Caractristiques des acides nucliquesPubli le 19/12/2008 I) ADN 1) Structure des acides nucliques 2) Structure de lADN 3) Proprit de lADN 4) Le polymorphisme de lADN II) ARN 1) Structure des ARN 2) Les diffrents types dARN a) Les ARN messagers b) Les ARN de transfert c) Les ARN ribosomiques d) Les micros ARN et ARN interfrantsLes acides nucliques sont de deux types, lADN et les ARN. LADN ou acide dsoxyribonuclique est le support de linformation gntique. Les ARN ont soit un rle de support de linformation afin dtre traduit en protines (ARN messager), ou bien un rle structurale (ARN ribosomiques, ARN de transferts et autres petits ARN).LADN est situ dans le noyau mais il est galement mis en vidence dans la mitochondrie, les ARN eux sont situs dans le noyau et dans le cytoplasme (galement dans la mitochondrie). En effet lADN est transcrit en ARN dans le noyau, lui-mme traduit en protines dans le cytoplasme pour les ARN messager. LADN mitochondriale code pour 13 protines, 2 ARNr et 22 ARNt ; ces 13 protines servent toutes la synthse de lATP.Nous avons dit prcdemment que lADN est le support de linformation gntique, en effet il est divis en segments dADN qui correspondent des gnes (ou units de transcription) qui eux mme code pour une protine.I)ADN1)Structure des acides nucliquesLes acides nucliques sont constitus dacides phosphoriques, de pentoses et de bases azots. Lacide phosphoriqueest un triacide dont une fonction acide est dissocie permettant de donner une charge ngative lADN, et dont les deux autres peuvent former des liaisons phosphodiester. Lespentosessont des glucides cycliques 5 atomes de carbone qui sont sous forme de -D-ribofurane et sous forme dsoxy pour lADN. Lesbasessont des structures coplanaires prsentant une rsonnance grce leurs doubles liaisons conjugues. Elles sont de deux types : Les bases pyrimidiques : la cytosine, la thymine (ADN) et luracile (ARN). Les bases puriques : la guanine, ladnine et lhypoxanthine (prcurseur des bases puriques et prsent au niveau des ARNt,cf. chapitre traduction de lADN).Lassociation dune base et dun pentose par une liaison N-glycosidique est appele unnucloside. De cette manire les bases puriques rajoutent le suffixe osine et les bases pyrimidiques rajoutent le suffixe idine; on parle ainsi dadnosine, de guanosine, de cytidine, duridine et de thymidine. Lhypoxanthine est une exception et devient linosine.Attentionla cytosine est bel et bien une base et non pas un nucloside purique, malgr sa terminaison.Lassociation dun nucloside et de lacide phosphorique par une liaison phosphodiester en 5 du pentose est appele unnuclotide. On parle alors dadnylate (ou AMP pour adnosine monophosphate), de guanylate (ou GMP), de thymidylate (ou TMP) et de cytidylate (ou CMP).Lhypoxanthine est nouveau soumise exception, on parle de linosinate.2)Structure de lADNLADN est une molcule bicatnaire tant constitue de deux brins dirigs de manire antiparallle et associs en doubles hlices detype B. Il est constitu dautant de bases puriques que de bases pyrimidiques, en effet il y a autant dadnine que de thymine, et autant de guanine que de cytosine.Les deux brins sont lis grce des liaisons hydrognes prsentes entre toutes les bases de lADN : deux liaisons hydrognes entre les bases A et T, et trois liaisons hydrognes entre les bases G et C. Les forces dues ces liaisons hydrognes sont suprieures aux forces rpulsives quil y a entre les charges moins prsentes sur les deux brins de lADN.La double hlice de lADN a un diamtre de 20 (= 20 angstrm = 20.10-10 mtres), un pas de 34 qui correspond 10 nuclotides. Lhlice est dite droite car elle senroule droite en la regardant du haut vers le bas (comme une visse senfoncerait dans un mur) ; entre deux paires