STRUCTURE ET PROPRIETE DES ACIDES NUCLEIQUES
ADN : Acide Désoxyribonucléique
ARN : Acide ribonucléique
Les nucléotides
Après hydrolyse total des acides nucléiques, on obtient :
- des bases azotées (basique, faiblement soluble, absorbent dans les UV - 260nm - avec généralement 1UA=50µg d'acide nucléique et tautomérie -existence des bases sous deux formes énol ou céto dépendant du pH
- des pentoses (sucre)
- des acides ortho-phosphorique
Un nucléoside est l'union d'une base et d'un pentose à l'aide d'une liaison N-osidique (liaison covalente).
Un nucléotide est constitué d'une base azté, d'un pentose et d'un phosphate (ou bien d'un nucléoside et d'un phosphate). On distingue deux types de nucléotide. Les nucléotides 3'phosphate, ou le phosphate est fixé dur le OH du 3' carbone du pentose, ou les nucléotides 5'phosphate, ou le phosphate est fixé dur le OH du 5' carbone du pentose.
L'AMP cyclique est un nucléotide impliqué dans le declanchement de réponses hormonal secondaire (sur le figure, il faut rajouter la base A - je vous laisse devinez où :))
Les polynucléotides
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 du pentose.
Les nucléotides sont reliés entre eux par une liaison 3’5’ phosphoester.
C'est ce genre de liaison qui permet la création de l'ADN ou de l'ARN.
C'est ce genre de liaison qui permet la création de l'ADN ou de l'ARN.
L'ADN
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
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 a permis 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, et la double hélice d'ADN peut 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)
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.
Compactage de l'ADN et formation des chromosomes
La molécule d’ADN se fixe aux histones, ce qui forme la chromatine lorsque la cellule ne se divise pas.
En métaphase (division de la cellule), les molécules d’ADN s’organisent en chromosomes.
Pour cela, 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.
L'ARN
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.
Répartition et rôle
-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 : Ils transportent les acides aminé 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.
Propriétés des acides nucléiques
Solubilité
La présence de groupement phosphate dont les groupements hydroxyles 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 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.
Absorption des UV
Pour évaluer l’absorption de l’ADN, on effectue un balayage spectrale entre 220 et 300 nm.
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.
Dénaturation des acides nucléiques bicaténaire
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).
Etude 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.
Facteur influencant la Tm de l'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.
Hydrolyse
hydrolyse alkaline
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.
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.
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.
