II- 10 -Structure et propriétés des acides nucléiques Flashcards
Nucléotides
- résulte de la condensation d’une base azotée et d’un pentose par l’acide phosphorique.
- association bas azotée + pentose est appelée nucléoside
- nucléoside = base azotée + pentose
BASE AZOTEE
- purines (2 cycles) : adénine et guanine
- pyrimidines (1 cycle) : cytosine, uracile, thymine
☞ uracile spécifique de l’ARN
☞ thymine (dérivé méthyle de l’uracile) spécifique de l’ADN
PENTOSE
- ribose dans l’ADN et de son dérivé le 2-désoxyribose dans l’ADN
- liaison avec la base est le type N-osidique entre le carbone 1 (carbone anomérique) du furanose en conformation β et l’azote N1 des bases pyrimidines et N9 des bases purines.
ESTERIFICATION DES NUCLEOSIDES
- Les esters de phosphate des nucléosides sont appelés nucléotides.
- La liaison entre le pentose et le phosphate est appelée liaison phosphodiester.
- La phosphorylation peut concerner un ou plusieurs hydroxydes de l’ose. Le groupe ester-phosphate peut être engagé
- soit avec d’autres molécules d’acide phosphoriques (ADP, ATP)
- soit avec un autre acide
☞ La liaison entre les acides phosphoriques est de type anhydride d’acide.
Bases → Nucléoside
- adénine → adénosine
- guanine → guanosine
- gracile → uridine
- cytosine → cytidine
- thymine → thymidine
Acides nucléiques : structure
- résultent d’un enchaînement de nucléotides reliés entre eux par des liaisons esters
Les polynucléotides biologiques sont
• l’ADN = acide désocyribonucléique : support de l’information génétique
• l’ARN = acide ribonucléique : affecter de l’expression de l’ADN en peptides et protéines et/ou régulateurs de cette expression
Les acides nucléique sont des enchaînement de nucléosides 5’-phosphate par liaison ester (pont phosphodiester)
- l’ADN est composé de 2-desoxyribose et des bases A, G, C, T (bases pouvant être méthylées)
- ARN est composé de ribose et des bases A, C, G, U
La taille des acides nucléiques est exprimée en 3 unités selon l’usage
- longueur
- masse moléculaire en daltons
- nombre de nucléotides ou bases pour les molécules simple brin et en nombre de paires de bases pour les molécules double brin
La chaîne est sectorisée : elle est écrite de gauche à droite, dans le sens 5’P → 3’OH. C’est le sens dans lequel les séquences d’acides nucléiques sont utilisée pour la transcription et l traduction. On désigne “structure primaire” l’enchainement linéaire des désoxyribonucléotides de l’ADN ou brin d’ADN.
Structure spatiale de l’ADN
Les molécules d’ADN présentent les caractéristiques suivantes
- quelle que soit l’origine de l’ADN, le nombre de purines est toujours égal au nombre de pyrimidines
→ règle de Chargaff
- forment des doubles hélices bicaténaires dont les bases complémentaires et les deux chanoines antiparallèles. Les enchaînement oses-phosphates forment des squelettes hék-licoïdaux parallèles extérieurs, les plans des oses étant presque perpendiculaires au plan des bases.
Chacune des bases d’une chaîne est appariée à sa base complémentaire de l’autre chaine par des liaisons hydrogènes (2 liaisons hydrogènes entre A et T et 3 liaisons hydrogène entre c et T), les 2 bases étant situées dans un même plan.
Les deux bases appariées sont à l’intérieur du cylindre de l’hélice? cette double hélice est caractérisée par son axe principale, le sens d’enroulement et le pas. Deux sillons d’ouverture et de profondeur différentes vont alterner sur les flancs de la double hélice.
Conformation B : forme principale native dans les conditions physiologiques : modèle de Watson et Crick
Conformation A : plus compacte, la teneur en eau d’une solution est diminuée (cristallisation). ce changement est réversible. Cette conformation est trouvée in vivo dans certaines spores bactériennes formées en réponse à la dessication du milieu et les hybrides d’AD?-ARN qui se forment transitoirement à l’amorce de la réplication
Conformation Z : présente dans de rares et courtes régions de l’ADN
Propriétés des acides nucléiques
• Solubilité et charge
- Les bases sont faiblement solubles dans l’eau et peuvent exister sous 2 formes tautomères en fonction du pH : forme énol ou forme cétone.