de bases on mesure un angle de 36. De plus la molcule dADN estdextrogyre, cest--dire quelle a la proprit de faire dvier le plan de polarisation de la lumire polarise vers la droite.Laxe des paires de bases ne passe pas par laxe de la double hlice : on aura donc une partie plus large, legrand sillon, et une partie plus petite, lepetit sillon. Le grand sillon est soumis des interactions diverses avec des molcules endognes et exognes.Les bases sont des molcules hydrophobes et planes empiles dans la molcule dADN et stabilises par des liaisons hydrophobes. Les riboses sont galement des molcules planes mais une disposition perpendiculaire.Lesdi-nuclotidessont des associations de deux nuclotides sur le mme brin de lADN et donc associ lun lautre par des liaisons phosphodiester. Attention les di-nuclotides nont rien voir avec des paires de bases. On pourra donner comme exemple lesdimres de thyminesqui sont trs stables ayant des liaisons hydrophobes supplmentaires. Ces dimres sont gnralement passagers, mais ils peuvent se fixer sous laction dUV (cf. chapitre Rparation de lADN). La fixation des dimres entrane des dformations de la molcule dADN.3)Proprits de lADNa)Solubilit :LADN devient un sel dacide en milieux aqueux et est ainsi soluble. Il prcipite en prsence dthanol et dune forte concentration saline. Cette proprit permet sa purification.b)Absorption UV :Les nuclotides absorbent dans les UV et cette absorption dpend de langle dincidence des rayons UV : labsorption est maximale lorsque les rayons dincidence sont perpendiculaires et minimale lorsque les rayons dincidence sont parallles, lempilement des bases freinant laccessibilit.LADN absorbe moins que ne le fait des nuclotides libres en mme quantit, on qualifie ce phnomne dhypochrome.c)Dnaturation thermiqueLa dnaturation thermique correspond au fait que les deux brins de lhlice se dissocient par laction de la chaleur.Latemprature de fusionouTmest la temprature laquelle la molcule dADN est moiti dsapparie. Elle dpend de la longueur de la molcule dADN, en effet les petites molcules sont moins stables et ont donc une temprature de fusion plus faible. Elle dpend galement de la richesse en paires de bases C-G (40% du gnome humain) tant plus stable que les paires de bases A-T, ce qui augmente la temprature de fusion. Le Tm humain est de86Cet la dnaturation complte est 95C.La dnaturation est mesurable par la mesure du Tm, en effet la dnaturation augmente labsorption des rayons UV, ceci est appel uneffet hyperchrome. La temprature de fusion est reprsente sous la forme dune courbe sigmode qui traduit leffet coopratif de la dissociation de lADN : le dbut de la dissociation favorise la dissociation du reste de lADN. Le Tm est mesur au niveau du point dquivalence.Pour que la renaturation soit parfaite il faut obtenir le chemin inverse de la courbe de dnaturation et donc un refroidissement lent. Lorsque le refroidissement est trop rapide, la rassociation est irrversible. La renaturation est seulement possible pour des petites molcules dADN. Les possibilits derenaturationsont utilises pour faire de lhybridation molculaire pour tudier lADN humain : lADN cible (ADN gnomique) est hybrid avec un ADN sonde (ADN de rfrence). Laugmentation des forces ioniques du milieu ractionnel (NaCl) permet une renaturation plus facile, les cations neutralisant les forces rpulsives de lADN.4)Le polymorphisme de lADNLes gnes qui codent pour des protines ne reprsentent que 3% du gnome humain, le restant de la molcule dADN (97%) est non codante (cf. chapitres suivants). De plus la structure de lADN humain est trs variable dun individu un autre et ces variations sont surtout prsentes au niveau de ces parties non codantes, mais aussi au niveau des