BIO 1101 - La structure de l'ADN - PDF

BIO 1101 Chapitre 1 : La structure de l'ADN 1. Les atomes, liaisons chimiques et molécules Atome : - Veut dire indivisible. - Est la plus petite unité possédant les propriétés d'un élément (chaque élément est constitué d'un type d'atome qui lui est propre) - Constitué de + de 200 pa...

BIO 1101 Chapitre 1 : La structure de l'ADN 1. Les atomes, liaisons chimiques et molécules Atome : - Veut dire indivisible. - Est la plus petite unité possédant les propriétés d'un élément (chaque élément est constitué d'un type d'atome qui lui est propre) - Constitué de + de 200 particules dont le neutron, le proton (+) et électron (-) - Son noyau est formé à l'aide du neutron et du proton Les électrons autour d'un noyau atomique sont organisés en couches ou niveaux d'énergie. Chaque couche correspond à un nombre quantique principal ( n ) (1, 2, 3, etc.). Chaque couche ( n ) est divisée en sous-couches (s, p, d, f).  La dernière couche voir le dernier niveau d'énergie, est la couche de valence. La couche de valence : - permet des interactions entre les atomes et des liaisons chimiques - peut avoir maximum 2 ou 8 électrons Utilisez la formule ( 2n\^2 ) pour déterminer le nombre maximal d'électrons que la couche peut contenir. - Pour ( n = 1 ) : ( 2 \\times 1\^2 = 2 ) électrons. - Pour ( n = 2 ) : ( 2 \\times 2\^2 = 8 ) électrons. - Pour ( n = 3 ) : ( 2 \\times 3\^2 = 18 ) électrons. - Pour ( n = 4 ) : ( 2 \\times 4\^2 = 32 ) électrons. - Le nombre de protons = au nombre d'électrons pour un atome donné - Ce n'est pas l'équivalent d'être énergétiquement stable (- de mouvement = + de stabilité) La formation d'une liaison chimique entre 2 atomes dégage de l'énergie ( - de mouvement) Briser une liaison, il faut fournir de l'énergie (les 2 atomes retournent à leur mouvement initial) Les liaisons **covalentes** sont des types de **liaisons chimiques** où **deux atomes** **partagent des électrons**. Elles peuvent être classées en deux catégories principales : **Liaisons covalentes non polaires** : Dans ce type de liaison, les **électrons** sont **partagés de manière égale entre les atomes**. Cela se produit généralement lorsque les atomes impliqués ont des électronégativités similaires.  **Liaisons covalentes polaires** : Ici, les électrons sont partagés de **manière inégale** entre les atomes, car l'un des atomes a une électronégativité plus élevée que l'autre. Cela crée une distribution inégale de la charge électrique, avec une partie de la molécule légèrement positive et l'autre légèrement négative.  Les chaînes carbonées : - Sont formées par des atomes de carbone reliés entre eux par des liaisons **covalentes non polaires** - Servent de base pour la formation de diverses molécules organiques. - Les atomes de carbone peuvent s'associer entre eux par des liaisons doubles, simples, triples et finissent par former des **chaînes parfois longues et rectilignes, ramifiées ou cycliques (Ce sont les squelettes des macromolécules biologiques)** - Forment ces squelettes - **Peuvent faire des liens avec d'autres molécules (ex : formation de tissus, de groupements fonctionnels)** Les diverses propriétés d'une molécule organique dépendent des autres atomes qui s'y lient. L**es groupements fonctionnels sont les groupements d'atomes qui participent le plus aux réactions chimiques des molécules organiques**. Ils contiennent des liaisons covalentes polaires et ils sont parfois ionisés. [[Une **liaison ionique** est un type de liaison chimique où un ou plusieurs électrons sont transférés d'un atome à un autre, créant ainsi des ions de charges opposées qui s'attirent mutuellement^1^](https://www.alloprof.qc.ca/fr/eleves/bv/sciences/les-liaisons-covalente-et-ionique-s1070)[^2^](https://fr.wikipedia.org/wiki/Liaison_ionique)]. Quel est l'avantage de posséder des liaisons covalentes polaires, par rapport aux liaisons covalentes non polaires ? **Pour l\'équilibre énergétique= efficacité= stabilité entre les molécules= bon fonctionnement** Les liaisons covalentes polaires peuvent rendre les molécules plus réactives. [[La différence de charge partielle crée des sites réactifs sur la molécule, facilitant les réactions chimiques^2^]](https://bing.com/search?q=avantage+des+liaisons+covalentes+polaires+par+rapport+aux+liaisons+covalentes+non+polaires). Une macromolécule : - Structure 3D dont la forme dépend de la séquence - Les différents monomères se lient par des liaisons covalentes - La structure 3D est stabilisée par des liaisons covalentes et non covalente La **survie de la cellule** **dépend** des **nombreuses interactions entre les molécules qui la composent**. En général, elles vont interagir ensemble par des **liaisons non covalentes**. \+ les deux molécules s'assemblent bien (la complémentarité), + elles forment des liens non covalents entre elles. ¬. Ce sont des **interactions de faible énergie**, mais elles peuvent être nombreuses 1956= Création du dogme central  2. La structure de l'ADN - Sucre + base azotée + gr. Phosphate - Peut avoir entre 1 à 3 P (mono, di, triphosphate) - Molécule organique Nucléoside : - Sucre + base azotée - Molécule organique La différence entre ADN et ARN réside dans le sucre. Purines : -  Incluent deux des bases azotées de l'ADN et de l'ARN : l'adénine (A) et la guanine (G) - Production d'énergie Pyrimidines : - Cytosine et Thymine Uracile remplace la thymine dans l'ARN.  La polymérisation d'ADN nécessite un apport en nucléotides (3-p). Mais pourquoi ? Car : -  La polymérisation de l'ADN nécessite de l'énergie. Cette énergie est fournie par l'hydrolyse des deux groupes phosphate supplémentaires présents dans les dNTPs (nucléotide). [[Lorsque ces groupes phosphate sont libérés, ils fournissent l'énergie nécessaire pour la formation de la liaison phosphodiester^2^]](https://fr.wikipedia.org/wiki/ADN_polym%C3%A9rase). -  Les nucléotides, spécifiquement les désoxyribonucléotides triphosphates (dNTPs), sont les unités de base qui sont ajoutées au brin d'ADN en croissance. [[Chaque nucléotide fournit un groupe phosphate pour former la liaison phosphodiester avec le nucléotide précédent, ce qui est crucial pour l'élongation de la chaîne d'ADN^1^]](https://www.ecole-adn.fr/uploads/2011/10/cours-PCR-C-SIATKA-COMPLET.pdf) - Les ADN polymérases utilisent les nucléotides pour vérifier et corriger les erreurs pendant la réplication. [[La complémentarité des bases nucléotidiques permet à l'ADN polymérase de s'assurer que chaque nucléotide ajouté est correct, minimisant ainsi les erreurs dans la séquence d'ADN^3^]](https://www.studysmarter.fr/resumes/biologie/svt/adn-polymerase/) Fonctions des nucléotides : - Les nucléotides sont une source d'énergie chimique via la liaison entre les groupements phosphate facilement hydrolysable. Exemple : ATP - Association avec différents groupements chimiques pour former des coenzymes. - Molécules de signalisation intracellulaire ou second messager.  La polymérisation : - L'ADN est un polymère (macromolécule composée de plusieurs monomère) de nucléotides. La polymérisation se fait grâce à **la formation du lien phosphodiester** qui **relie les deux sucres de deux nucléotides différents via le groupement phosphate** - Nécessite une enzyme (**polymérase=** synthèse des acides nucléique comme ADN et ARN ) et un apport en **nucléotides triphosphate** Chaque nouveau nucléotide est ajouté sur **le carbone 3'**(sucre) du nucléotide précédant et une molécule du **pyrophosphate est libérée**. Le **pyrophosphate** (PPi) est un composé chimique formé par la condensation de deux molécules de phosphate. [[Il joue un rôle crucial dans divers processus biochimiques, notamment dans le transfert d'énergie au sein des cellules^1^](https://fr.wikipedia.org/wiki/Pyrophosphate)[^2^](https://en.wikipedia.org/wiki/Pyrophosphate)]. [[Il est souvent produit lors de l'hydrolyse de l'ATP]](https://en.wikipedia.org/wiki/Pyrophosphate) ¬ **La polymérisation se déroule du 5' vers 3**' (flèche verte ) La charge négative à pH neutre sur le gr. p. confère une charge globale négative à l'ADN une fois la molécule polymérisée. Polymérisation perdu deux phosphates qui va être libéré = charge négative de l\'adn Les liaisons phosphodiesters entre les nucléotides assurent la polymérisation de la charpente sucre-phosphate d'un brin d'ADN.  