Les pentoses (voir feuille) Acides ortho phosphorique Les constituants des acides nucléiques obtenus après hydrolyse partielle Les nucléosides





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date de publication18.04.2017
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STRUCTURE ET PROPRIETE DES ACIDES NUCLEIQUES

ADN : Acide Désoxyribonucléique

ARN : Acide ribonucléique



  1. Les constituants des acides nucléiques obtenus après hydrolyse totale
    1. Les bases azotées

      1. Définition et structure


- les bases puriques : qui dérivent du noyau purine : Adénine et Guanine

- les bases pyrimidiques : qui dérivent du noyau pyrimidine : Cytosine, Thymine et Uracile

      1. Propriétés des bases :


Les bases azotés sont : -faiblement soluble dans l’eau

-basique

-absorbent dans les UV à 260 nm environ. Chaque base présente un spectre caractéristique. Toute les bases ont généralement 2 maximums d’absorption (190-230 nm et 240-290 nm). Cette propriété permet de doser les acides nucléiques d’une solution :

1 unité d’absorbance = 50 µg d’acide nucléique

-tautomérie. Les bases peuvent exister sous 2 formes tautomères selon le pH : forme énol et forme céto

      1. Les pentoses (voir feuille)

      2. Acides ortho phosphorique





  1. Les constituants des acides nucléiques obtenus après hydrolyse partielle
    1. Les nucléosides

      1. Définition et structure


Un nucléoside résulte de l’union d’une base plus d’un pentose, avec formation d’une liaison N-osidique = liaison covalente.

1.1.1.1.Nomenclature




      1. Les nucléotides

1.1.1.2.Définition et structure


Nucléotide = base azoté + pentose + Pi

= nucléoside + Pi

1.1.1.3.Nomenclature


Nucléotide 3’ phosphate = P fixé sur le OH du 3’C du pentose

Nucléotide 5’ phosphate = P fixé sur le OH du 5’C du pentose
AMP cyclique (déclanchement hormonaux secondaire)



LES POLYNUCLEOTIDES
Les poly nucléotides résultent d’un enchaînement de nucléotide 5’ mono phosphate relié entre eux par une liaison ester.


Extrémité 5’P relié à une extrémité 3’OH.

Les nucléotides sont reliés entre eux par une liaison 3’5’ phosphoester.


  1. L’ADN
    1. Structure primaire


L’ADN est un polymère de plusieurs millions de nucléotides. Les nucléotides contiennent uniquement les base A,C,T et G, le pentose est le désoxyribose. Chaque groupement phosphate est relié au groupement hydroxyle en 3’ d’un désoxyribose et d’un groupement hydroxyle 5’ d’un autre désoxyribose. En général, on met l’extrémité 5’ en haut, avec un phosphate.

Représentation simplifier : pApCpApCpT

    1. Structure tridimensionnelle ou secondaire.


¤ Travaux réalisés en 1950 par Chargaff : détermination du coefficient de Chargaff.

(A+T)/(T+C)=1 soit A=T et C=G

Le coefficient est caractéristique d’une espèce.

¤La cristallographie aux rayons X permet de trouver la configuration spatiale.

¤Une molécule d’ADN est formé de 2 brins d’ADN

¤Les deux brins d’ADN sont reliés entre eux par des liaisons hydrogène au niveau des bases azotées. Les bases T et A et C et G sont complémentaires. L’ensemble de 2 bases s’appelle aussi paire de bases. Les deux brins d’ADN sont antiparallèles : ils sont orientés en sens inverse (5’>3’ et 3’>5’)

¤La molécule d’ADN bicaténaire à la forme d’une hélice (double hélice). Il y a différents type d’hélice : c’est la conformation. Ils peuvent adopter plusieurs conformations tridimensionnels et passé réversiblement de l’une à l’autre de ces formes.

-conformation A : hélice droite

Elle a un diamètre de 2 nm. Le pas de l’hélice est de 3,4nm (10 paires de bases pour un tour complet). C’est la configuration la plus fréquente.

