Chapitre V : Les Acides Nucléiques PDF

Chapitre V : Les Acides Nucléiques 1 Chapitre V : Les Acides Nucléiques 2 Chapitre V : Les acides nucléiques 1.Introduction...

Chapitre V : Les Acides Nucléiques 1 Chapitre V : Les Acides Nucléiques 2 Chapitre V : Les acides nucléiques 1.Introduction 1 – Introduction : 2. Les constituants des Acides Nucléiques 2.1-Pentose et groupement phosphate 2.2-La base Une cellule Eucaryote 2.3 Nomenclature des Acides Nucléiques 3.Structure primaire 3.1-Écriture des séquences d’acides nucléiques 3.2-ADN et information génétique 4.Structure secondaire 4.1 Découverte de la double hélice! 4.2 Modèle de la double hélice de Watson-Crick 4.3 Règle de Chargaff 5.Structure tertiaire 6.Propriétés physicochimiques 7.Analyse des acides nucléiques https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2023/ Chapitre V : Les Acides Nucléiques 3 Chapitre V : Les Acides Nucléiques 4 Chromosome 1 – Introduction : Télomère Noyau La nature des Acides Nucléiques 1 Centromère Télomère ü Il existe 2 types d’acides nucléiques : Chromatide Cellule ü………. : Acide DésoxyriboNucléique Le ………… d’un être vivant (organisme ou cellule) est ü………. : Acide RiboNucléique constitué d’ADN. Histones Paires de base Chez les eucaryotes l’ADN Double Chez tous les organismes vivants! comprend les chromosomes Hélice et l’ADN mitochondrial (et l’ADN des chloroplastes chez les plantes). Chapitre V : Les Acides Nucléiques 5 Chapitre V : Les Acides Nucléiques 6 2. Les constituants des Acides Nucléiques : 2. Les constituants des Acides Nucléiques : 21,2 ADN et ARN sont des polynucléotides. ü Un acide nucléique est constitué de - ARN contient comme pentose, le ……………. nucléotides, - ADN contient comme pentose, le ………………………. ARN ADN Ø ……………….. est lui-même constitué de 3 Extrémité 5’ Extrémité 5’ éléments : Liaison Liaison Base azotée Phospho- diester Phospho- diester Pentose Groupement phosphate Extrémité 3’ Extrémité 3’ Copyright © 2013 Pearson Canada Inc. Chapitre V : Les Acides Nucléiques 7 Chapitre V : Les Acides Nucléiques 8 2. Les constituants des Acides Nucléiques : 2-2. La base : 2abcd 2-1. Pentose et groupement phosphate : Dans les nucléotides, il existe 2 types possibles de bases hétérocycliques qui sont des dérivés de la purine et de la pyrimidine. Liaison …………………… les bases dites pyrimidiques Liaison b- les bases dites puriques 2’-Désoxyribose …………………… Unité d’un acide Unité d’un acide ribonucléique : ARN 2’-désoxyribonucléique : ADN Copyright © 2013 Pearson Canada Inc. Chapitre V : Les Acides Nucléiques 9 Chapitre V : Les Acides Nucléiques 10 a)-Bases pyrimidiques : b)- Bases puriques : Elles possèdent toutes, Elles possèdent toutes : ü un cycle pyrimidine ü un noyau purine ü divers substituants qui viennent se greffer sur ce cycle. ü divers substituants qui se greffent sur ce noyau HO Les bases pyrimidiques (formes HO Les bases puriques (formes tautomères C - 0H) 6 7 tautomères C -OH) 5 N 4 5 1N N3 8 3 9 NH2 2 OH 2 4 NH 1 6 N HO N CH3 NH2 OH N N Hypoxanthine N N N N Uracile - 2 Cycle HO N (ARN) HO N - 1 Cycle N - 1 OH N N H H2N N H Cytosine - 2 OH Adénine Guanine Thymine (ADN/ARN) (ADN) (ADN/ARN) (ADN/ARN) Chapitre V : Les Acides Nucléiques 11 Chapitre V : Les Acides Nucléiques 12 C)-Tautomérie des bases pyrimidiques : d)- Tautomérie Bases puriques Au pH physiologique, la forme C=O l’emporte sur la forme C-OH , tandis que la forme C-NH2 (par exemple dans la OH cytosine) l’emporte sur la forme C = NH NH2 N N N N O HO N NH H2N N NH HN N O Adénine Guanine NH HO N O O N CH3 NH H H H Uracile HN N N HN HN HN O N N Les bases