Cours Nucléotides et acides Nucléiques - PASS 2024 - PDF

Début du cours le 22 octobre 2024 S1-UE2 – PASS 2024 Nucléotides et acides Nucléiques S. MARY- Professeur à l’UFR Pharmacie-Montpellier  [email protected] L’ensemble de ce document est protég...

Début du cours le 22 octobre 2024 S1-UE2 – PASS 2024 Nucléotides et acides Nucléiques S. MARY- Professeur à l’UFR Pharmacie-Montpellier  [email protected] L’ensemble de ce document est protégé. Aucune utilisation n’est possible sans l’accord de l’auteur. Reproduction ou diffusion totale ou partielle dans tout autre contexte strictement interdite sous peine de poursuites. Tous droits réservés © l’auteur Diapositives de cours « pleine page » Pr S. MARY –NUCLEOTIDES & ACIDES NUCLEIQUES– PASS _ UE2 Octobre 2024  Les objectifs pédagogiques en mots clés: caractéristiques structurales des nucléotides naturels et modifiés ; compréhension de leur nomenclature ; formules développées ; propriétés physicochimiques des motifs structuraux ; biosynthèse de novo des nucléotides et catabolisme des bases puriques; caractéristiques structurales des différents acides nucléiques ; polymorphisme et stabilité de l’hélice d’ADN. PLAN DU COURS Pr S. MARY –NUCLEOTIDES & ACIDES NUCLEIQUES– PASS _ UE2 Octobre 2024 -> 1. Définitions … Acides nucléiques (AN): Ce sont des macromolécules, polymères de nucléotides. Par hydrolyse complète, un nucléotide libère : un ose (nature du monosaccharide ⇔ type d’AN) une base azotée (hétérocycle aromatique avec =/ conjuguées) une molécule d’acide phosphorique Ribose : ARN ou acides ribonucléiques Désoxyribose : ADN ou acides désoxyribonucléiques Pr S. MARY –NUCLEOTIDES & ACIDES NUCLEIQUES– PASS _ UE2 Octobre 2024 Reproduction ou diffusion totale ou partielle dans tout autre contexte strictement interdite sous peine de poursuites. Tous droits réservés © l’auteur -> 1. Définitions …(suite) NUCLEOTIDE Phosphate Base azotée Ose NUCLEOSIDE Planche récapitulative n°1 Nucléoside BASE 2’ désoxyribonucléotide BASE Nucléotide Azote : chaînon fondamental 1 de la base pyrimidique d’un acide nucléique Azote 9 de la base purique Phosphate Ribonucléotide (2’OH) phosphate sucre Pr S. MARY –NUCLEOTIDES & ACIDES NUCLEIQUES– PASS _ UE2 Octobre 2024 sucre  2. Structure des nucléotides -> 2.1 Constituants Phosphate L’acide phosphorique (H3PO4) possède trois fonctions « acide ». ds les acides nucléiques , 2 d c fonct°s sont estérifiées La 3 ème fonct° acide (de pKa égal à 1.7) est tjs libre Estérification entre une fonction acide de l’acide phosphorique et une fonction alcool libre en C5’ du sucre Une liaison phospho-ester BASE Dans un nucléotide libre… (mono, di ou triphosphate) grpment phospho-monester 2.1 Constituants sous peine de poursuites. Tous droits réservés © l’auteur Reproduction ou diffusion totale ou partielle dans tout autre contexte strictement interdite Ose cf PHILLIBERT sur les oses Attention à la numérotation des carbones ! β-D (-) (2’désoxy)-ribofuranose Ribose ARN Ribose (C5 H10 O5) – ribofuranose Désoxyribose (C5 H10 O4) désoxy-ribofuranose  l'ose est sous forme hémiacétalique (furanose)  Conformation β  Cet ose est en configuration lévogyre 2’ désoxyribose ADN Pr S. MARY –NUCLEOTIDES & ACIDES NUCLEIQUES– PASS _ UE2 Octobre 2024  Base azotée B Puriques B Pyrimidiques (noyau purine) 4 7 6 3 5 ARN 5 1 8 6 2 2 9 4 1 3 6-amino purine 4-amino,2-oxy-pyrimidine 7 6 4 2,4 dioxypyrimidine 3 5 5 1 8 2 6 2 9 4 1 3 e 2-amino,6-oxypurine 5-méthyl, 2,4-dioxypyrimidine Pr S. MARY –NUCLEOTIDES & ACIDES NUCLEIQUES– PASS _ UE2 Octobre 2024  Reproduction ou diffusion totale ou partielle dans tout autre contexte strictement interdite sous peine de poursuites. Tous droits réservés © l’auteur Biochimie Structurale Les acides Nucléiques 2. Nucléotides 2.2 Les bases modifiées Phosphate - Par transformation chimique (6 types) - Naturelles Ose - Analogue(s) synthétique(s) Base azotée B. modifiées Pr S. MARY –NUCLEOTIDES & ACIDES NUCLEIQUES– PASS _ UE2 Octobre 2024  2.2 Bases azotées modifiées chimiquement n°1 Par méthylation N6- méthyl-adénine ajout fonct° methyl sur (bactéries) fonct° amine donc méthylat° particulière (protection vs bactériophages) 6 1 5- méthylcytosine (eucaryotes) 5 NB : dans notre génome les C ne sont méthylées que si elles sont suivies d’une G ! 