Organisation du matériel génétique chez les procaryotes et les eucaryotes PDF

# Organisation du matériel génétique chez les procaryotes et chez les eucaryotes : ## Les nucléotides : - les travaux de Kornberg révélèrent que les précurseurs de l'ADN étaient des nucléotides. - Les nucleotides sont de petites molécules formées par l'association de 3 constituants distincts:...

# Organisation du matériel génétique chez les procaryotes et chez les eucaryotes : ## Les nucléotides : - les travaux de Kornberg révélèrent que les précurseurs de l'ADN étaient des nucléotides. - Les nucleotides sont de petites molécules formées par l'association de 3 constituants distincts: - une base, composé cyclique portant un ou des groupements azotés - un sucre à 5 carbones ou pentose - un ou plusieurs groupements phosphate liés au sucre - La classification des différents nucleotides peut se faire en 2 groupes selon la nature de leur sucre. Dans chacun de ces deux groupes, plusieurs nucleotides se distinguent par la nature de leur base. - En formant des polymères, appelés acides nucléiques, les nucléotides jouent un rôle crucial dans la conservation du patrimoine génétique et des informations nécessaires à la synthèse des protéines. - A l'état monomérique, ils jouent aussi un rôle majeur dans la fourniture d'énergie chimique et la transmission des signaux cellulaire. ## Les constituants du nucléotide : - Un nucléotide est constitué de l'enchainement de 3 éléments : une base, un pentose et un acide phosphorique ### La base: - Les bases nucléotidiques sont des composés cycliques azotés qui se distinguent par la nature et le nombre de leur(s) cycle(s) (hexagonal ou pentagonal) et le nombre d'atomes d'azote par cycle. - Parmi les principales bases azotées cycliques (pyridine, pyrimidine, imidazole ou purine), seules les bases pyrimiques et puriques rentrent dans la composition des nucleotides cellulaires. #### Bases pyrimidiques: - **Elles sont formées d'un cycle hexagonal à 4 carbones et 2 azotes.** - **Différents substituants viennent se greffer sur ce cycle commun à toutes les bases pyrimidiques au niveau des carbones 4 (substituant R1) et 5 (substituant R2). Ces substituants R1 et R2 sont des groupements H, O, NH2 ou CH3.** - Les bases pyrimidiques sont la Cytosine, la thymine et l'uracile. #### Bases puriques: - **Elles sont formées de l'accolement d'un cycle hexagonal à 4 carbones et 2 azotes et d'un cycle pentagonal à 3 carbones et 2 azotes.** - **Différents substituants viennent se greffer sur le cycle hexagonal de l'hétérocycle commun à toutes les bases puriques au niveau des carbones 2 et 6.** - Les bases puriques sont l'adénine et la guanine. ### Le pentose: - Le pentose est un sucre simple à 5 carbones. Ces carbones sont numérotés de 1 à 5. - On numérote les atomes de carbone du pentose lié à la base cyclique azotée avec des « primes » pour éviter les confusions avec les numéros des bases (C1', C2', etc.). - Dans les nucléotides, 2 types de pentoses sont identifiés: le ribose et le désoxyribose. ### L'acide phosphorique: - L'acide phosphorique est un tri-acide. Ce groupement phosphate rend donc le nucléotide chargé négativement. - Dans un nucléotide libre, l'acide phosphorique est lié au sucre par une de ses fonctions acides. C'est le groupement hydroxyle (OH) du carbone 5' du pentose qui forme la liaison covalente. Le nucléotide libre peut contenir un, deux ou trois groupements phosphates. On parle alors de nucléotide mono-, di- ou triphosphate. ## Nomenclature des unités nucléotidiques: - Chaque base peut entrer dans la structure de deux nucléosides, selon que le sucre est un ribose ou un désoxyribose. - Chaque nucléoside peut être lié à un, deux ou trois phosphates. On les désigne par des sigles conventionnels : GMP pour guanosine monophosphate, CDP pour cytidine diphosphate, ATP pour adénosine triphosphate, TMP pour thymidine monophosphate, etc... - On désigne par nucléotides les nucléosides monophosphates: AMP ou acide adénylique, dTMP ou acide désoxythymidylique, etc... - Les nucléosides polyphosphates sont des diphosphates : ADP ou GDP... ou encore