puriques (formes H2N N O Les bases pyrimidiques N tautomères C = 0). N N H H formes tautomères C = 0 Cytosine Thymine Chapitre V : Les Acides Nucléiques 13 Chapitre V : Les Acides Nucléiques 14 Nucléosides Nucléotides 2.3 Nomenclature des Acides Nucléiques : 3 Liaison b-osidique C1’-N9 Liaison b-osidique Ou glycosidique ‘ ‘ Nucléoside : base + pentose C1’-N9 Nucléotide : base + pentose + phosphate C1’-N1 C1’-N1 Copyright © 2013 Pearson Canada Inc. Chapitre V : Les Acides Nucléiques 15 Chapitre V : Les Acides Nucléiques 16 Comment les polynucléotides 3.Structure primaire sont formés ? 4 STRUCTURE ET CARACTÉRISTIQUES De l’ADN ü Chaque monomère est Polynuléotide avec N résidus Convention de lecture d'un acide nucléique présenté sous forme NTP ü Comme pour les protéines, il existe des règles (différentes) pour être ajouté à la chaîne. de lecture pour les acides nucléiques. Désoxriboynuléotide Triphosphate ü Considérons les deux extrémités d'une chaîne d'acide ü Les enzymes catalysant de nucléique : telles réactions sont appelées des polymérases. – une extrémité contient le groupement phosphate avec deux fonctions acides libres, on l'appelle « ………………………. » – l'autre extrémité contient un OH libre en 3', sur l'ose, on l'appelle « …………………………… ». Copyright © 2013 Pearson Canada Inc. Polynuléotide avec N+1 résidus Chapitre V : Les Acides Nucléiques 17 Chapitre V : Les Acides Nucléiques 18 Comment les polynucléotides sont formés ? 3.1-Écriture des séquences d’acides nucléiques : 5 ü Considérant le fait que le squelette pentose-phosphate est une structure ü Chaque monomère est Polynuléotide avec N résidus universelle pour une molécule d’ADN ou une molécule d’ARN, on peut donc présenté sous forme NTP abrégé une molécule d’ADN : pour être ajouté à la chaîne. Désoxriboynuléotide Triphosphate ü Les enzymes catalysant de Cette notation montre : telles réactions sont 1. la séquence de nucléotides, par les lettres : ………………………………. appelées des polymérases. 2. Toutes les liaisons phosphodiesters sont entre hydroxyles et phosphates. 5’ 3. Cette molécule a un phosphate en extrémité 5’ et un hydroxyle en extrémité 3’. 4. Il s’agit bien d’une séquence d’ADN et non d’ARN, à cause de la présence de T, et non U. Copyright © 2013 Pearson Canada Inc. 3’ Copyright © 2013 Pearson Canada Inc. Polynuléotide avec N+1 résidus Chapitre V : Les Acides Nucléiques 19 Chapitre V : Les Acides Nucléiques 20 3.1-Écriture des séquences d’acides nucléiques : 3.2-ADN et information génétique : ü La structure primaire des acides nucléiques est généralement a)-Expérience de Avery et MacLeod (1944) écrite du 5’ vers le 3’. Lipases ü autres écritures condensées : Amylases ü 5’pApCpGpTpT3’ + Souche Souche Protéases Ou, plus simplement encore : non-virulente virulente morte ARNases ……………………………. ü ADNases ü L’importance d’une séquence d’ADN est soulignée par l’information génétique stockée dans la structure primaire d’ADN. ü Un gène est une séquence d’ADN particulière définie par une La substance chimique responsable de la transformation était de l’ADN information codée par un langage à 4 lettres où chaque « lettre » est une des 4 bases. Chapitre V : Les Acides Nucléiques Chapitre V : Les Acides Nucléiques * 21 22 3.2-ADN et information génétique : 6 4.Structure secondaire : b)-Expérience de Hershey et Chase (1952) 4.1 découverte de la double hélice! Phages marqués [35S]-protéines ou [32P]-ADN [35S]-protéines Séparation et analyse Infection du surnageant Centrifugation E.coli E.coli infectées Certains phages en milieu nutritif [32P]-ADN Avec [32P]-ADN Seul l’ADN du phage