9 Pr S. MARY –NUCLEOTIDES & ACIDES NUCLEIQUES– PASS _ UE2 Octobre 2024 -> 2.2 Bases azotées modifiées chimiquement Par désamination lente n°2 Hypoxanthine 6 On la trouve notamment dans les ARNt 2 boucle anticodon : Appariements Wobble 6-oxypurine Hypoxanthine La Xanthine sera la 2, 6-dioxypurine Xanthine oxydase = catabolisme oxydatif des Xanthine bases azotés (=cellules libèrent leur contenus lors de nécrose et renvlmt Pr S. MARY –NUCLEOTIDES & ACIDES NUCLEIQUES– PASS _ UE2 Octobre 2024 cellulaire bases azotés peuvent etre cataboliser  -> 2.2 Bases azotées modifiées chimiquement n°2 Encore par désamination lente.. Désamination de la cytosine : Provoque le remplacement de C par U NB : la désamination lente est spontanée dans nos cellules; elle est 100 fois plus importante pour les pyrimidines !!! Adénine-> hypoxanthine cytosine ->uracile 5-méthylcytosine-> thymine (…) n°3 par dépurination induit un site « AP » Pr S. MARY –NUCLEOTIDES & ACIDES NUCLEIQUES– PASS _ UE2 Octobre 2024 Reproduction ou diffusion totale ou partielle dans tout autre contexte strictement interdite sous peine de poursuites. Tous droits réservés © l’auteur -> 2.2 Bases azotées modifiées chimiquement n°4 Sous l’effet des radiations i) X ou gamma… ouvrent les cycles et les cassent n°4bis Sous l’effet des radiations ii) UV…  ouvrent les liaisons de 2 bases superposées dans les polyméres de nucléotides et les pontent par des liaisons covalentes 4 3 5 THYMINE 6 2 1 en violet liaison qui est ouverte Dimère de pyrimidines généré par pontage Pr S. MARY –NUCLEOTIDES & ACIDES NUCLEIQUES– PASS _ UE2 Octobre 2024 -> 2.2 Bases azotées modifiées chimiquement Par alkylation… n°5 -> la plus fréquente est : méthylation de la position O6 6 formation de la O6 méthyl-guanine GUANINE Autres modifications chimiques des bases azotées … n°6 Beaucoup de produits (type benzopyrène) réagissent avec les bases de l’ADN -> formation d’adduits chimiques (volumineux) (ne pas apprendre par cœur !) Pr S. MARY –NUCLEOTIDES & ACIDES NUCLEIQUES– PASS _ UE2 Octobre 2024  -> 2.2 Bases azotées modifiées-> Naturelles Dérivés naturels (pts de dégradation d’alcaloïdes végétaux) Méthyl-xanthines 1,3-diméthylxanthine (théophylline) 3,7-diméthylxanthine (théobromine) 1,3,7-triméthylxanthine (caféine) Reproduction ou diffusion totale ou partielle dans tout autre contexte strictement interdite sous peine de poursuites. Tous droits réservés © l’auteur Pr S. MARY –NUCLEOTIDES & ACIDES NUCLEIQUES– PASS _ UE2 Octobre 2024  -> 2.2 B. azotées modifiées -> Analogues synthétiques -un anticancéreux : 5 FU (5 fluoro Uracile) 1 Appartient à la classe des anti-métabolites (ADN et ARN) (analogues pyrimidines) Pr S. MARY –NUCLEOTIDES & ACIDES NUCLEIQUES– PASS _ UE2 Octobre 2024  Biochimie Structurale Les acides Nucléiques 2. Nucléotides 2.3 Phosphate Propriétés physico-chimiques des bases azotées Ose Base azotée Pr S. MARY –NUCLEOTIDES & ACIDES NUCLEIQUES– PASS _ UE2 Octobre 2024 -> 2.3 Propriétés physico-chimiques des b. azotées La conjugaison des doubles liaisons est (tellement!!) importante 1. la molécule est fortement stabilisée dans une configuration plane 2. la protonation d’un azote empêche la protonation des autres 3. la molécule existe sous différentes formes tautomères 4. propriétés spectrales Reproduction ou diffusion totale ou partielle dans tout autre contexte strictement interdite sous peine de poursuites. Tous droits réservés © l’auteur Pr S. MARY –NUCLEOTIDES & ACIDES NUCLEIQUES– PASS _ UE2 Octobre 2024 -> 2.3 Propriétés physico-chimiques des b. azotées A pH physiologique les bases azotées ne portent aucune charge !! 1 base azotée peut (en effet!) porter des groupements ionisables (et libérer des H+) cette forme est privilégié car base n'est pas ionisé (c le cas pr tt les bases azotés voir planche complémentaire récap n°3 en dessous) pK 3,5 pka acide base conjugué AH+ A + H+ Pr S. MARY –NUCLEOTIDES & ACIDES NUCLEIQUES– PASS _ UE2 Octobre 2024 -> 2.3 Propriétés physico-chimiques des b. azotées Equilibre en faveur de Tautomérisation : ces formes Lactame Lactime Cétone énol ou énol Amine, Imine, Cétone énol Reproduction ou diffusion totale ou partielle dans tout autre contexte strictement interdite sous peine de poursuites. Tous droits réservés © l’auteur Pr S. MARY –NUCLEOTIDES & ACIDES NUCLEIQUES– PASS _ UE2 Octobre 2024 -> 2.3 Propriétés physico-chimiques des b. azotées Conclusions sur la tautomérie  Tautomérisation des formes amines de A et C en formes iminées des formes cétoniques de G et T en formes énoliques L ’équilibre entre ces tautoméres est de loin en faveur des formes Lactame : aminées et cétoniques. Cet équilibre dépend du solvant, du pH.. il conditionne le degré de protonat° d bases Pr S. MARY –NUCLEOTIDES & ACIDES NUCLEIQUES– PASS _ UE2 Octobre 2024 -> 2.3 Propriétés physico-chimiques des b. azotées Planche complémentaire récapitulative n°3 (protonation des bases + éléments de tautomérie) G pK 2,1 pK 9,3 ou C pK 4,2 pK 9,3 Cétone énol (CH3) (CH3) U (T) pK 9,3 G Pr S. MARY –NUCLEOTIDES & ACIDES NUCLEIQUES– PASS _ UE2 Octobre 2024  2. Structure des nucléotides -> 2.3 Propriétés physico-chimiques des b. azotées propriétés spectrales ici absorbance Absorbance dans l’UV base purine absorbent mieux absorbance varie pr simple ou double brin (simple brin absorbe + ds UV que double car double a contraintes structurelles vas engager nuages ds doubles liaisons donc vas - absorber) Dépend de l’empilement ! Dépend du pH ! donc absorbent tres bien ds UV Reproduction ou diffusion totale ou partielle dans tout autre contexte strictement interdite sous peine de poursuites. Tous droits réservés © l’auteur Pr S. MARY –NUCLEOTIDES & ACIDES NUCLEIQUES– PASS _ UE2 Octobre 2024  Biochimie Structurale Les acides Nucléiques 2. Structure des nucléotides 2. 4 Nucléosides principaux Liaison Base –Sucre Pr S. MARY –NUCLEOTIDES & ACIDES NUCLEIQUES– PASS _ UE2 Octobre 2024  Récapitulatif de nomenclature n°4 Les nucléosides : sont donc.. des N-hétérosides !! (aglycone=base azotée) Les noms des nucléosides ont comme suffixe : "osine" pour les nucléosides puriques "idine" pour les nucléosides pyrimidiques NUCLEOTIDE = nucleoside ADN ARN CODE NUCLEOSIDE BASE +P monophosphate monophosphate dAMP acide adénylique(mono,di A adénine adénosine 2’-désoxyadénosine AMP ou triP) 5’-phosphate I (Hypoxanthine) (Inosine) IMP G guanine guanosine acide guanylique dGMP GMP C cytosine cytidine acide cytidylique dCMP CMP T thymine thymidine acide thymidylique dTMP TMP U uracile uridine acide uridylique UMP Pr S. MARY –NUCLEOTIDES & ACIDES NUCLEIQUES– PASS _ UE2 Octobre 2024 A NE PAS RETENIR  2. Structure des nucléotides -> 2.4 Nucléosides principaux Liaison Base –Sucre par réact° de condensat° qui 6-aminopurine = ADENINE explote hydroxyle en conformère Noyau purine Beta , eliminat° mol H2O = créat° liason N-B osidique (le n en posit° 9 avec C anomérique 6 9 1 Entre carbone anomérique du ribose et … N 1 (b.pyrimidique) N 9 (b. purique) Reproduction ou diffusion totale ou partielle dans tout autre contexte strictement interdite sous peine de poursuites. Tous droits réservés © l’auteur Pr S. MARY –NUCLEOTIDES & ACIDES NUCLEIQUES– PASS _ UE2 Octobre 2024  Récapitulatif de nomenclature n°5 Conformations des sucres Conformères de rotation des sucres Plissement des sucres conformation anti (a) ENDOCYCLE conformation syn (b) C5’ C3’ N (base) Endocyclique : sort liaison N-B osidique C4’ o C2’ C1’ avec rotat° de la sur le meme plan liaison N-B osidique N9 C3’ C1’ (a) base azoté se trouve a C3’ endocyclique l'opposé : confo anti Exocyclique : C5’ N (base) C3’ C4’ o C1’ conformère syn : base au dessu du sucre (b) C2’ Reproduction ou diffusion totale ou partielle dans tout autre contexte strictement interdite C2’ exocyclique sous Pr peine–NUCLEOTIDES S. MARY de poursuites. Tous droits & ACIDES réservés © l’auteur NUCLEIQUES– PASS _ UE2 Octobre 2024 Reproduction ou diffusion totale ou partielle dans tout autre contexte strictement interdite sous peine de poursuites. Tous droits réservés © l’auteur Récapitulatif de nomenclature n°6 Principaux nucléosides dans les acides nucléiques guanosine adenine ARN ARN ADN Désoxyadénosine Désoxyguanosine Désoxycytidine (Désoxy)thymidine 27 Pr S. MARY –NUCLEOTIDES & ACIDES NUCLEIQUES– PASS _ UE2 Octobre 2024  Biochimie Structurale Les acides Nucléiques 2. Structure des nucléotides 2. 5 Nucléosides modifiés Phosphate (plus d’une centaine dans les acides nucléiques) -Naturels Ose -analogues synthétiques (médicaments) Base azotée Pr S. MARY –NUCLEOTIDES & ACIDES NUCLEIQUES– PASS _ UE2 Octobre 2024  -> 2.5 Nucléosides modifiés sous peine de poursuites. Tous droits réservés © l’auteur Reproduction ou diffusion totale ou partielle dans tout autre contexte strictement interdite Pseudo-uridine l’exemple de la pseudo-uridine Ψ Pseudouridylation pyrimidine (U) 1 5 ribose donc ARN (U) (ψ) Il s’agit d’un isomère glycosidique Survient lors de la maturation des acides ribonucléiques c'est une liaison C-osidique ! (Cf. § 4  tous les types d’ARN sauf ARNm) Pr S. MARY –NUCLEOTIDES & ACIDES NUCLEIQUES– PASS _ UE2 Octobre 2024  -> 2.5 Nucléosides modifiés Dihydrouridine la dihydrouridine (D) O H H N (Cf. § 4  ARNt +++ et ARNr) H H O H N ribose Puromycine Antibiotique nucléosidique naturel sécrété par Streptomyces. AZT Antirétroviral (HIV) Reproduction ou diffusion totale ou partielle dans tout autre contexte strictement interdite sous peine de poursuites. Tous droits réservés © l’auteur Pr S. MARY –NUCLEOTIDES & ACIDES NUCLEIQUES– PASS _ UE2 Octobre 2024  Biochimie Structurale Les acides Nucléiques 2. Nucléotides 2. 