Bases azotées et leur comportement

Biochimie Structurale - Acides Nucléiques

• Les acides nucléiques (AN) sont des composés organiques présents dans toutes les cellules des êtres vivants. Ils représentent 10-20% du poids sec.
• Ils supportent l'information génétique (ADN) et sont les effecteurs de l'expression de l'ADN en protéines.
• Les acides ribonucléiques (ARN) sont répartis en 3 classes: ARNm, ARNt et ARNr.
• Ils constituent des composants structuraux des coenzymes.
• Selon leur composition, les acides nucléiques se divisent en deux macromolécules: acide désoxyribonucléique (ADN) et acide ribonucléique (ARN).

Définition des Acides Nucléiques

• Ce sont des macromolécules présentes dans toutes les cellules des êtres vivants.
• Leur poids moléculaire varie de 10³ à 10⁹ Da.
• Ils sont constitués par l'enchaînement de nucléotides.
• Un nucléotide est composé d'une base azotée (purique ou pyrimidique), d'un sucre (pentose) et d'un groupement phosphoryle.
• La différence entre l'ADN et l'ARN réside dans la nature du sucre (pentose) et des bases azotées.

Nucléotides

• Un nucléoside est la condensation d'un pentose avec une base azotée.
• Un nucléotide est l'estérification du pentose d'un nucléoside par l'acide phosphorique, formant un nucléotide.

Bases Azotées

• Il existe deux classes de bases azotées: les pyrimidines et les purines.
• Les pyrimidines sont à 6 atomes (4 C et 2 N), avec les deux N en position méta (n°1 et 3).
• Les purines sont formées de deux noyaux hétérocycliques (un à 6 atomes et l'autre à 5 atomes), avec 2 C en commun au milieu.
• Les bases azotées sont des molécules aromatiques dont le noyau est soit une purine, soit une pyrimidine.
• Les bases azotées présentes dans l'ADN sont l'adénine, la guanine, la cytosine et la thymine.
• Les bases azotées présentes dans l'ARN sont l'adénine, la guanine, la cytosine et l'uracile.

Structures et Formes des Bases Azotées

• Les purines (adénine et guanine) ont un double noyau aromatique: un cycle hexagonal de 4C et 2N à gauche et un cycle pentagonal de 3C et 2N à droite.
• Les pyrimidines (cytosine, uracile et thymine) ont un seul noyau aromatique à 6 atomes (4C et 2N) avec les deux N en position méta (n°1 et 3).

Structures et Formes d'Autres Bases Puriques

• L'acide urique, l'hypoxanthine et la xanthine sont des bases puriques, issues de la dégradation de l'adénine et de la guanine.

Structures et Formes des Bases Pyrimidiques

• Les pyrimidines ont un noyau aromatique hexagonal de 4 C et 2 N.
• Les exemples de pyrimidines sont la cytosine, l'uracile et la thymine.

Caractéristiques des Bases Azotées

• Mésomérie: Délocalisation d'électrons sur le noyau aromatique.
• Liaison conjuguée: Alternance de liaisons simples et doubles dans les cycles, contribuant à la mésomérie.
• Liaison non conjuguée: Double liaison non alternée avec liaison simple.

Tautomérie des Bases Azotées

• Migration d'un atome d'hydrogène et de la position d'une liaison double, formant des isomères.

Ionisation et Stabilité des Bases Azotées

• Elles sont des bases faibles qui ne portent pas de charge à pH 7.
• Les bases sont peu solubles dans l'eau.

Propriétés d'Absorption des Bases Azotées

• Absorption intense des bases dans le spectre UV, à environ 260 nm.

Désamination Spontanée des Bases Azotées

• Réaction d'oxydation des groupes aminés exocycliques (cytosine, adénine, guanine).

Altération par les radiations énergétiques

• UV: dimérisation des pyrimidines.
• Radiations ionisantes: ouverture des cycles ; cassure.

Action des Agents Chimiques

• HNO₂ (acide nitreux), nitrosamines, nitrites, nitrates et hydrogénosulfite : hydrolyse action désaminante.
• Peroxydes, radicaux libres, lumière : oxydation des doubles liaisons.

Le Pentose

• Le pentose est un sucre à 5 carbones présent dans les AN.
• Le ribose est le pentose de l'ARN.
• Le 2'-désoxyribose est le pentose de l'ADN.

Les Nucléosides

• Condensation d'une base azotée et d'un pentose.

Conformations des Nucléosides

• Rotations autour de la liaison N-glycosidique, engendrant les conformations syn et anti.

L'Acide Phosphorique

• Acide phosphorique (H₃PO₄) est un constituant essentiel des nucléotides.
• Il forme des ions phosphoriques chargés négativement à pH physiologique.