entre dans la cellule hôte. L’ADN est le support de l’information génétique Chapitre V : Les Acides Nucléiques 23 Chapitre V : Les Acides Nucléiques 24 * Image de diffraction au rayons X de l’ADN Nature, 25 Avril 1953 Maurice Wilkins Francis Crick et James Watson 0,34 nm Rosalind Franklin Photo du premier modèle de la double hélice Chapitre V : Les Acides Nucléiques 25 Chapitre V : Les Acides Nucléiques 26 4.Structure secondaire : 4.Structure secondaire : 4.2 Modèle de la double hélice de Watson-Crick 7 4.2 Modèle de la double hélice de Watson-Crick ü Dans le modèle double hélice de Watson–Crick, les appariements se Une vue latérale des paires de bases montre la distance de 0,34 nm font par paire de bases : ………………………… entre les paires de bases. o Noter que les appariements se font entre les formes tautomères Cette distance s’appelle la montée de l’hélice. cétones. o La paire AT est liée par 2 liaisons hydrogènes (flèches). o La paire GC est liée par 3 liaisons hydrogènes (flèches). – La complémentarité, structure double brin d’ADN, explique comment le matériel génétique peut être répliqué. Copyright © 2013 Pearson Canada Inc. Chapitre V : Les Acides Nucléiques 27 Chapitre V : Les Acides Nucléiques Thymidine 28 4.Structure secondaire : Adénosine Extrémité 5’ Extrémité 3’ 4.2 Modèle de la double hélice de Watson-Crick La molécule d’ADN telle que modélisée par Watson et Crick est représentée ici, chaque atome ayant son rayon de van der Waals. Ce modèle montre clairement à quel point les Squelette bases sont serrées dans l’hélice. Désoxyribose Notez l’emplacement des sillons majeurs et Phosphate mineurs. Extrémité 3’ Cytidine Copyright © 2013 Pearson Canada Inc. Guanosine Extrémité 5’ Chapitre V : Les Acides Nucléiques 29 Chapitre V : Les Acides Nucléiques 30 Modèle en double hélice de Watson-Crick 4.2 Modèle de la double hélice de Watson-Crick : 8 CARACTÉRISTIQUES DES 2 CHAINES Complémentaires D‘ADN, Ces deux chaînes ont 3 propriétés hélicoïdale essentielles : – ……………………………… – ……………………………… – ……………………… Antiparallèles Chapitre V : Les Acides Nucléiques 31 Chapitre V : Les Acides Nucléiques 32 5.Structure tertiaire : 4.3 Règle de Chargaff : 9 5.1 Structure tertiaire ADN : 10 La règle de Chargaff indique que l'ADN de n'importe quelle cellule ou de tout organisme doit avoir un rapport : Observation en microscopie électronique des bases puriques A+G structures tertiaires de l’ADN : = =1 bases pyrimidiques C +T entre les bases purines et les bases pyrimidiques et, comporte l'égalité suivante entre les pourcentages de paires de base : %A = %T et %G = %C La validation rigoureuse de cette règle constitue la base des Formes : I superenroulée II relachée III linéaire paires Crick-Watson dans la double hélice d'ADN. Circulaires Chapitre V : Les Acides Nucléiques 33 Chapitre V : Les Acides Nucléiques 34 5.2 Structure tertiaire d’ARN : 5.3- ADN eucaryotes – Chromosomes et nucléosomes : Molécules d’ARN sont ü L’ADNdb (db: double brin) généralement simple- chromosomique s’enroulent brin autour des protéines La plupart des ARN ………………… pour former des possèdent des régions ……………………... auto-complémentaires. ü Les nucléosomes sont Certains ARN ont des empaquetés (compactés) sérés structures tertiaires pour former un filament bien définies. hélicoïdal, une structure nucléosomes Copyright © 2013 Pearson Canada Inc. appelée chromatine. Chapitre V : Lesde Organisation Acides Nucléiques la Chromatine et des Chromosomes: 35 Chapitre V : Les Acides Nucléiques 36 6. Propriétés physicochimiques : 11 6.1-Dénaturation et Re-naturation de l’ADN : ü Duplex des 2 brins d’ADN (pH, de température et de force ionique) à rupture de liaisons hydrogène à les brins se séparent. La double hélice est ……………………. ü Si la température est la cause de dénaturation, on parle de T° de fusion (Tmelting = Tm) de la double hélice; ü Ce phénomène se traduit par une augmentation de l’absorbance à 260 nm, on parle d’effet ……………………. Chapitre V : Les Acides Nucléiques 37 Chapitre V : Les Acides Nucléiques 38 Changement Structural durant la …………………….. 