Fiche de révision : Structure des acides nucléiques

📋 Plan du Cours

1. Composition des désoxynucléotides
2. Propriétés des bases et nucléotides
3. Isomérisation et tautomérie des bases
4. Organisation de la double hélice
5. Dénaturation et renaturation
6. Nomenclature et interactions protéiques
7. Composition et dégradation de l’ARN
8. Structures secondaires et tertiaires de l’ARN

📖 1. Composition des désoxynucléotides

🔑 Notions clés & Définitions

• Désoxynucléotide : Élément de base de l’ADN comprenant un désoxyribose, une base azotée et un, deux ou trois groupements phosphate liés au carbone 5′ du sucre.

★ À maîtriser

📌 Les purines, formées de deux noyaux hétérocycliques, sont l’adénine et la guanine, tandis que les pyrimidines, formées d’un seul noyau hétérocyclique, sont la thymine et la cytosine.

• Les quatre désoxynucléotides triphosphates sont:
  • dATP
  • dGTP
  • dTTP
  • dCTP

Compléments

• Dans un désoxynucléoside, la liaison N-osidique relie le carbone 1′ du désoxyribose à l’azote 9 d’une purine ou à l’azote 1 d’une pyrimidine.

💡 Astuce mémo

Purines à deux noyaux : adénine et guanine ; pyrimidines à un noyau : thymine et cytosine.

📖 2. Propriétés des bases et nucléotides

🔑 Notions clés & Définitions

• Liaison hydrogène : Interaction faible qui s’établit lorsqu’un atome donneur et un atome accepteur se trouvent en vis-à-vis à une distance d’environ 0,25 nm.

★ À maîtriser

• Les bases azotées absorbent les rayons ultraviolets entre 240 et 280 nm, et les acides nucléiques présentent un maximum d’absorption à 260 nm.

📌 Au pH physiologique, les bases azotées sont des bases faibles et ne sont globalement pas chargées, tandis que l’acide phosphorique est ionisé et confère à l’ADN une charge globale négative.

Compléments

• La spectrophotométrie UV à 260 nm permet de quantifier l’ADN en solution et d’en apprécier la pureté.

💡 Astuce mémo

Aromaticité → absorption UV ; phosphates ionisés → ADN négatif.

📖 3. Isomérisation et tautomérie des bases

★ À maîtriser

• La cytosine et l’adénine existent majoritairement sous la forme amino, à 99,9 %, et minoritairement sous la forme imino.

• La thymine et la guanine existent majoritairement sous la forme céto, à 99,9 %, et minoritairement sous la forme énol.

Compléments

📌 La transformation d’un groupement fonctionnel en un autre lors de la tautomérie modifie les groupements donneurs et accepteurs de liaisons hydrogène des bases.

💡 Astuce mémo

Adénine-cytosine : amino majoritaire ; thymine-guanine : céto majoritaire.

📖 4. Organisation de la double hélice

🔑 Notions clés & Définitions

• Liaison phosphodiester : Relie le groupement hydroxyle du carbone 3′ d’un nucléotide au groupement phosphate porté par le carbone 5′ d’un nucléotide adjacent.

★ À maîtriser

• En 1953, James Watson et Francis Crick ont proposé dans la revue Nature que l’ADN possède une structure en double hélice.

📌 Les deux brins d’ADN sont antiparallèles, l’un étant orienté 5′ vers 3′ et l’autre 3′ vers 5′, et ils s’apparient selon les règles A-T et G-C.

• Une paire G-C comporte trois liaisons hydrogène et est plus stable qu’une paire A-T, qui n’en comporte que deux.

• Dans la forme B de l’ADN, l’hélice est droite, comporte 10,4 paires de bases par tour, une distance de 0,34 nm entre paires de bases et un diamètre de 2 nm.

Compléments

• La forme B de l’ADN possède un grand sillon et un petit sillon, les bases étant plus accessibles aux protéines au niveau du grand sillon.

