Introduction

Acides nucléiques : historiquement mis en évidence dans le noyau. On retrouve l’ADN dans le noyau, les mitochondries, et les chloroplastes. L’ARN est lui présent dans le cytoplasme.
Ces acides nucléiques sont constitués de monomères ou nucléotides. Il existe aussi des nucléotides libres (ATP, ADP, AMP_cyclique).

I. Les nucléotides

I.A. Les constituants des nucléotides

Nucléotides = Base + Pentose + Acide Phosphorique

I.A.1. L'acide phosphorique

C’est un triacide PO4H3 souvent ionisé en fonction du pH PO43-.

I.A.2. Les pentoses

Le ribose On le retrouve dans les ARN et les nucléotides libres non liés. βD ribofuranose
Le désoxyribose (présent dans l’ADN) 2’ désoxy βD ribofuranose

I.A.3. Les bases azotées

I.A.3.a. Les bases puriques

L’adénine
La guanine Possibilité de créer des liaisons hydrogène avec d’autres molécules.

I.A.3.b. Les bases pyrimidiques

Elles dérivent de la pyrimidine.
L’uracile et la cytosine → ARN
La cytosine et la thymine → ADN

La cytosine
La thymine
L’uracile

On trouve dans les ADN et les ARN d’autres bases qui résultent de modifications des 5 bases suscitées. Ces modifications sont postérieures à leur incorporation dans les ADN ou les ARN. On les appelle les bases mineures.

I.B. Structure d'un nucléotide

I.C. Les nucléotides non intégrés dans les acides nucléiques

 

I.C.1. Formes polyphosphorées

Ces molécules interviennent dans le métabolisme énergétique. Elles permettent aussi des transferts d’acide phosphorique (cf. respiration).

I.C.2. Formes mono phosphorées cycliques

AMPc Acide adénosine mono phosphate cyclique C’est le 2ème messager hormonal intracellulaire. GMPc Guanosine mono phosphate cyclique

I.C.3. Les coenzymes

Ils sont nécessaires à l’action des enzymes.
NAD⁺ Nicotinamide Adénosine dinucléotide (mitochondries, glycolyse).

FAD Flavine adénine dinucléotide Le FAD intervient dans le cycle de Krebs.

II. Séquence des nucléotides dans les acides nucléiques : Structure I

II.A. Liaisons entre nucléotides

Orientation : 5'UACG3' = pUACG Cas des désoxyriboses : pdAdCdGdAdC

II.B. Le séquençage

III. Structure d'ordre supérieur de l'ADN

III.A. Structure secondaire

III.A.1. Caractérisation de la molécule d'ADN

Elle est constituée de 4 désoxyribonucléotides (dGMP, dCMP, dAMP, dTMP).
Chargaff →            A = T (même nombre)
                              C = G (même nombre)
En solution, les ADN sont visqueux, ce qui indique que la molécule est étirée, assez rigide et qu’il s’agit d’une macro-molécule. Après chauffage, on s’aperçoit que la viscosité diminue de moitié → ADN composé de 2 sous unités unies par des liaisons faibles (non covalentes). Les images de diffraction aux rayons X montraient deux périodicités de structure. Une de 0,34 nm, et l’autre de 3,4 nm (1950). En 1953, Watson et Crick proposent le modèle moléculaire de l’ADN.

III.A.2. Le modèle de Watson et Crick 1953

L’ADN est formé de 2 chaînes de polynucléotides en disposition antiparallèle.
       5’-----------------------3’
       3’-----------------------5’
Ces 2 chaînes sont enroulées en hélice autour d’un axe central. Les bases puriques et pyrimidiques sont situées au centre alors que la structure covalente Acide Phosphorique – Pentose est à l’extérieur. La disposition des bases suit la règle A – T et C – G. On trouve face à face une base purique et une base pyrimidique. Mais il y a un problème d’encombrement, compensé par des liaisons hydrogène.
Double liaison hydrogène entre A = T
Triple liaison hydrogène entre C ≡ G
Ce sont ces liaisons faibles qui assurent la cohésion. Ces couples de bases sont superposés à l’intérieur de la molécule or ce sont des cycles plans (doubles liaisons)qui sont maintenus par des réactions hydrophobes (attraction des bases entre elles). La distance entre chaque nucléotide est de 0,34 nm (diffraction rayons X). Dans un tour de spire, on trouve 10 nucléotides 3,4 nm (périodicité majeure observée). Ce modèle a eu un grand succès car il explique les faits d’observation. C’est aussi un modèle prédictif dans la génétique. Il prédit la réplication de l’information génétique par une réplication par complémentarité des bases. Un modèle permet de prévoir les résultats d’une expérience.