6 Les Nucléotides libres de la cellule Phosphate Ose Esters phosphoriques des nucléosides Base azotée Pr S. MARY –NUCLEOTIDES & ACIDES NUCLEIQUES– PASS _ UE2 Octobre 2024  sous peine de poursuites. Tous droits réservés © l’auteur Reproduction ou diffusion totale ou partielle dans tout autre contexte strictement interdite Récapitulatif de nomenclature n°7 Nucléotides Si ose = désoxyribose, le symbole est précédé de « d » (exemple « d A M P ») Nombre de Phosphate M:1 D:2 Nucléoside T:3 A: adénosine désoxyadénosine 5'-(mono)phosphate : l'adénosine porte un groupement phosphate en C5’ d’un désoxyribose adénine Pr S. MARY –NUCLEOTIDES & ACIDES NUCLEIQUES– PASS _ UE2 Octobre 2024 dAMP :desoxy adénosine mono phosphate  Récapitulatif de nomenclature n°8 Principaux nucléotides dAMP dGMP dCMP dTMP AMP GMP CMP UMP Pr S. MARY –NUCLEOTIDES & ACIDES NUCLEIQUES– PASS _ UE2 Octobre 2024 -> 2.6 Nucléotides libres -> monoesters 5’mono, di ou tri phosphate Liaison phosphoester 1 SEUL PR TS AMP Liaison anhydride d’acide..notée ~ riche en énergie (7,3 kcal.mol-1) permet des transferts de phosphate. ADP  l'ATP -> synthèse des acides ribonucléiques. (..GMP; UMP, CTP) l'ATP -> substrat synthèse des acides ribonucéiques L’ATP -> monnaie énergétique γ β α l'hydrolyse d'ATP (qui donne ADP +P) est une react° tres exergonique(= libère de l'énergie) avec delta g negatif ~ ~ lui permet de s'accoupler a dautres react° thermopositives et contribue donc a notre métabolisme ∆G0 = - 30,5 KJ/mol ATP Pr S. MARY –NUCLEOTIDES & ACIDES NUCLEIQUES– PASS _ UE2 Octobre 2024  -> 2.6 Nucléotides libres -> Di-esters sous peine de poursuites. Tous droits réservés © l’auteur Reproduction ou diffusion totale ou partielle dans tout autre contexte strictement interdite -> Nucléotides où le sucre est estérifié 2 fois par un même P cf cours signalisat° céllulaire UE3 ribonucléotides AMPc et GMPc sont monophosphorés cycliques des 2nd messagers dérivés de l’adénine intracellulaires dérivés de la guanine => adenine Adénosine 3’:5’-(mono)phosphate cyclique AMPc 9 5’ liaison N-Beta osidique carbone anomérique 3’ Pont phosphodiester Pr S. MARY –NUCLEOTIDES & ACIDES NUCLEIQUES– PASS _ UE2 Octobre 2024  -> 2.6 Nucléotides libres -> Modifications (!!!) ex n°1 Amino-acyl-AMP => estérificat° sur l'adénosine de l'ARNt(qui transporte AA suite a son activat°) ATTAQUE NUCLEOPHILE aminoacyl-ARNt synthéthase a 2 activité catalytique:-activat° AA -estérificat° meme process que activat° AG (Cf. § 4 “ARNt”) cours traduct° Cornillot sous peine de poursuites. Tous droits réservés © l’auteur Activation d’un acide aminé Reproduction ou diffusion totale ou partielle dans tout autre contexte strictement interdite anhydride mixte ici: AA + adénosine monoP Pr S. MARY –NUCLEOTIDES & ACIDES NUCLEIQUES– PASS _ UE2 Octobre 2024  -> 2.6 Nucléotides libres -> Modifications (!!!) ex n°2 UDP - Glucose Uridine diphosphoglucose glucose di P uracile uridine (uracile + ribose ) Forme active du glucose sous peine de poursuites. Tous droits réservés © l’auteur glycogénogénèse Glc-6-P ===>Glc1-P UDPGlc +P-P carrefour métabo du SUBSTRAT ribose (ARN) Glc-6-P UTP pyroPtases /!\ act° nn reversible car molécule pyroP produite lors de générat° UDPGlc sont dégrader par pyroPtase (tres nbse ds cellule) ex n°3 Coenzymes Reproduction ou diffusion totale ou partielle dans tout autre contexte strictement interdite dérivés de nucléotides nn intégres ds cours sur A.n (cf cours lehmann) servt tt le métabolisme générale Pr S. MARY –NUCLEOTIDES & ACIDES NUCLEIQUES– PASS _ UE2 Octobre 2024  sous peine de poursuites. Tous droits réservés © l’auteur Reproduction ou diffusion totale ou partielle dans tout autre contexte strictement interdite Conclusion importante sur les nucléotides libres de la cellule - les nucléotides 5'-triphosphates servent de transport d'énergie ATP source centrale d'énergie de la cellule exemple 1 UTP source d'énergie pour le métabolisme des sucres exemple 2 GTP source d'énergie pour la synthèse des protéines CTP source d'énergie pour la synthèse des lipides Pr S. MARY –NUCLEOTIDES & ACIDES NUCLEIQUES– PASS _ UE2 Octobre 2024  Biochimie Structurale Les acides Nucléiques 2. Structure des Nucléotides 2.7 Les polynucléotides Structure primaire des acides nucléiques Pr S. MARY –NUCLEOTIDES & ACIDES NUCLEIQUES– PASS _ UE2 Octobre 2024  -> 2.7 Les polynucléotides = acides nucléiques Les acides nucléiques sont des polynucléotides enchaînés par des liaisons phosphodiesters (idem ARN et ADN)… nucleotide avec extremité P5' libre hydroxyle en 3' Liaison * extremité P 5' d'un autre nucléotide phosphodiester intermoléculaire Cf § 2.1 * l'OH 3' du 1er nucléotide lie avec ext P 5' autre nucléo. Pr S. MARY –NUCLEOTIDES & ACIDES NUCLEIQUES– PASS _ UE2 Octobre 2024  Récapitulatif de nomenclature n°9 Les polynucléotides 5’ BASE ------> brin d'ADN (+stable en db mais existe virus a ADN en sb) ARN majoritairemt sb mais pas tjs /!