Les chaines de nucléotides ont a leurs extrémités **un groupe phosphate C5'** et un **groupe hydroxyle libre C3',** a partir duquel l'élongation, peut se poursuivre. Comme les sucres sont identiques mais que les bases diffères alors **la séquence est identifiée avec les bases du 5' vers 3'** Adénine -- thymine (A-T) : 2 liens H Cytosine- Guanine (C-G) : 3 liens H Les liaisons hydrogènes assurent la formation de la structure secondaire bicaténaire de l'ADN. **Liaisons H sont faibles, mais leur grand nombre donne beaucoup de stabilité à l'ensemble.** **La complémentarité des bases azotées est essentielle à la réplication de l'ADN**.  c\) Les caractéristiques de l'ADN **La complémentarité et l'effet antiparallèle** Pour **former des ponts H** entre les nucléotides (leurs bases) : o Il faut avoir un **couple compatible**: A ne peut lier que T (avec 2 liens H), et G ne peut lier que C (avec 3 liens H) o Même dans les couples compatibles, les liens H ne se forment que si l'orientation des deux nucléotides est **antiparallèle** (c'est à dire C5' de l'un en face du C3' de l'autre). **Chaines hélicoïdales** **Les sillons majeurs et mineurs sont formés à cause de l'angle entre 2 liens glycosidiques d'un couple de nucléotides.**   **1.3. La dénaturation et l'hybridation** **Dénaturation: perte de la structure quaternaire, tertiaire ou secondaire présente dans la forme « native» de la molécule.** **Les nucléotides sont assemblés par des liens covalents phosphodiesters forts Les chaînes antiparallèles sont maintenues ensemble par des liens H faibles** Si on c**hauffe** (ou applique un traitement alcalin) une **molécule d'ADN double brin**(bicaténaire): on **brise les liens H** et on obtient 2 chaînes à un brin(monocaténaire) ayant leurs liens phosphodiesters intacts = **la dénaturation.** Lorsque la température redescend, les brins se réassocient selon la complémentarité de leurs bases ¬ **l'hybridation** (renaturation)= réformation des liens H L'hybridation peut se faire entre les deux brins initiaux OU, avec d'autres molécules monocaténaires d'ADN ou d'ARN ajoutées dans la solution : **l'hybridation est possible entre un brin de départ et un brin ajouté.** **Cette propriété permet de détecter la présence d'une séquence spécifique dans un échantillon.**   **Température d'hybridation : C'est la température à laquelle les brins d'ADN s'apparient. Si la température est trop basse, les brins peuvent s'apparier de manière non spécifique, c'est-à-dire avec des séquences qui ne sont pas parfaitement complémentaires. Si la température est trop élevée, les brins ne s'apparieront pas du tout.** **Température de dénaturation : C'est la température à laquelle les deux brins d'ADN se séparent. Plus cette température est élevée, plus les liaisons entre les bases complémentaires sont fortes.** **Spécificité de l'hybride : Cela signifie que les brins d'ADN s'apparient uniquement avec leurs séquences complémentaires exactes.** **Donc, la phrase signifie que plus la température d'hybridation est élevée (proche de la température de dénaturation), plus l'appariement entre les brins d'ADN sera spécifique. [[En d'autres termes, à des températures élevées, seuls les brins parfaitement complémentaires s'apparieront, ce qui augmente la spécificité de l'hybridation^1^](https://fr.wikipedia.org/wiki/Hybridation_de_l%27ADN)[^2^](https://www.supagro.fr/ress-tice/PCR/1/co/hybridation.html)]**