des triphosphates, les plus riches en énergie : ATP ou GTP; etc... - Les acides nucléiques sont formés par une polycondensation de nucléotides AMP, CMP, GMP et UMP pour les acides ribonucléiques, dAMP, dCMP, dGMP et dTMP pour les acides désoxyribonucléiques. ## Structure de l'acide désoxyribonucléique (L'ADN) : - Les molécules d'ADN sont formées de deux chaînes dont les nucléotides sont hybridés deux à deux sur toute la longueur de manière complémentaire. - Les deux chaînes sont antiparallèles, c'est à dire que l'extrémité 5' de l'une est du côté de l'extrémité 3' de l'autre. - Les bases azotées liées par les liaisons hydrogènes sont tournées vers l'intérieur, tandis que les désoxyriboses et les acides phosphoriques, hydrophiles sont tournés vers l'extérieur. - La chaleur peut dissocier les deux chaînes : c'est la fusion du DNA. Cette fusion est réversible : les deux chaînes peuvent s'hybrider à nouveau. ## Structure secondaire de l'ADN : - La structure secondaire du DNA est telle que les deux brins sont enroulés l'un autour de l'autre. Chacun des deux brins est orienté (5'→3') dans le sens opposé à celui de l'autre brin (3'→5'). On dit qu'ils sont antiparallèles. - Les bases azotées sont tournées vers l'intérieur de la double hélice de façon à ce que chacune s'hybride avec une base de l'autre brin (A avec T, C avec G, etc..). On dit que les bases successives de chacun des brins sont complémentaires. - La double hélice a un « pas » de 3,4 nm c'est à dire qu'il y a environ 10 paires de nucléotides pour chaque tour d'hélice. ## Conformations de l'ADN : - Dans l'espace les deux chaines présentent une configuration hélicoïdale. Elles s'enroulent autour d'un axe imaginaire pour constituer une double hélice à rotation droite (Ex. Forme A et B) ou bien a rotation gauche (Ex. Forme Z). - Il existe plusieurs structures hélicoïdales de l'ADN jusqu'a présent, six formes ont été décrites (A→ E et Z), mais la plupart d'entre elles ont été trouvées dans des conditions expérimentales contrôlées. - Les différentes formes de l'ADN se distinguent par: - Nombre de paires de bases dans chaque tour d'hélice. - Pas de l'hélice (longueur) - Diamètre hélicoïdal de la molécule - Sens de la double hélice (droit, gauche). ### La forme B: - C'est la forme biologique la plus importante, elle correspond à la forme décrite par Watson et Crick en 1953. Cette forme est caractérisée par un pas (tour) d'hélice de 10.5 pb (34 Å) et un diamètre de 2,37nm. Elle est également caractérisée par la présence de deux sillons, le petit sillon et le grand sillon ### La forme Z: - Forme une double hélice à rotation gauche; nombre de paires de bases par tour d'hélice est de 12, le pas d'hélice est de 4.56 nm, et un diamètre de 1.8 nm. Cette forme présente les caractéristiques suivantes: - Le squelette présente une conformation en zigzag favorisée par un taux de GC élevé (moins lisse que l'ADN-B). - Il y a un seul sillon, qui ressemble au petit sillon de l'ADN-B - Les phosphates sont plus proches les uns des autres que dans l'ADN-B. - L'ADN-Z ne peut pas former de nucléosomes. - La transformation de l'ADN-B en ADN-Z se fait lors de la transcription des gènes (au site d'initiation de la transcription). ## Propriétés physiques de l'ADN : - L'ADN est chargé négativement. ## Température de fusion: - Si une solution d'ADN est chauffée, à une certaine température, les liaisons hydrogène qui assurent la cohésion des 2 brins appariés se rompent. On parle de fusion de l'ADN caractérisée par la température de fusion (Tm: melting temperature). - La dénaturation et la renaturation des brins d'ADN en solution sont des reconstitutions critiques pour diverses fonctions biologiques normales (réplication; transcription...etc.). ## L'ADN absorbe la lumière à 260 nm (UV): - Le chauffage des solutions d'ADN produit une augmentation d'absorbance à 260nm. Ce phénomène correspond à la dénaturation de l'ADN bicaténaire en 2 brins d'ADN monocaténaires, d'où le doublement de la densité optique. On peut caractériser la température de fusion de l'ADN notée Tm qui correspond à la température à la moitié du phénomène.