\ 5’- A- C- G- 3’ BASE sous peine de poursuites. Tous droits réservés © l’auteur Brin d’acide 2’désoxyribonucleique dAMP AMP Sens de lecture dCMP CMP BASE dGMP GMP polarité par convention d'un acide nucléique squellette sucre P ss base Reproduction ou diffusion totale ou partielle dans tout autre contexte strictement interdite dTMP UMP Pr S. MARY –NUCLEOTIDES & ACIDES NUCLEIQUES– PASS _ UE2 Octobre 2024 3’  Nota bene : Etudiants PASS seulement… Ces éléments vous aideront à faire la transition avec le cours Réplication Les nucléotides tri-phosphates sont la source de monomères incorporés dans un nouveau brin d’acide nucléique lors de la réplication : polymérisation orientée 5’->3’ La réaction libère une molécule de pyrophosphate inorganique C’est précisément l’énergie produite par la rupture de leurs liaisons ~ qui va permettre la polymérisation Après incorporation dans la chaîne, ils sont monophosphates !!! Pr S. MARY –NUCLEOTIDES & ACIDES NUCLEIQUES– PASS _ UE2 Octobre 2024  sous peine de poursuites. Tous droits réservés © l’auteur Reproduction ou diffusion totale ou partielle dans tout autre contexte strictement interdite Exemple « médicament » de régulation de polymérisation Analogue synthétique singulier - un antiviral : Aciclovir (acyclovir) Le sucre cyclique est remplacé par une chaîne ouverte (~nucléoside) 9 P Aciclo-GMP « chain-terminator » P Aciclo-GDP P Aciclo-GTP virus ajoute un P a chaque fois pour creer un nucléotide Pr S. MARY –NUCLEOTIDES & ACIDES NUCLEIQUES– PASS _ UE2 Octobre 2024 -> Retombées scientifiques Pharmacologie, Pharmacie, Médecine La chimie fine des nucléosides et des nucléotides est en pleine expansion ! -> Bases azotées modifiées -> Nucléosides modifiés -> Nucléotides modifiés Pr S. MARY –NUCLEOTIDES & ACIDES NUCLEIQUES– PASS _ UE2 Octobre 2024  1951-52 Schrodinger vas faire basculer le monde et la compréhens° de la transmiss° d caratères héré de la physique quantique a qlqch de + 1953 (25 avril) philosophique(enthropie etc) 1962 James Watson, Francis Crick et Rosalind Franklin) Biochimie Structurale Les acides Nucléiques 3. L’hélice d’ADN 3.1 Découverte, Concepts, Conventions sous peine de poursuites. Tous droits réservés © l’auteur Oswald Avery (1944) avant on pensait que les caratères héréditaires étaient Reproduction ou diffusion totale ou partielle dans tout autre contexte strictement interdite portés pas prot Pr S. MARY –NUCLEOTIDES & ACIDES NUCLEIQUES– PASS _ UE2 Octobre 2024 3. L’hélice d’ADN -> 3.1 Découverte de la structure sous peine de poursuites. Tous droits réservés © l’auteur Reproduction ou diffusion totale ou partielle dans tout autre contexte strictement interdite On disposait donc des données suivantes : 1. Composition chimique de l’ADN 2. Travaux de Chargaff sur le contenu en bases (1949) A +G A G 5’ 3’ =1 = =1 T+ C T C 3’ 5’ 3. Travaux en microscopie électronique montrant que le contre plongée centre diamètre de l’ADN est de 20 Å suggérant que cette escalier chambord molécule comportait 2 brins (chaînes) 4. Clichés de diffraction X  2 brins antiparallèles  2 brins adoptent structure hélicoïdale  Sucre et Phosphate forment le squelette externe  Bases azotées forment le squelette interne.  Le plan des bases est perpendiculaire à l’axe de l’hélice 46 Pr S. MARY –NUCLEOTIDES & ACIDES NUCLEIQUES– PASS _ UE2 Octobre 2024 3. L’hélice d’ADN ruban = squellette de sucre-P => echelle = base az Grand Sillon Grand Sillon Surface spécialisée de reconnaissance par les protéines régulatrices Petit Sillon Petit Sillon Grand Sillon Notification des conventions (…) Brin sens ou 5’-3’ ou brin codant Hélicoïde complet = 2 hélices Brinα−sens ou 3’-5’ ou non codant qui tournent dans le même sens mais ne se croisent jamais !! Pr S. MARY –NUCLEOTIDES & ACIDES NUCLEIQUES– PASS _ UE2 Octobre 2024  Récapitulatif de nomenclature n°10 squellette ose-P Le double brin orienté 5’ 3’ bases azotés 5’ 3’ Reproduction ou diffusion totale ou partielle dans tout autre contexte strictement interdite sous peine de poursuites. Tous droits réservés © l’auteur Pr S. MARY –NUCLEOTIDES & ACIDES NUCLEIQUES– PASS _ UE2 Octobre 2024  Biochimie Structurale Les acides Nucléiques 3. L’hélice d’ADN 3.2 Polymorphisme de l’hélice Pr S. MARY –NUCLEOTIDES & ACIDES NUCLEIQUES– PASS _ UE2 Octobre 2024  3. L’hélice d’ADN -> 3.2 Polymorphisme FORME B de l’ADN La forme B est la forme naturelle dans les conditions physiologiques acides nucléiques (foncés) Hélice de pas de droite bases azotés (pales) Plan des bases perpendiculaire à l'axe 2 sillons profonds, l'un majeur, l'autre mineur. 