gnes.II)ARN1)Structure des ARNLa premire diffrence principale dans la structure de lARN est la fonction hydroxyle en 2 du ribose qui permet lARN de faire une liaison phosphodiester intramolculaire en milieu basique avant de faire la liaison 3-5. De ce fait les ARN ont une demi-vie trs courte.La deuxime diffrence principale est le remplacement de la thymine par luracile.Les molcules dARN sont simple brin et linaire, et les seuls appariements de paires se font intramolculaires par des liaisons hydrognes sous forme de structures en tiges-boucles aux extrmits de lARN et des structures en pingles cheveux lintrieur de lARN.Les hlices dARN formes lors des appariements sont detype Aet sont plus courtes et plus trapues que lhlice de type B de lADN. Leffet hypochrome est galement prsent et d aux appariements intramolculaires. La courbe dabsorption UV en fonction de la temprature est cette fois-ci par pallier correspondant aux diffrentes boucles pingles cheveux dnatures.2)Les diffrents types dARNLes ARN procaryotes et eucaryotes sont de diffrents types, on met en vidence les ARN messagers (ARNm), les ARN de transfert (ARNt), les ARN ribosomiques (ARNr) et les micros ARN.a)Les ARN messagersLes ARN-messagers correspondent aux squences complmentaires et antiparallles dubrin matriciel(ou brinanti-codant) de lADN qui lui sert, comme son nom lindique, de matrice, cest--dire de modle, mis part que les thymines sont remplaces par les uraciles. Le brin dADN complmentaire du brin matriciel est appelbrin codantqui a la mme squence que lARN messager avec la mme distinction (T devient U) que prcdemment.Le cycle cellulaire procaryote est trs court, le cycle eucaryote est beaucoup plus long et ncessite ainsi une demi-vie de lARNm plus longue, celle-ci permise par laddition de la coiffe, la poly-adnilation et lpissage (cf. maturation du transcrit primairedans le chapitreTranscription de lADN).b)Les ARN de transfertsLes ARN de transfert sont constitus de 75 85 nuclotides. Les ARNt possdent des extrmits spcifiques constantes : extrmit 5 G et extrmit 3 CCA ; ils possdent galement une structure secondaire en feuille de trfle ainsi quune structure tertiaire en forme de L lenvers. Les acides-amins se fixent sur lextrmit 3OH par leurs fonctions COO- par une fonction carboxy-ester qui est riche en nergie, grce lamino-acyl-tRNA-synthtase (cf.chapitreTraduction de lARN). Au niveau de la boucle oppos on trouve la boucle de lanticodon qui permet la reconnaissance de lARN messager par appariement antiparallle de bases.c)Les ARN ribosomiquesLes ARN-ribosomiques rentrent dans la constitution des ribosomes, dans lesquels ils sont associs des protines. Leur taille est dfinie en unit Svedberg. Les procaryotes ont trois ARNr (ARN 5s, 16s et 23s) et les eucaryotes ont quatre ARNr (5s, 5,8s, 18s et 28s) : Les ribosomes procaryotes (70S) sont constitus dune petite sous-unit 30S et dune grande sous-unit 50S.. La sous-unit 30S est constitue dun ARNr 16S (1541 nuclotides) et de 21 protines.. La sous-unit 50S est constitue des ARNr 23S (2904 nuclotides) et 5S (120 nuclotides) ainsi que de 34 protines. Les ribosomes eucaryotes (80S) sont constitus dune petite sous-unit 40S et dune grande sous-unit 60S.. La sous-unit 40S est constitue dun ARNr 18S (1870 nuclotides) et de 33 protines.. La sous-unit 60S est constitue des ARNr 28S (5030 nuclotides), 5,8S (160 nuclotides) et 5S (150 nuclotides) ainsi que de 49 protines.Le ribosome (ARN-ribosomiques et protines) catalyse la formation de la liaison peptidique qui relie les acide-amins entre eux, permettant ainsi la formation de protines.d)Les micros ARN et ARN interfrantsConfreRgulation au niveau traductionnel et post-traductionneldans le chapitreRgulation de lADN.