- Les groupements phosphates et hydroxydes ionisés confèrent des propriétés acides solubles dans l’eau.
- Les acides nucléiques dans une solution dont le pH est voisin du pH physiologique sont des polymères chargés négativement, charges dont la contribution est uniquement due aux groupements phosphates et est directement proportionnelle à leur longueur.
☞ Cette propriété est utilisée pour les séparer par électrophorèse.
• Précipitation L'ADN est soluble dans l'eau mais insoluble dans les solvants organiques (alcool) Les alcools, et en particulier l'éthanol, précipitent donc les molécules d'ADN sous forme d'agglomérat de longues fibres. La densité des molécules d'ADN est telle qu'on peut les séparer par ultracentrifugation dans des gradients de densité (chlorure de césium). • Hydrolyse La dégradation d'un polynucléotide peut être chimique ou enzymatique
→ hydrolyse chimique acide : affectant les ADN et les ARN.
La dégradation du squelette phosphodiester est obtenue dans des conditions drastiques auxquelles ne résistent pas les autres liaisons. Dans des conditions douces (pH =4), seules les liaisons N-osidiques avec les purines sont hydrolysées.
→ hydrolyse chimique alcaline, affectant différemment ARN et ADN
Les ADN résistent au pH basique (sauf si ADN simple brin) alors que les aRN sont totalement hydrolysée en ribonucléotides en quelques minutes à 37°C
→ Hydrolyse enzymatique : par phosphodiestérase spécifique appelées nucléaires.
Ces enzymes sont classées par leur mode d’attaque de la chaîne et de leur spécificité de substrat.
• Dénaturation des acides nucléiques bicaténaires = perte de sa structure tridimensionnelle sans altération de sa structure primaire. Obtenue par rupture des liaisons hydrogène entre les bases, par des moyens physiques (température, pH extrême) ou chimique (utilisation de l'urée). Le phénomène de dénaturation s'accompagne d'une diminution de la viscosité de la solution.
La température moyenne pour laquelle la moitié d’un ADN est dénaturé est appelé Tm. Cette température est dépendante
- de la force ionique et le pH du milieu (elle diminue lorsque la force ionique augmente).
- du pourcentage de bases G/C (plus élevée si le % est élevé, phénomène dû au nombre de liaisons hydrogène)
- de la présence de mésappariements (1% de mésappariement entraîne une réduction de 1°C de la Tm)
- de la longueur du fragment s’applique jusqu’à 100-120 paires de bases)• Absorption de la lumière UV
Grâce à la présence de bases azotées les acides nucléiques absorbé la lumière. Les solutions d’ADN présentent un maximum d’absorption à 260 nm.
Le spectre d’absorption de l’ADN natif n’est pas identique à celui du même ADN dénaturé (qui absorbe plus). Cette propriété est appelée “effet hyper chrome ou hyperchromicité” de l’ADN natif, par opposition à l’effet “quenching” des molécules double brin.
Répartition et rôles des ARN
- ARN messagers = ARNm
synthétisés à partir d’une molécule d’ADN (phénomène de transcription), ils sont lus par les ribosomes pour donner une protéine. Ils véhiculent l’information génétique du noyau cellulaire au cytoplasme, constituant l amatrice pour la traduction d’un gène. - ARN ribosomaux = ARNr
Constituants structurels et fonctionnels des ribosomes - ARN de transfert = ARNt
participent à la traduction faisant le lien entre les acides nucléiques et les protéines. Ils permettent la reconnaissance grâce à leur anticodon des codons déterminés de l’ARNm par appariement de bases et comportent à leur extrémité l’acide aminé correspondant. - small nuclear RNA = ARNsn
participent à l’épiage des précurseurs des ARNm - autres ; ARN de la télomérase, micro-ARN, ARN du nucléole
ARN : structure
Le squelette d’une molécule d’ARN tend à former spontanément une hélice simple droite irrégulière.
Les conformations stabilisantes sont des régions en double hélice “tiges” dont la conformation est proche de celle de la conformation A de l’ADN - que l’on retrouve dans des régions où deux segments distants du même brin d’ARN présentent une complémentarité suffisante (nombre d’appariement < 3). ce type de conformation implique des structures secondaires non appariées de type “épingle à cheveux”.
Ces différents motifs sont retrouvés dans les ARN ribosomiques et les ARN de transfert.