10 paires de nucléotides par tour : 34 Å Oses en conformation C2'-endo/anti Conformation C2’ endo/anti (Cf. § 2.5) 50 Pr S. MARY –NUCLEOTIDES & ACIDES NUCLEIQUES– PASS _ UE2 Octobre 2024 (Constructions PDBviewer banque personnelle)  3. L’hélice d’ADN -> 3.2 Polymorphisme sous peine de poursuites. Tous droits réservés © l’auteur Reproduction ou diffusion totale ou partielle dans tout autre contexte strictement interdite FORME A de l’ADN existe pas ds les condit° physiologiques observée dans certaines régions d'ADN naturel, en présence d'une importante concentration en cations (Mg++, Ca+), observée lorsque le degré d'hydratation est plus faible ( donc + contracter que la forme B un sillon étroit, profond et inaccessible, l'autre large et superficiel le plan des bases est légèrement incliné r/p au plan I de l’hélice B oses de conformation C3'- endo/anti diff de forme B donc polymorphisme ADN depends bcp d conformat° et du plissement d sucres Reproduction ou diffusion totale ou partielle dans tout autre contexte strictement interdite sous peine de poursuites. Tous droits réservés © l’auteur Pr S. MARY –NUCLEOTIDES & ACIDES NUCLEIQUES– PASS _ UE2 Octobre 2024  3. L’hélice d’ADN -> 3.2 Polymorphisme FORME Z de l’ADN La forme Z (en ZigZag) est observée sur les portions d'ADN riche en séquences G et C alternées (GCGCGCGC) Plan des bases perpendiculaires à l’axe de l’hélice une hélice de pas de gauche 12 résidus par tour (45 Å) un seul type de sillon, profond résultant d’une alternance de nucléotides à base purine (C3'-endo/syn) et à base pyrimidine (C2'-endo/anti). Pr S. MARY –NUCLEOTIDES & ACIDES NUCLEIQUES– PASS _ UE2 Octobre 2024  3. L’hélice d’ADN -> 3.2 Polymorphisme Récapitulatif de nomenclature n°11 A B Z Pas de l'hélice 34 Å Pas de l'hélice 28 Å Diamètre 20 Å Hélice B Conformations (A, B, Z) fonction de la composition en base et des conditions physiques [hydratation;salinité(force ionique)]. Elles s’appuient surtout sur les conformations endocycliques des sucres et les 53 conformèresS. MARY –de Pr S. MARY –NUCLEOTIDES rotation Nucléotides & ACIDESet anti/syn acides nucléiques NUCLEIQUES– des PASS–_2012 bases. UE2 Octobre 2024 (Constructions PDBviewer banque personnelle)   Anticancéreux Effets du Cis-Platine Pr S. MARY –NUCLEOTIDES & ACIDES NUCLEIQUES– PASS _ UE2 Octobre 2024  Biochimie Structurale Les acides Nucléiques 3. L’hélice d’ADN 3.3 Appariements des bases Pr S. MARY –NUCLEOTIDES & ACIDES NUCLEIQUES– PASS _ UE2 Octobre 2024  3. L’hélice d’ADN -> 3.3 Appariements des bases LES PAIRES WATSON-CRICK Complémentarité des bases 3 liaisons H Liaison N-β-osidique Erwinn atome donneur ds liaison H (partage un proton avec N qui est + e- neg Chargaff sous peine de poursuites. Tous droits réservés © l’auteur méthyl (1950) 2 liaisons H 9 1 1 La distance entre les 2 points d’attachement des Reproduction ou diffusion totale ou partielle dans tout autre contexte strictement interdite liason N beta osidique paires A-T et G-C sont (ft réf aux nucléotide) identiques. 56 Pr S. MARY –NUCLEOTIDES & ACIDES NUCLEIQUES– PASS _ UE2 Octobre 2024 Démonstration du rôle clé de l’accessibilité au grand sillon -> surface spécialisée grd sillon /!\ meme sur le petit sillon mais on peut les diff grace aux compo chimique du grd sillon FACTEURS DE TRANSCRIPTION C G petit sillon Accepteur Donneur Grand sillon Autre (C-H) sous peine de poursuites. Tous droits réservés © l’auteur sq sucre P tourne autour d'hélice base (plan ) G C liaison N beta os inclinaison d Nbetaos. (incliné pr pouvoir creer ouverture pr les Reproduction ou diffusion totale ou partielle dans tout autre contexte strictement interdite relier au sq sucre grd et petit sillons P) Petit sillon VU D'AU DESSUS Pr S. MARY –NUCLEOTIDES & ACIDES NUCLEIQUES– PASS _ UE2 Octobre 2024  Récapitulatif de nomenclature n°12 Sucre Sucre Sucre Sucre appariement nn canonique (G-U) dit de Wooble (ds ARN) hypoxanthine (ds ARN) Sucre Sucre Sucre Sucre Sucre = 4 appariements originaux LES APPARIEMENTS WOBBLE Pr S. MARY –NUCLEOTIDES & ACIDES NUCLEIQUES– PASS _ UE2 Octobre 2024 Reproduction ou diffusion totale ou partielle dans tout autre contexte strictement interdite sous peine de poursuites. Tous droits réservés © l’auteur Biochimie Structurale Les acides Nucléiques 3. L’hélice d’ADN 3.4 Stabilité Pr S. MARY –NUCLEOTIDES & ACIDES NUCLEIQUES– PASS _ UE2 Octobre 2024  3. L’hélice d’ADN -> 3.4 Stabilité 3.4.1 Les liaisons faibles L’empilement