Biochimie : acides nucléiques, réplication, transcription et traduction : fiche de révision
Structure de l'ADN et de l'ARN, réplication semi-conservative, maturation des ARNm, code génétique et ribosome : la fiche QCM de biologie moléculaire du PASS.
1Structure de l'ADN et de l'ARN
Un nucléotide associe une base azotée, un pentose et un ou plusieurs phosphates ; sans phosphate, c'est un nucléoside. Les purines (adénine, guanine) ont deux cycles, les pyrimidines (cytosine, thymine, uracile) un seul. L'ADN contient du désoxyribose et de la thymine, l'ARN du ribose (avec un OH en 2') et de l'uracile. Les nucléotides sont reliés par des liaisons phosphodiester entre le 3'-OH de l'un et le 5'-phosphate du suivant : chaque brin est orienté, de l'extrémité 5' phosphate vers l'extrémité 3'-OH.
L'ADN est une double hélice (Watson et Crick, 1953) formée de deux brins antiparallèles et complémentaires : A s'apparie avec T par deux liaisons hydrogène, G avec C par trois. D'où les règles de Chargaff : autant de A que de T, autant de G que de C, donc autant de purines que de pyrimidines. Un ADN riche en GC est plus stable et sa température de fusion (Tm) est plus élevée. Dans le noyau, l'ADN s'enroule autour d'octamères d'histones (deux exemplaires de H2A, H2B, H3 et H4) pour former les nucléosomes, unités de base de la chromatine ; l'histone H1 se place entre les nucléosomes. Trois grands types d'ARN participent à l'expression des gènes : messager (ARNm), de transfert (ARNt) et ribosomique (ARNr).
2La réplication de l'ADN
La réplication a lieu en phase S. Elle est semi-conservative (expérience de Meselson et Stahl, 1958) : chaque molécule fille garde un brin parental et reçoit un brin néosynthétisé. Elle démarre à des origines de réplication et progresse dans les deux sens (bidirectionnelle). L'hélicase sépare les deux brins, des protéines stabilisent l'ADN simple brin, les topoisomérases relâchent les contraintes de torsion. Les ADN polymérases ne savent pas commencer une chaîne : la primase synthétise une courte amorce d'ARN qui fournit le 3'-OH nécessaire.
Les ADN polymérases synthétisent uniquement dans le sens 5' → 3', en lisant le brin matrice de 3' vers 5'. Conséquence : à chaque fourche, un brin est synthétisé en continu (brin précoce ou avancé) et l'autre de façon discontinue (brin tardif ou retardé), par fragments d'Okazaki. Les amorces d'ARN sont ensuite retirées et remplacées par de l'ADN, puis l'ADN ligase soude les fragments. La fidélité repose sur l'activité exonucléasique 3' → 5' des polymérases, qui corrige les erreurs d'appariement (relecture). Aux extrémités des chromosomes linéaires, la télomérase, une transcriptase inverse qui porte sa propre matrice d'ARN, allonge les télomères ; elle est active dans les cellules germinales et souches et dans la plupart des cancers.
3Transcription, maturation et traduction
L'ARN polymérase synthétise l'ARN dans le sens 5' → 3', sans amorce, en lisant le brin matrice de 3' vers 5' : l'ARN a donc la séquence du brin codant, avec U à la place de T. Chez les eucaryotes, l'ARN polymérase II transcrit les gènes codant les protéines, à partir d'un promoteur reconnu grâce aux facteurs de transcription. Le transcrit primaire subit trois maturations dans le noyau : ajout d'une coiffe en 5' (7-méthylguanosine), ajout d'une queue poly-A en 3', et épissage, qui excise les introns et raboute les exons. L'épissage alternatif permet à un gène de donner plusieurs protéines. Chez les procaryotes, pas de noyau : transcription et traduction sont couplées.
Le code génétique fait correspondre un codon de trois nucléotides à un acide aminé. Sur 64 codons, 61 codent un acide aminé et 3 sont des codons stop (UAA, UAG, UGA) ; AUG est le codon d'initiation et code la méthionine. Le code est dégénéré (plusieurs codons pour un même acide aminé), non chevauchant et quasi universel. Le ribosome (80S chez les eucaryotes : sous-unités 60S et 40S ; 70S chez les procaryotes : 50S et 30S) lit l'ARNm de 5' vers 3' et assemble la protéine de l'extrémité N-terminale vers l'extrémité C-terminale. Chaque ARNt porte un anticodon et son acide aminé, fixé à l'extrémité 3' par une aminoacyl-ARNt synthétase. La traduction se déroule en trois temps : initiation, élongation, terminaison.