-conformation B :

Sa configuration ressemble à la configuration A, mais elle est plus lâche.

-hélice Z : hélice gauche

Certaines bases sont méthylées. Des groupements CH3 sont greffés sur certaines bases.


Formes relâchées ou super enroulées de l’ADN.

In vivo, la molécule d’ADN bicaténaire est souvent circulaire, fermé par une liaison covalente (bactérie, mitochondrie). Elle de trouve soit :

-sous la forme relâchée

-soit sous forme super enroulée (positivement ou négativement)

Voire schéma 5

Le passage des différentes formes est contrôlé par des enzymes appelés topo isomérases.
- Topo isomérase 1 :

Elle coupe 1 seul des 2 brins de la molécule d’ADN sous forme super enroulé positivement. Ca permet l’accès au enzyme pour se fixer sur l’ADN.

- Topo isomérase 2 :

Elle coupe les 2 brins et induit un super enroulement négatif à partir de la forme relâchée. Les formes super enroulées sont vrillées, ce qui permet un compactage moléculaire.

    1. Compactage de l’ADN et formation des chromosomes.


La molécule d’ADN se fixe aux histones >chromatine

Lorsque la cellule ne se divise pas, les molécules d’ADN et les histones forment la chromatine. En métaphase, les molécules d’ADN s’organisent en chromosomes.

La molécule d’ADN s’enroule régulièrement autour d’une structure protéique formée de 8 histones : nucléosome. La condensation de cette structure donne un nucléo filament de chromatine.

Le compactage d’un nucléo filament permet la formation d’un chromosome, formé de 2 chromatines identiques.




  1. L’ARN
    1. Structure


-structure primaire :

Généralement, l’ADN est mono caténaire, la thymine est remplacée par l’uracile. Le pentose est le ribose. Le brin est toujours orienté 5’>3’.

-structure tridimensionnel ou secondaire :

Il peut former des boucles grâce à la formation de liaison hydrogène intrachaine.

    1. Répartition et rôles


-ARNr (ribosomique) : cet ARN est lié à des protéines pour former des ribosomes.



Les ribosomes interviennent dans la synthèse des protéines.

-ARNm (messager) : il est synthétisé à partir d’une molécule d’ADN. Il est lu par les ribosomes pour donner une protéine.

-ARNt (transfert, voire schéma p7) : Ils transportent les AA jusqu’à l’ARNm pour permettre la synthèse des protéines.
Remarque : On trouve de l’ARN chez certain virus comme support de l’information génétique.


  1. Propriétés des acides nucléiques
    1. La solubilité


La présence de groupement phosphate dont les groupements hydroxyles sont sous forme ionisés donne un caractère acide à ses acides nucléiques. De ce fait, ils sont solubles dans l’eau.

La présence dans l’eau de sel dissout plus de l’ADN entraîne une neutralisation des charges négatives des groupements phosphates. On obtient la formation de sel d’ADN ou d’ARN. Les sels d’ADN ou d’ARN précipitent, et peuvent donc être récupérés. On peut les récupérer après centrifugation. On obtient le même résultat avec un traitement à l’alcool à chaud.

Remarque : Dans les cellules, les charges négatives de l’ADN sont neutralisées par les charges positives portées par les histones.

    1. Absorption de la lumière UV


Pour évaluer l’absorption de l’ADN, on effectue un balayage spectrale entre 220 et 300 nm (page 6).

Grâce à la présence de bases azotées, les acides nucléiques absorbent la lumière.

Exp. : On suit l’absorbance d’une solution d’ADN monocaténaire et d’une solution bicaténaire en fonction de la longueur d’onde entre 220 et 300 nm. On obtient la courbe A=f(lambda) qui est appelé spectre d’absorption.