des bases (non imposé par la double hélice) Cycles aromatiques séparés d’environ 4 Å Interactions hydrophobes et interactions VanderWaals => qui stabilise également le brin ou db Liaisons H. Solvatat° d P(chargé neg) ou force ionique -> charge neg (a chaque nucléotide) tt au long hélice vas crer une force de repuls° (Constructions PDBviewer banque personnelle) ions (cations) vont jouer le role de contre-ion tt le long de l'hélice pr la stab Pr S. MARY –NUCLEOTIDES & ACIDES NUCLEIQUES– PASS _ UE2 Octobre 2024  3. L’hélice d’ADN -> 3.4 Stabilité 3.4.2 Influence des paramètres du milieu -pH (cf § 2.3) -Température : ADN sb = courbe de fusion = courbe de dénaturation … renaturation possible courbe sigmoide -> par retour LENT à T° ambiante -> réassociation des 2 brins A = point de fusion = T° de ½ dénaturation ADN db 220 260 300(nm) effet HYPERCHROME NB : dénaturation équivalente obtenue avec Pr S. MARY –NUCLEOTIDES & ACIDES NUCLEIQUES– PASS _ UE2 Octobre 2024 Urée 6M  3.4 Stabilité -> Influence du milieu (suite..) Tm = 81.5+ 16.6 (log10 [Na+] + 0.41 [(G+C)/N] - (600/N) Force ionique (=cations du milieu) Longueur du brin Proportion de liaisons H d’AN + + + + + + formule simplifiée du Tm + à connaître : + Tm = 69,5 + 0,41 (% GC) Reproduction ou diffusion totale ou partielle dans tout autre contexte strictement interdite sous peine de poursuites. Tous droits réservés © l’auteur Pr S. MARY –NUCLEOTIDES & ACIDES NUCLEIQUES– PASS _ UE2 Octobre 2024  3. L’hélice d’ADN -> 3.4 Stabilité 3.4.3 Sensibilité aux UV Cf. § 2.2 bases modifiées 3.4.4 Sensibilité à l’hydrolyse ADN versus ARN : sensibilité à l'hydrolyse chimique à pH basique extrème A pH acide : les liaisons osidiques sont coupées à pH4 sur les nucléotides à purine.. (ADN apurinique) A pH 1 : tout est coupé (liaison ester-phosphate, liaisons osidiques 3.4.5 Sensibilité aux nucléases = hydrolyse enzymatique Reproduction ou diffusion totale ou partielle dans tout autre contexte strictement interdite sous peine de poursuites. Tous droits réservés © l’auteur Pr S. MARY –NUCLEOTIDES & ACIDES NUCLEIQUES– PASS _ UE2 Octobre 2024  Biochimie Structurale Les acides Nucléiques 4. ARN Pr S. MARY –NUCLEOTIDES & ACIDES NUCLEIQUES– PASS _ UE2 Octobre 2024  4. ARN -> 4.1 Généralités sous peine de poursuites. Tous droits réservés © l’auteur Reproduction ou diffusion totale ou partielle dans tout autre contexte strictement interdite Généralités structurales pour tous les ARN Le désoxyribose de l’ADN est remplacé par le ribose dans l’ARN La thymine (T) de l’ADN est remplacée par l’Uracile (U) L’ARN peut s’apparier avec un ARN complémentaire (appariements intermoléculaires : AU ou GC ou Wobble) Les ARN sont généralement simple brin Nous observeront toutefois des zones d’appariements intramoléculaires AU ou GC : « tiges » structurées en hélice ! Des interactions ARN-protéines peuvent se créer : RNP Complexes RiboNucléoProtéiques Pr S. MARY –NUCLEOTIDES & ACIDES NUCLEIQUES– PASS _ UE2 Octobre 2024  4. ARN -> 4.2 Principaux types structuraux sous peine de poursuites. Tous droits réservés © l’auteur Reproduction ou diffusion totale ou partielle dans tout autre contexte strictement interdite ARNt (de transfert) « ceux qui apportent les acides-aminés » 10 à 20 % des ARNs Structure secondaire en « trèfle » / en « L ») Possède des bases atypiques ! Rôle majeur dans la traduction Transcription par l’ARN polymérase III Pr S. MARY –NUCLEOTIDES & ACIDES NUCLEIQUES– PASS _ UE2 Octobre 2024  Récapitulatif de nomenclature n°13 => pas apparier du tt ss forme de tige : rose bleu vert jaune =>complémentarité d bases les tiges se structure en "hélice" 67 Reproduction ou diffusion totale ou partielle dans tout autre contexte strictement interdite Prsous peine–NUCLEOTIDES S. MARY de poursuites.&Tous droits ACIDES réservés © l’auteur NUCLEIQUES– PASS _ UE2 Octobre 2024 4. ARN -> 4.2 Principaux types structuraux-> ARNt Singularités structurales des ARNt 1. se terminent tous (en 3’) par CCA (tige acceptrice) ! 2. Branchement post-transcription d’un acide aminé par une estérification de la fonction OH libre (en C2’ ou en C3’) avec la fonction acide d’un acide aminé. 