4Pièges de QCM et méthode
Les pièges qui reviennent : « l'ADN polymérase synthétise dans le sens 3' → 5' » (faux : toujours 5' → 3', c'est la lecture de la matrice qui se fait de 3' vers 5') ; « A et T sont unis par trois liaisons hydrogène » (faux : deux ; trois pour G et C) ; « l'ARN polymérase a besoin d'une amorce » (faux) ; « les exons sont éliminés par l'épissage » (faux : les introns) ; « un codon peut coder plusieurs acides aminés » (faux : le code est dégénéré, pas ambigu) ; « la réplication est conservative » (faux : semi-conservative) ; « le ribosome eucaryote est 70S » (faux : 80S). Les valeurs en S ne s'additionnent pas : 60S + 40S donne 80S.
Méthode PASS : pour chaque processus, remplis la même grille : matrice, enzyme principale, sens de synthèse, besoin d'amorce, produit, lieu dans la cellule. Dessine une fourche de réplication en orientant chaque brin, puis un gène eucaryote avec promoteur, exons, introns et ARNm mature. Entraîne-toi à écrire le brin complémentaire et l'ARN à partir d'une séquence, puis valide avec des QCM chronométrés et un cahier d'erreurs.
Définitions à connaître par cœur
Quiz : teste-toi sur biochimie : acides nucléiques, réplication, transcription et traduction
8 questions corrigées. Réponds avant d'ouvrir la correction !
1. Les ADN polymérases synthétisent l'ADN…
- A.dans le sens 3' → 5'
- B.dans les deux sens selon le brin
- C.sans avoir besoin d'amorce
- D.dans le sens 5' → 3'
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Réponse : D. dans le sens 5' → 3'
La synthèse se fait toujours de 5' vers 3', à partir du 3'-OH d'une amorce, en lisant la matrice de 3' vers 5'.
2. Combien de liaisons hydrogène unissent G et C ?
- A.1
- B.3
- C.2
- D.4
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Réponse : B. 3
Trois liaisons hydrogène entre G et C, deux entre A et T : un ADN riche en GC est plus stable.
3. Si un ADN double brin contient 30 % d'adénine, il contient…
- A.20 % de guanine
- B.30 % de guanine
- C.40 % de cytosine
- D.70 % de thymine
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Réponse : A. 20 % de guanine
A = T = 30 %, il reste 40 % pour G + C, soit 20 % de guanine et 20 % de cytosine (règles de Chargaff).
4. Lequel de ces codons est un codon stop ?
- A.AUG
- B.UGG
- C.UAA
- D.GUA
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Réponse : C. UAA
Les trois codons stop sont UAA, UAG et UGA ; AUG est le codon d'initiation (méthionine).
5. L'épissage consiste à…
- A.ajouter une coiffe en 5'
- B.exciser les introns et relier les exons
- C.éliminer les exons du transcrit
- D.traduire l'ARNm en protéine
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Réponse : B. exciser les introns et relier les exons
Les introns sont excisés et les exons raboutés ; la coiffe et la queue poly-A sont deux autres maturations.
6. L'expérience de Meselson et Stahl a montré que la réplication est…
- A.conservative
- B.dispersive
- C.unidirectionnelle
- D.semi-conservative
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Réponse : D. semi-conservative
Chaque molécule fille contient un brin parental et un brin néosynthétisé.
7. Le ribosome lit l'ARNm…
- A.de 5' vers 3', la protéine s'allongeant de N-terminal vers C-terminal
- B.de 3' vers 5', la protéine s'allongeant de N-terminal vers C-terminal
- C.de 5' vers 3', la protéine s'allongeant de C-terminal vers N-terminal
- D.dans un sens variable selon le gène
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Réponse : A. de 5' vers 3', la protéine s'allongeant de N-terminal vers C-terminal
Lecture de l'ARNm de 5' vers 3' et synthèse protéique de l'extrémité N-terminale vers l'extrémité C-terminale.
8. Chez les eucaryotes, les ARNm sont transcrits par…
- A.l'ARN polymérase I
- B.la primase
- C.l'ARN polymérase II
- D.la télomérase
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Réponse : C. l'ARN polymérase II
L'ARN polymérase II transcrit les gènes codant les protéines ; la primase synthétise les amorces de la réplication.
Questions fréquentes
Pourquoi existe-t-il un brin précoce et un brin tardif ?
Parce que les deux brins sont antiparallèles et que les ADN polymérases ne synthétisent que de 5' vers 3'. Un brin peut être copié en continu dans le sens d'ouverture de la fourche, l'autre doit l'être à reculons, par fragments d'Okazaki.
Quelle différence entre brin codant et brin matrice ?
Le brin matrice est celui que lit l'ARN polymérase, de 3' vers 5'. Le brin codant est son complémentaire : il a la même séquence que l'ARN produit, avec T à la place de U.
Que signifie « le code génétique est dégénéré » ?
Que plusieurs codons différents peuvent coder le même acide aminé (61 codons pour 20 acides aminés). En revanche, un codon donné ne désigne qu'un seul acide aminé : le code n'est pas ambigu.
Comment réviser la biologie moléculaire en PASS ?
Compare réplication, transcription et traduction dans un même tableau, refais les schémas en orientant les brins, puis enchaîne des QCM chronométrés générés depuis ton cours. Chaque erreur de sens 5' et 3' mérite une flashcard.