Analyse : Les deux solutions d’ADN présente le maximum d’absorption à la longueur d’onde de 260 nm (longueur d’onde maximum des bases azotées). Pour une longueur d’onde donnée, l’ADN monocaténaire absorbe plus que l’ADN bicaténaire. Ce phénomène est appelé hyperchromie. Dans l’ADN double brin, les bases sont masquées ou se chevauchent, il se produit un phénomène de quenching. Alors que dans l’ADN simple brin il n’y a pas de structure qui cache les bases, le quenching est moins important, donc l’absorbance est plus importante.

    1. Dénaturation des acides nucléiques bicaténaire

      1. Définition


La dénaturation d’une molécule est la perte de sa structure tridimensionnelle sans altération de la structure primaire. Il s’agit pour une molécule d’ADN double brins de la rupture des liaisons hydrogène entre les bases : on obtient de l’ADN monocaténaire. On peut obtenir une dénaturation de l’ADN par des moyens physiques (température, pH extrême) et des moyens chimiques (utilisation de l’urée).

      1. Étude expérimentale


Exp. : on chauffe une solution d’ADN bicaténaire à différentes températures. On suit l’absorbance de cette solution pour chacune de ces températures : on peut construire une courbe A=f(T°C de traitement). Cette courbe est appelée courbe de dénaturation thermique de l’ADN (p6)

Observation : l’absorbance de l’ADN augmente avec la température :

  • de 75 à 80°C, l’absorbance augmente peu avec la température

  • de 80 à 85°C, l’absorbance augmente rapidement

  • Au cela de 85°C, l’absorbance augmente moins vite.

L’ADN mono caténaire présente une absorption plus importante qu’un ADN bicaténaire. Ces résultats traduisent une perte de la structure bicaténaire. L’ADN est dénaturé par le chauffage par rupture des liaisons hydrogènes. La courbe a une allure de sigmoïde. Elle traduit un effet coopératif, c'est-à-dire qu’il y a un effet d’amplification de la dénaturation lorsque l’ADN commence à être dénaturé.

Le point d’inflexion de cette courbe correspond, sur l’axe des abscisses, au Tm, qui correspond à la température de fusion de l’ADN.

Tm d’une molécule d’ADN : c’est la température moyenne pour laquelle la moitié de cet ADN est dénaturé.

Remarque : le phénomène de dénaturation s’accompagne d’une diminution de la viscosité de la solution.

      1. Facteur influencent la Tm d’un ADN


-influence du nombre de liaisons hydrogène :

*composition en bases azotées. La Tm augmente avec le nombre de base C et G :

Tm=69,3+0,41(C+G)

*présence de misapariement (erreur dans l’ADN) : 1% de misapariement entraîne une réduction de 1°C de la Tm.

*longueur du fragment s’applique jusqu’à 100-120 paires de bases.

-influence de la composition du milieu :

* force ionique : l’augmentation de la concentration en ions monovalents augmentent la Tm. Cet effet des ions sur la stabilité de la molécule d’ADN est appelé stringente. Une solution très diluée de force ionique faible est plus stringente qu’une solution concentrée de force ionique élevée.

*agents dénaturants : formamide, urée… ces composés abaissent fortement la Tm.

*pH : à pH alcalin, l’ADN est dénaturé.

      1. renaturation de l’ADN (voir doc p6)

    1. Hydrolyse

      1. Hydrolyse alcaline (voir doc p6)


Elle ne va être efficace que sur l’ADN simple brin. Elle va libérer les nucléotides, en mélangeant les nucléotide 2’monophosphate et 3’monophosphate.

      1. Hydrolyse acide


on peut la faire sur l’ADN, l’ARN simple brin ou double brin, et on libère les bases azotées. Le traitement acide doit être à chaud.

      1. Hydrolyse enzymatique


Les enzymes qui coupent les acides nucléiques sont appelés des nucléases. Elle coupe les liaisons phosphodiester, uniquement sur les acides nucléiques linéaire.

On distingue 2 types de nucléases :

-les exonucléases : elles coupent le bout des chaînes sans spécificité de base.

-les endonucléases : elles coupent les liaisons interne.

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