Structure de l'ADN

Structure des Acides Nucléiques

• L'acide désoxyribonucléique (ADN) est un polymère constitué de chaînes de monomères appelés nucléotides.
• Chaque nucléotide comporte trois molécules distinctes libérées par hydrolyse acide.

Constituants Moléculaires de Base

• Acide minéral : acide phosphorique (formule chimique fournie).
• Sucre : pentofuranose, un glucide à cinq carbones numérotés de 1' à 5' et nommé 2'-désoxyribofuranose (formule chimique fournie).
• Bases azotées : appartiennent à deux groupes chimiques.
• Bases pyrimidiques : cytosine et thymine (formules chimiques fournies).
• Bases puriques : adénine et guanine (formules chimiques fournies).

Organisation Moléculaire Générale

• L'organisation est analysée à trois niveaux.
• Union des bases azotées via une liaison N-osidique avec le pentofuranose, formant un nucléoside.
• La liaison N-osidique relie le groupe OH du carbone 1' du sucre au proton H+ de l'azote N9 des bases puriques ou N1 des bases pyrimidiques ; l'association sucre-base est nommée nucléoside.
• Les noms des nucléosides sont dérivés de leurs bases azotées.
• Exemples : Cytosine donne Cytidine et Thymine donne Thymidine (nucléosides à base pyrimidique).
• Adénine donne Adénosine et Guanine donne Guanosine (nucléosides à base purique).
• L'estérification des nucléosides par l'acide phosphorique forme le nucléotide.
• Un nucléotide contient un groupement phosphate, un sucre et une base.
• Les nucléotides sont les monomères constitutifs des acides nucléiques.
• L'estérification affecte le groupement OH du carbone 3' ou 5' du sucre et libère une molécule d'eau.
• Un nucléoside devient un nucléotide lorsqu'il est lié à un, deux ou trois groupements phosphate, désignés par α, β et γ, α étant directement lié au sucre.
• Les nucléotides libres présents dans les cellules jouent un rôle crucial en tant que transporteurs d'énergie pour les réactions enzymatiques, ou sous forme polymérisée en ADN ou ARN.
• Le nom du nucléotide est dérivé de son nucléoside correspondant.

Ribonucléotides (uniquement ARN)

• Cytosine donne Cytidine monophosphate ou acide cytidilique (CMP).
• Uracile donne Uridine ou uridylique (UMP).
• Adénine donne Adénosine ou adénylique (AMP).
• Guanine donne Guanosine ou guanylique (GMP).

Désoxyribonucléotides (uniquement ADN)

• Cytosine donne Désoxycytidine monophosphate ou acide désoxycytidilique (dCMP).
• Thymine donne Désoxythymidine monophosphate ou acide désoxythymidylique (dTMP).
• Adénine donne Désoxyadénosine monophosphate ou acide désoxyadénylique (dAMP).
• Guanine donne Désoxyguanosine monophosphate ou acide désoxyguanylique (GMP).
• L'union de plusieurs nucléotides via l'acide phosphorique forme les macromolécules d'ADN ou d'ARN.
• L'organisation macromoléculaire est définie par l'enchaînement des nucléotides selon une séquence spécifique à chaque ADN/ARN, basée sur l'origine animale, végétale, microbienne ou virale.
• Les groupements (P) en β et γ sont perdus lors de la polymérisation, les unités nucléotidiques étant liées par le (P) restant, où le (P) en 5' d'un nucléotide forme une liaison avec le carbone en 3' du nucléotide suivant, éliminant un groupement OH au niveau du C’3 et formant une liaison 3'-5' phosphodiester (C-O-P).
• L'ADN ou l'ARN ont une polarité car la chaîne polynucléotidique possède un 5'-(P) libre à une extrémité (extrémité 5') et un groupement 3'-OH libre à l'autre extrémité (extrémité 3').
• Un squelette formé par l'enchaînement des oses-di(P) 3'-5', de nature polyanionique.
• Une séquence spécifique des bases azotées le long du squelette.
• La séquence de ce fragment est toujours donnée de 5" vers 3'(d'après les carbones du dévoxyribose str les lesquels sont effectuées les lixisons) (SP)TGCA(0) ou encore TOCA.
• Les polynucléotides peuvent être très longs selon le nombre de nucléotides.
• Les ARN de faible poids moléculaire (PM) ont de 70 à 80 nucléotides, tandis que les ADN de faible PM en ont jusqu'à 900 paires.
• La séquence des bases du polynucléotide code l'information génétique.
• Nombre maximal de séquences de bases possibles pour un nucléotide : 4n, avec n le nombre de nucléotides.
• Un polynucléotide à 6 bases peut être arrangé selon 4^6= 4096 sequences différentes.

