et RPB2 sont les homologues fonctionnels respectifs des sous-unités bactériennes β’ et β.
La sous-unité RPB1 porte une longue protubérance carboxy-terminale (CTD) dont de nombreux sites sont phosphorylés pour déclencher l’initiation de la transcription.
★ À maîtriser
📌 Un transcrit monocistronique contient la séquence d’un seul gène, tandis qu’un transcrit polycistronique couvre plusieurs gènes.
Compléments
📌 La régulation d’un opéron peut être positive par un activateur ou négative par un répresseur.
Opéron catabolique activé par le substrat, opéron anabolique réprimé par le produit final
La formation de la coiffe des ARNm commence par le transfert d’un GMP sur l’extrémité 5′ triphosphate, puis la guanosine terminale et les deux premiers nucléotides de l’ARN sont méthylés.
En fin de transcription, le complexe polyA synthétase reconnaît la séquence 5′ AAUAAA 3′, clive l’ARNm 10 à 30 nucléotides en aval, puis ajoute une cohorte d’adénosines à son extrémité 3′.
★ À maîtriser
La boucle de l’anticodon de l’ARNt contient la séquence nucléotidique qui s’apparie à l’ARNm, et la première base de l’anticodon s’apparie à la troisième base du codon selon l’appariement lâche du wobble.
L’aminoacyl-ARNt synthétase charge un ARNt en deux étapes : elle active d’abord l’acide aminé, puis forme une liaison ester entre cet acide aminé et l’extrémité 3′ de l’ARNt.
Chez les bactéries, l’initiation de la traduction commence par la fixation d’IF3 sur la SSU, puis le recrutement de l’ARNm et son appariement au niveau de la séquence RBS 5′ AGGAGG 3′ avec l’ARNr 16S, formant le précomplexe 30S.
Chez les bactéries, IF1 et IF2-GTP sont recrutés, l’ARNm est repositionné et l’ARNt initiateur fMet s’apparie à AUG, puis la LSU rejoint le complexe pour former le ribosome 70S; l’hydrolyse du GTP par IF2 entraîne la dissociation d’IF1 et d’IF3.
Chez les eucaryotes, la SSU forme un complexe avec des facteurs d’initiation et l’ARNt initiateur avant le recrutement de l’ARNm; les extrémités de l’ARNm sont connectées, la SSU le balaie jusqu’au premier AUG, l’ARNt initiateur se positionne, les facteurs se dissocient et la LSU est recrutée.
Pendant l’élongation, le ribosome lit l’ARNm et les aminoacyl-ARNt apportent les acides aminés; la peptidyl-transférase forme les liaisons peptidiques et le polypeptide s’allonge de l’extrémité N-terminale vers l’extrémité C-terminale.
Lors de la terminaison, des facteurs de terminaison reconnaissent les codons stop et permettent la rupture de la liaison entre le peptide et l’ARNt.
Compléments
Il existe une aminoacyl-ARNt synthétase par acide aminé, et la spécificité de ces enzymes assure la fidélité de l’association entre acide aminé et ARNt.
Chez E. coli, la petite sous-unité ribosomique 30S contient 21 protéines et l’ARNr 16S, tandis que la grande sous-unité 50S contient 31 protéines et les ARNr 23S et 5S.
Dans un ARNm bactérien polycistronique, chaque séquence codante doit posséder une séquence RBS en amont du codon initiateur AUG.
L’élongation nécessite des facteurs d’élongation qui sont des GTPases ainsi que des molécules d’ATP, ce qui en fait un processus coûteux en énergie.
★ À maîtriser
Les protéines chaperons, qui sont des ATPases, se fixent aux protéines en cours de repliement et favorisent leur structure native en évitant des interactions indésirables entre acides aminés.
Chez les eucaryotes, la synthèse des protéines membranaires et sécrétées est couplée à leur translocation au travers de la membrane du réticulum endoplasmique.
Compléments
Les modifications post-traductionnelles comprennent notamment la déformylation, la phosphorylation et la glycosylation, et peuvent modifier la fonction d’une protéine.
Chez les bactéries, certaines protéines sont transloquées dans le périplasme ou sécrétées à l’extérieur de la cellule.
Chaperons et modifications post-traductionnelles → protéines fonctionnelles et correctement localisées
Teste tes connaissances sur Réplication et transcription de l’ADN avec 46 questions à choix multiples et corrections détaillées.
1. Dans une molécule, deux atomes partagent des électrons de leur couche externe. Quel type de liaison les unit ?
2. Dans une interaction entre deux groupements, un H labile porté par le premier se lie au site accepteur du second. Quelle liaison se forme, sachant qu’elle est plus faible qu’une liaison ionique ?
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Qu’est-ce qu’une liaison covalente ?
Une liaison chimique de forte énergie formée par la mise en commun d’électrons externes.
Quelle énergie caractérise une liaison covalente ?
Une forte énergie.
Entre quels groupements s’établit une liaison hydrogène ?
Entre un groupement donneur et un groupement accepteur de liaison hydrogène.
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