Fiche de révision : Structure et propriétés des acides nucléiques

📋 Plan du Cours

1. Organisation des polynucléotides
2. Propriétés physicochimiques et hydrolyse
3. Repères historiques et architecture de l’ADN
4. Complémentarité et double hélice
5. Conformation et super-enroulement
6. Dénaturation et renaturation de l’ADN

📅 Repères chronologiques

1. 1919Phoebus Levene identifie les constituants des nucléotides : une base, un ose et un groupe phosphate.
2. 1944Oswald Avery, Colin Munro MacLeod et Maclyn McCarty montrent que l’ADN est le support moléculaire de l’information génétique.
3. 1953Francis Crick et James Dewey Watson élucident la structure de l’ADN à partir de données expérimentales de Rosalind Franklin et Maurice Wilkins.

📖 1. Organisation des polynucléotides

🔑 Notions clés & Définitions

• Polynucléotide : Enchaînement de mononucléotides unis par des liaisons phosphodiesters.
• Polarité des acides nucléiques : Résulte de l’orientation identique des liaisons phosphodiesters et distingue une extrémité 5′P d’une extrémité 3′OH.

★ À maîtriser

• Dans un acide nucléique, le groupement 5′-phosphate d’un nucléotide s’unit au groupement 3′OH du nucléotide précédent par une liaison phosphodiester, avec élimination d’une molécule d’eau.

Compléments

• Les squelettes covalents de l’ADN et de l’ARN alternent des résidus phosphates et des pentoses, tandis que les bases sont des groupements latéraux régulièrement espacés.

💡 Astuce mémo

Un squelette alternant sucre-phosphate porte les bases comme des groupes latéraux.

📖 2. Propriétés physicochimiques et hydrolyse

★ À maîtriser

📌 Les bases puriques et pyrimidiques sont hydrophobes et peu solubles dans l’eau au pH cellulaire, tandis que les nucléotides et les acides nucléiques sont polaires et solubles dans l’eau.

• Toutes les bases, les nucléosides, les nucléotides et les acides nucléiques absorbent les ultraviolets à 260 nm, ce qui permet leur repérage et leur dosage.

📌 Les ribonucléases hydrolysent spécifiquement les ARN, les désoxyribonucléases hydrolysent spécifiquement les ADN, les exonucléases agissent depuis les extrémités 5′ ou 3′ et les endonucléases agissent à l’intérieur des chaînes.

Compléments

📌 Les liaisons phosphodiester sont hydrolysées dans des solutions acides, par exemple en présence de HCl.

💡 Astuce mémo

Bases hydrophobes et peu solubles, acides nucléiques polaires et solubles.

📖 3. Repères historiques et architecture de l’ADN

🔑 Notions clés & Définitions

• ADN : Molécule bicaténaire en double hélice, chaque chromosome étant formé d’une seule molécule.

💡 Astuce mémo

Levene → Avery, MacLeod et McCarty → Watson et Crick.

📖 4. Complémentarité et double hélice

★ À maîtriser

📌 Dans les acides nucléiques, l’adénine s’associe spécifiquement à la thymine dans l’ADN ou à l’uracile dans l’ARN, tandis que la guanine s’associe à la cytosine.

• Les paires A-T ou A-U sont unies par 2 liaisons hydrogène, tandis que les paires C-G sont unies par 3 liaisons hydrogène.

📌 Les deux brins de l’ADN sont antiparallèles et complémentaires : chacun possède une séquence différente, mais l’appariement des bases permet la copie de l’information génétique.

Compléments

• Dans la double hélice, les bases hydrophobes sont orientées vers l’intérieur et les résidus phosphorylés polaires vers l’extérieur, au contact de la phase aqueuse.

💡 Astuce mémo

A-T forme 2 liaisons hydrogène, tandis que C-G en forme 3.

📖 5. Conformation et super-enroulement

🔑 Notions clés & Définitions

• Super-enroulement négatif : Supertours formés dans le sens contraire de l’enroulement de l’hélice ; il augmente l’accessibilité de l’ADN et emmagasine une énergie facilitant la séparation des brins.
• Topo-isomérases : Enzymes qui contrôlent le super-enroulement de l’ADN en le coupant puis en rétablissant sa continuité.

★ À maîtriser

• La conformation courante de l’ADN est une hélice droite dont la structure se répète tous les 10 nucléotides sur un pas de 3,4 nm et forme un grand sillon et un petit sillon.

• Les interactions entre les protéines et l’ADN s’effectuent principalement au niveau du grand sillon, où les bases sont particulièrement accessibles.

Compléments

• La gyrase bactérienne peut faire ou défaire 100 supertours par minute, et les quinolones ainsi que les anthracyclines sont des inhibiteurs de topo-isomérases utilisés respectivement en thérapeutique antibactérienne et anticancéreuse.

💡 Astuce mémo

Super-enroulement négatif → accessibilité accrue et séparation facilitée des brins.

📖 6. Dénaturation et renaturation de l’ADN

📝 Points essentiels

• La dénaturation de l’ADN est la séparation de ses deux brins par rupture des liaisons hydrogène sous l’effet d’un chauffage, d’une diminution de la force ionique ou d’un pH très acide ou basique.

📌 La température de fusion Tm augmente avec le pourcentage de paires GC, car les paires GC possèdent 3 liaisons hydrogène contre 2 pour les paires AT.

• La dénaturation de l’ADN augmente son absorption optique à 260 nm, phénomène appelé effet hyperchrome.

• Lorsque la température baisse progressivement sous la Tm, les deux brins d’ADN peuvent se réapparier selon la complémentarité des bases, phénomène appelé renaturation ou hybridation.

💡 Astuce mémo

Chauffage ou pH extrême → dénaturation ; refroidissement progressif → renaturation.

📊 Tableaux de synthèse

Appariement des bases