5’ (estérification adénosine en C3’ sur un ARNt AMP P A activé (vu au § 2.7) + ARNt (libre) 3’ Aminoacyl ARNt-synthétase Amino-acyl AMP 3’ Aminoacyl-ARNt 68 Pr S. MARY –NUCLEOTIDES & ACIDES NUCLEIQUES– PASS _ UE2 Octobre 2024 => ARNt chargé  AA+ATP -> Aminoacyl-AMP +PP Aminoacyl-AMP + ARNt -> ARNt chargé + AMP Mécanisme similaire dans l’activation d’un AGL sous peine de poursuites. Tous droits réservés © l’auteur AGL+ATP -> Acyl adénylate+PP Acyl adénylate + CoA -> acyl CoA + AMP Reproduction ou diffusion totale ou partielle dans tout autre contexte strictement interdite JP. CRISTOL/Lipides 69 Pr S. MARY –NUCLEOTIDES & ACIDES NUCLEIQUES– PASS _ UE2 Octobre 2024  4. ARN -> 4.2 Principaux types structuraux ARNm (messagers) « ceux qui portent la conversion des gènes codant les protéines » 2 à 5 % de l’ARN total très hétérogènes en séquence Longueur : 400 à 6000 nucléotides Rôle : support temporaire de l’information génétique pour la synthèse des protéines structures secondaires : tiges-boucles ; épingle à cheveux… A Transcription par l’ARN pol II Stabilité faible (fragile !!!) = le moins abondant mais présente le taux de transcription le plus élevé (!!) Pr S. MARY –NUCLEOTIDES & ACIDES NUCLEIQUES– PASS _ UE2 Octobre 2024  sous peine de poursuites. Tous droits réservés © l’auteur Reproduction ou diffusion totale ou partielle dans tout autre contexte strictement interdite Pr S. MARY –NUCLEOTIDES – Nucléotides S. MARY & et acides nucléiques ACIDES NUCLEIQUES– – 2012 PASS _ UE2 Octobre 2024 (Construction PDBviewer banque personnelle)  4. ARN -> 4.2 Principaux types structuraux-> ….ARN messager Singularités structurales de l’ARNm mature 1. Polyadénylation (Cf cours transcript° et maturat° cornillot) 2. Branchement d’un groupement par liaison anhydride d’acide sur extrémité 5’triP nucléotide guanylique original CH3 (base méthylée en position 7) La CAP ou Coiffe Reproduction ou diffusion totale ou partielle dans tout autre contexte strictement interdite sous peine de poursuites. Tous droits réservés © l’auteur Pr S. MARY –NUCLEOTIDES & ACIDES NUCLEIQUES– PASS _ UE2 Octobre 2024 4. ARN -> 4.2 Principaux types structuraux ARNr (ribosomaux) 80 à 85% de l’ARN total plusieurs centaines de copies identiques dans notre génome (120 à presque 2000 nucléotides de longueur) catalyseurs enzymatiques (=ribozymes) Prix Nobel découverte :Tom Cech & Sidney Altman (1989) structures secondaires et tertiaires originales et complexes (ex : tête de marteau) Eucaryotes (4 types) : 5S 5,8S 18S 28S (Svedberg) Procaryotes (3 types) : 5S 16S 23S assemblage en unités fonctionnelles complexes (=ribosomes : exemple de RNP) Transcription ARN polymérase I [exception : 5S  pol III] Pr S. MARY –NUCLEOTIDES & ACIDES NUCLEIQUES– PASS _ UE2 Octobre 2024  4. ARN -> 4.3 Les autres types d’ARN sous peine de poursuites. Tous droits réservés © l’auteur Reproduction ou diffusion totale ou partielle dans tout autre contexte strictement interdite < 2% du total participent à la maturation ou à la stabilité des autres ARN snARN « small nuclear » éléments constitutifs du « Spliceosome » ARN interférents ARN régulateurs se liant aux ARNm et permettant de contrôler leur traduction ou leur dégradation mi-ARN (naturels) : « micro-ARN » si-ARN (synthétiques) : « silence interfering (with) RNA » « short interfering RNAs » Reproduction ou diffusion totale ou partielle dans tout autre contexte strictement interdite sous peine de poursuites. Tous droits réservés © l’auteur Pr S. MARY –NUCLEOTIDES & ACIDES NUCLEIQUES– PASS _ UE2 Octobre 2024 (le mécanisme proprement dit d’ARN interférence ne doit pas être étudié dans le détail ; toutefois, pour la petite histoire : …..) Andrew Z. Fire  les micro-ARN représentent ~ 0.5-1% du génome les ARN interférents sont générés à partir d’un pré micro-ARN double brin (qui sera ensuite clivé par une enzyme appelée Dicer..)  RISC (RNP): « RNA induced silencing complex » s’assemble ! Prix Nobel Medecine 2006 pour découverte ARN Cette interférence assurée par ~ 2500 micro-ARN (découverts à ce interférents jour) ciblerait régulation fine de l’expression de 50% de notre génome !  fort impact médical : l’interférence participerait à la défense contre les virus… Anomalies d’expression et cancers…(signatures/pronostic/réponse aux traitements…) 75 Craig C. Mello Pr S. MARY –NUCLEOTIDES & ACIDES NUCLEIQUES– PASS _ UE2 Octobre 2024  La propagation du flux de noyau l’information biologique se fait grâce à différents Autoreplication du polymére de nucléotides languages chimiques (=replication) ADN = transcription Division, cellules filles ARNm = traduction Activité biologique Reproduction ou diffusion totale ou partielle dans tout autre contexte strictement interdite sous peine de poursuites. Tous droits réservés © l’auteur Pr S. MARY –NUCLEOTIDES & ACIDES NUCLEIQUES– PASS _ UE2 Octobre 2024  M. TAULAN L’ensemble de ce document est protégé. Reproduction ou diffusion totale ou partielle dans tout autre contexte strictement interdite sous peine de poursuites. Tous droits réservés © l’auteur Pr S. MARY –NUCLEOTIDES & ACIDES NUCLEIQUES– PASS _ UE2 Octobre 2024