Structure Particulière de l'ADN

• Les molécules d'ADN forment une structure caractéristique en double hélice.
• La structure spatiale de l'ADN, découverte en 1953 par Watson et Crick, présente trois caractéristiques.
• Hélicoïdale : l'ADN est formé de deux chaînes polynucléotidiques enroulées.
• La partie sucre-phosphate forme le squelette extérieur de l'hélice.
• Les bases azotées sont au centre, empilées les unes sur les autres.
• La double hélice effectue un tour tous les 10 paires de bases, le pas est de 3.4 nm, la distance entre 2 bases est de 0.34 nm ,et le diamètre est de 2.4 nm.
• Antiparallélisme : un brin est orienté 5' → 3' et l'autre 3' → 5'.
• Seuls les polynucléotides antiparallèles peuvent adopter une structure stable.
• La double hélice est irrégulière, avec un sillon majeur et un sillon mineur, importants pour les interactions de l'ADN avec les protéines, la réplication et l'expression de l'information génétique.
• La double hélice est dextre (squelette sucre-phosphate à droite), comme l'ADN B.
• D'autres formes d'ADN (A, C, D, E, Z) existent selon les conditions de cristallisation, l'hélice Z étant sénestre (gauche).
• Complémentarité des bases : les bases des deux chaînes polynucléotidiques interagissent.
• L'espacement est tel qu'une base purique interagit avec une base pyrimidique (un cycle).
• La thymine (T) interagit avec l'adénine (A), et la guanine (G) avec la cytosine (C).
• Les bases forment des liaisons hydrogène non covalentes qui stabilisent la double hélice (3 liaisons H2 entre G et C, contre 2 entre A et T, rendant les liaisons G-C plus solides).
• L'appariement des bases complémentaires est fondamental.
• Les appariements autres que A-T ou G-C ne se produisent pas à cause de contraintes de taille ou d'alignement.
• La séquence d'un brin détermine celle de l'autre, ce qui permet la conservation de l'information lors de la réplication et de l'expression génique.
• Les deux brins peuvent être séparés par chauffage ou chimiquement.
• Chauffer l'ADN entraîne la rupture des liaisons H2 (température de fusion).
• L'ouverture de la double hélice et la séparation des brins dénaturent l'ADN (réaction réversible), modifiant ses propriétés physiques.
• Diminution de la viscosité.
• Augmentation de l'absorption des rayons U.V.
• Augmentation de la densité.

ADN des Différents Êtres Vivants

• L'ADN de tous les êtres vivants (animal, végétal, microbien et viral) a la même structure (2 brins) constituée d'une succession de milliers de nucléotides, mais il existe des différences entre les espèces.
• Le nombre de molécules d'ADN : une (virus et bactérie), plusieurs (cellule animale et végétale).
• La longueur : 4 × 10^6 = 1 mm (E. coli), 3 × 10^9 (spermatozoïde à 23 chromosomes = 1 m).
• La forme : circulaire (bactérie), linéaire (cellule eucaryote).
• La localisation : ADN séparé ou non du cytoplasme par l'enveloppe nucléaire.
• La séquence des bases, caractéristique de chaque molécule d'ADN, donne des messages différents.