💡 Astuce mémo

5′→3′ face à 3′→5′, bases au centre, squelette à l’extérieur.

📖 5. Dénaturation et renaturation

🔑 Notions clés & Définitions

• Dénaturation : Séparation des deux brins par rupture des liaisons hydrogène qui associent les paires de bases.

★ À maîtriser

• La température de fusion Tm est la température à laquelle la moitié des molécules d’ADN est dénaturée.

📌 La Tm d’un ADN augmente lorsque son pourcentage de bases G-C augmente.

📌 La renaturation réassocie deux brins antiparallèles et complémentaires, tandis que l’hybridation désigne leur réassociation lorsqu’ils proviennent d’origines différentes.

Compléments

• Lors de la dénaturation, l’absorption de l’ADN à 260 nm augmente d’un facteur d’environ 1,4 par disparition de l’effet d’extinction entre les bases associées.

💡 Astuce mémo

Chaleur ou agents dénaturants → séparation des brins ; retour aux conditions initiales → renaturation.

📖 6. Nomenclature et interactions protéiques

★ À maîtriser

• La longueur d’un ADN double brin s’exprime en paires de bases (pb), en kilobases (kb) pour 1000 paires de bases et en mégabases (Mb) pour un million de paires de bases.

📌 Lorsqu’une séquence d’ADN est écrite sans indication des extrémités, la convention veut qu’elle soit orientée 5′ vers 3′.

📌 Les interactions non spécifiques entre protéines et ADN impliquent le squelette sucre-phosphate négatif, tandis que les interactions spécifiques impliquent des contacts avec des paires de bases déterminées.

Compléments

• Chez les eucaryotes, les histones établissent des interactions ioniques entre leurs acides aminés basiques positifs et le squelette sucre-phosphate négatif de l’ADN.

📌 Les protéines qui reconnaissent spécifiquement l’ADN interagissent généralement avec les paires de bases dans le grand sillon grâce à un domaine de liaison à l’ADN.

💡 Astuce mémo

Interaction non spécifique avec le squelette ; interaction spécifique avec les bases du grand sillon.

📖 7. Composition et dégradation de l’ARN

★ À maîtriser

📌 L’ARN contient du ribose et de l’uracile et est généralement simple brin, tandis que l’ADN contient du désoxyribose et de la thymine et forme généralement une double hélice.

• L’uracile diffère de la thymine par l’absence d’un groupement méthyle en position 5 et s’apparie avec l’adénine, mais peut aussi s’apparier avec la guanine dans certaines conditions.

• En milieu alcalin, le groupe 2′OH de l’ARN attaque le phosphore voisin, ce qui provoque le clivage de la chaîne et forme d’abord un phosphate cyclique rapidement hydrolysé en 2′ phosphate ou en 3′ phosphate.

Compléments

• Les ribonucléotides sont représentés par des abréviations de trois lettres, comme ATP, et l’ensemble des quatre ribonucléotides triphosphates est noté rNTP.

💡 Astuce mémo

ARN = ribose et uracile, contrairement à l’ADN = désoxyribose et thymine.

📖 8. Structures secondaires et tertiaires de l’ARN

🔑 Notions clés & Définitions

• Structure en tige boucle : Structure secondaire de l’ARN dans laquelle une région complémentaire appariée forme la tige et une région non appariée forme la boucle.
• Structure tertiaire de l’ARN : Résulte d’interactions à longue distance entre des éléments de structure secondaire et produit un repliement tridimensionnel important pour la fonction de certains ARN, comme les ARNt et les ARNr.

★ À maîtriser

• Les séquences complémentaires et antiparallèles d’un ARN simple brin peuvent s’apparier localement pour former des régions double brin adoptant une hélice de type A.

Compléments

• Le pseudo-nœud est une structure secondaire plus complexe de l’ARN que la structure en tige boucle.

💡 Astuce mémo

Une épingle à cheveux : tige appariée et boucle non appariée.

📊 Tableaux de synthèse

Comparaison ADN et ARN