12 d’ADN (fusion = melting) et son hybridation Effet hyperchrome Dénaturée Phase Phase chauffage lente rapide Native Native Dénaturée ADN dénaturé ADN re-naturé Longueur d’onde Température Duplex ADN natif L’hypochromicité de l’ADNdb peut être utilisée pour distinguer entre les formes native et dénaturée. Chapitre V : Les Acides Nucléiques 39 Chapitre V : Les Acides Nucléiques 40 Courbe de dénaturation de l ’ADN Dénaturation de l’ADN Des ADNs avec des séquences différentes possèdent des Tm différents. Native Dénaturée Tm est élevé pour ADN contenant plus de paires GC ; Tm est Température également directement proportionnel à la force Avec l’augmentation de la température, la dénaturation ionique de la solution. de l’ADNdb augmente. Ce phénomène peut être suivi en Tm mesurant l’absorbance de l’ADN. Chapitre V : Les Acides Nucléiques 41 Chapitre V : Les Acides Nucléiques 42 6.2.Propriétés spectrales : 13 7.Analyse des acides nucléiques : 7.1-Hydolyse des A.N. : Les noyaux hétérocycliques des bases sont des structures aromatiques avec des doubles liaisons capables d’absorber a- Hydrolyse acide – base : à une longueur d’onde inférieure à 300 nm (UV). Loi de Beer- Lambert: Hydrolyse par un acide ou une base; Absorbance A = ε. L. C Un acide : ε : coefficient d’absorption en – Hydrolyse l’ADN (des liaisons glycosidiques des l. mol-1.cm-1; purines) L, trajet optique Une base : en cm l (nm) – Hydrolyse l’ARN C, Concentration en mol.l-1 Chapitre V : Les Acides Nucléiques 43 Chapitre V : Les Acides Nucléiques 44 7.Analyse des acides nucléiques : 7.1-Hydolyse des A.N. : b- Hydrolyse enzymatique : ü “endo” sont des nucléases qui clivent au milieu de l’ADN; ü Les acides nucléiques sont hydrolysés par des …………………. ; ü “exo” sont des nucléases qui clivent à partir des extrémité. nucléases appartiennent à la classe des phosphodiestérases ; ü Désoxyribonucléases : Dnases, agissent sur ADN; ü Clivage du côté 3’ par les nucléases du type “a” ü Ribonucléases : Rnases, agissent sur ARN. ü Clivage du côté 5’ par les nucléases du type “b” T A G C C T A G C C P P P P P OH P P P P P OH 5’ 3’ 5’ a b 3’ a b Chapitre V : Les Acides Nucléiques 45 Chapitre V : Les Acides Nucléiques 46 7.2-Analyse d’ADN par électrophorèse en gel Endonucléases Restriction Type II d’agarose : 14 ------------- un exemple (endonucléase) enzyme de restriction EcoRI reconnaissant 6 pb: Séparation de fragments d’ADN 5’- GAATTC -3’ 5’p-GOH-3’ 5’-pAATTC-3OH’ EcoRI ADN linéaire 3’- CTTAAG -5’ 3’HO-CTTAAp-5’ 3’-HOG-p5’ ADN circulaire Enzymes de restriction du Type II sont largement utilisées technologie ADN recombinant pour clonage +++++++++ ou séquençage du génome. Chapitre V : Les Acides Nucléiques 47 Chapitre V : Les Acides Nucléiques 48 7.3-Détection de l’ADN par un Agent Intercalant (déforme) la double Hélice : Bromure d’éthidium (EtBr) Objectifs : - Structures des bases, nucléotides, ADN Marqeurs de masse moléculaire ADN - Appariement Crick-Watson et double 0.5 1 2 4 0.5 1 2 4 microL hélice - propriétés ADN et analyse 2,5 5 10 20 ng 2,5 5 10 20 ng GelRed Et Br 1% Agarose/ tampon TAE à 80 volts