III.B. Structures d'ordre supérieur

On observe des différences entre les eucaryotes, les procaryotes et les virus.
Eucaryotes

• ADN noyau
  
  • Interphase
    
  • Division
    
• ADN organites
  
  • Mitochondrie
    
  • Chloroplaste

III.B.1. Chez les eucaryotes

III.B.1.a. L'ADN du noyau

• A l’interphase

Il est présent sous forme de double hélice associée à des protéines (histones = nucléoprotéines). Les histones sont basiques (chargées positivement). Associé à l’ADN, on peut avoir des enzymes : ARN polymérase…
Entre l’ADN et les histones, se créent des liaisons électrostatiques.

L’intérêt de la structure réside dans le gain de longueur.

• En division (cf. Mitose et Méiose)

III.B.1.b. Dans les mitochondries et les chloroplastes

Ce sont des séquences différentes du noyau = il s’agit d’une information génétique spécifique. L’ADN ressemble à l’ADN des bactéries → ADN circulaire.

III.B.2. Chez les bactéries

L’ADN est circulaire. Il n’y a qu’un seul chromosome bactérien non associé à des histones. Ce filament circulaire est replié sur un cœur protéique. L’information génétique reste condensée autour de ce cœur protéique. A coté, il y a aussi de petits fragments circulaires appelés plasmides.

III.B.3. Chez les virus

L’ADN est linéaire bicaténaire. Il existe des virus à forme linéaire monocaténaire. Il existe des virus qui ont des ADN circulaires qui peuvent passer à l’état linéaire grâce à des endonucléases de restriction.

IV. Structures d'ordre supérieur pour les ARN

Les différences avec l’ADN sont :

• Pentose → Ribose
  
• U remplace T (AUCG)
  
• Monocaténaires

IV.A. Les ARN messagers

Il en existe une très grande variété. Pas de structure tridimensionnelle bien définie (cf. transcription). Les ARN messagers sont synthétisés au niveau de l’ADN (des gènes). Ils sont constitués de bases complémentaires à l’ADN qui a servi de modèle. L’ARN messager permettra l’enchaînement des acides aminés dans un ordre bien précis sur les ribosomes.

IV.B. Les ARN transfert

Servent à fixer les acides aminés pour les transférer sur l’ARN messager. Il existe une soixantaine de formes (70 à 80 nucléotides). Ils ont presque tous la même structure.

IV.C. L'ARN ribosomal

Il est assez abondant (65% du poids des ribosomes). Ribosome = ARNr + π. Un ribosome est constitué de deux sous unités (une grande et une petite). L’ARN est à l’intérieur, et la partie protéique est à l’extérieur.

V. Les réactions de caractérisation des acides nucléiques in vivo

V.A. La coloration de Feulgen → ADN

Hydrolyse acide douce qui va rompre les liaisons Nβ osidiques entre le pentose et les bases puriques → composé apurique (sans A et sans G). Les fonctions aldéhydes des désoxyriboses sont réactivées et pourront recolorer le réactif de schiff. La réaction ne se produit plus si on a employé une DNase.

V.B. Coloration de BRACHET → ADN et ARN

Mélange de vert de méthyle et de pyronine. L’ARN est coloré en rouge par la pyronine et l’ADN en vert par le vert de méthyle.

En Résumé

Les acides nucléiques ont une structure linéaire non ramifiée comme les protéines. Il existe une très grande variété, une infinité de structures I des acides nucléiques définie par l’ordre des nucléotides (comme les protéines). La séquence d’une protéine est déterminée par la séquence des acides nucléiques → ADN → ARN. Les protéines et les acides nucléiques sont des molécules étroitement liées. Ce sont des macro-molécules constituées d’un très grand nombre de monomères enchaînés.