Liaison Acide Phosphorique - Sucre

• Liaison phosphoester entre l'OH du C5' du pentose et l'acide phosphorique.

Acides Phosphoriques dans un Nucléotide

• Liaison phosphoester et liaisons anhydride d'acide.
• Les nucléotides triphosphates (dNTP) sont impliqués dans la synthèse d'ADN et ARN.

Les Polynucléotides

• Enchaînement de nucléotides reliés par des liaisons phosphodiesters.
• L'enchaînement est orienté dans le sens 5' vers 3'.

Nomenclature des Nucléosides et Mononucléotides

• Nomenclature des différents nucléosides et mononucléotides (e.g., adénosine, uridine, cytidine, guanosine et leurs dérivés 5'-monophosphates).

Propriétés des Nucléosides

• Hydrolyse des nucléosides puriques plus rapide en milieu acide que les pyrimidiques.
• En milieu alcalin, les liaisons N-glycosidiques sont stables.
• Les nucléosides absorbent la lumière de la même façon que les bases azotées.

Nucléosides Naturels et de Synthèse

• Certains nucléosides sont des constituants de cofacteurs ou coenzymes (e.g., S-adénosylméthionine).
• Certains nucléosides sont utilisés comme précurseurs métaboliques (e.g., inosine phosphate).
• Certains nucléosides sont des antibiotiques (e.g., puromycine).
• Certains nucléosides sont des nucléosides de synthèse (e.g., 3'-désoxyadénosine).

Les Polynucléotides

• Les polynucléotides sont constitués d'un enchaînement de nucléosides 5'-monophosphates reliés entre eux par des liaisons 3'-5' phosphodiester.
• Les bases azotées sont à l'extérieur de la structure du polynucléotide.

Structure Secondaire des Polynucléotides

• ADN: structure en double hélice antiparallèle avec des liaisons hydrogènes entre les bases complémentaires (A-T, G-C).
• ARN: structure en simple brin avec des régions complémentaire pouvant former des structures secondaires telles que les boucles en épingle à cheveux. 

Propriétés Physico-chimiques de l'ADN

• Taille, fibreuses, dense.
• Chargées négativement.
• Absorption maximales dans l’UV à 260nm.
• Se dénature sous l’effet de la chaleur, du pH alcalin, et de l'urée.

Taille des Nucléotides

• Taille des molécules d'ADN chez différentes espèces.

Densité des Molécules ADN

• La densité élevée permet la séparation par ultracentrifugation dans des gradients de densité.

Nature Fibreuse de l'ADN

• La structure en double hélice donne à la molécule une nature fibreuse, exploitable en biologie moléculaire (ex : précipitation).

Charge de l'ADN

• Charge négative à pH physiologique.
• Présence de charges négatives permettant la séparation par électrophorèse.

Absorption de l'ADN

• Absorption maximale à 260 nm.

Dénaturation-Renaturation de l'ADN

• Effet hyperchrome et température de fusion de l’ADN fonction de la taille, nombre de GC et force ionique.

Les ARN: Formes

• ARN messager (ARNm).
• ARN ribosomique (ARNr).
• ARN de transfert (ARNt).
• Petits ARN nucléaires (ARNpn).

Structure secondaire et tertiaire de l'ARN

• Structure en simple brin.
• Régions reliées par des liaisons hydrogène.
• Structures secondaires spécifiques (feuille de trèfle pour l'ARNt).
• Structure tertiaire complexe suite au repliement de la structure secondaire.

Propriétés Chimiques des ARN

• Résistance relative à l'hydrolyse acide.
• Résistance à l'hydrolyse alcaline de l'ADN.
• Hydrolyse des AN par les nucléases (ARNases et ADNases).

Hydrolyse des AN

• Hydrolyse alcaline
• Hydrolyse acide

Hydrolyses Enzymatiques des ARN

• Dégradation des ARN par différents types de nucléases (par exemple : ribonucléase T1, ribonucléase pancréatique et phosphodiestérase du venin de serpent).

Autres

• Schématisation de l'appariement des bases azotées dans l’ADN.
• Les différentes structures secondaires du ARNt.
• La structure secondaire et tertiaire des différents types d'ARN. (ARNm, ARNt, ARNr).
• Les différences structurelles entre l'ADN et l'ARN.

Ce quiz explore les propriétés des bases azotées, notamment l'effet mésomérie, la tautomérie et leur ionisation. Il examine également les conséquences des radiations énergétiques et les caractéristiques physiques des bases dans l'ADN. Testez vos connaissances sur ces concepts fondamentaux en biologie moléculaire.