1. Introduction — ADN vs ARN
🔑 Définition
Les acides nucléiques sont des molécules constituées d'un enchaînement linéaire de nucléotides. Un nucléotide = Base azotée + Pentose + Groupement phosphate.
| Caractéristique |
ADN |
ARN |
| Pentose |
Désoxyribose (–OH en C2 remplacé par –H) |
Ribose (–OH en C2) |
| Bases spécifiques |
A, G, C, Thymine (T) |
A, G, C, Uracile (U) |
| Nombre de brins |
Double brin (en général) |
Simple brin (en général) |
| Localisation |
Noyau (+ mitochondries) |
Noyau, cytoplasme, ribosomes |
| Fonction |
Stockage de l'information génétique |
Transfert de l'info génétique + fabrication des protéines |
Jamais d'Uracile dans l'ADN. Jamais de Thymine dans l'ARN. Le désoxyribose se distingue du ribose par l'absence d'un –OH en C2.
2. Bases azotées
🔵 Bases PURIQUES (double cycle)
- Adénine (A) — ADN et ARN
- Guanine (G) — ADN et ARN
Structure bicyclique (purine = pyrimidine + imidazole)
🔷 Bases PYRIMIDIQUES (cycle unique)
- Cytosine (C) — ADN et ARN
- Thymine (T) — ADN uniquement
- Uracile (U) — ARN uniquement
Structure monocyclique
⚠️ Contrainte stérique de l'appariement
En face d'une purine (2 cycles) → toujours une pyrimidine (1 cycle) et inversement.
• 2 purines = trop encombrant (4 cycles)
• 2 pyrimidines = trop éloignées pour former des liaisons stables
→ Chaque paire a la même dimension → hélice régulière possible.
3. Structure de la double hélice d'ADN
🔑 Les 3 caractéristiques des brins d'ADN
Les deux brins sont : Antiparallèles · Complémentaires · Hélicoïdaux
3.1 — Antiparallèles
↕️ Antiparallèles
Les deux brins sont parallèles mais dans des directions opposées.
Si le brin 1 va de 5' → 3' de gauche à droite, le brin 2 va de 5' → 3' de droite à gauche.
Les extrémités d'un brin : 5'-phosphate et 3'-hydroxyle.
3.2 — Complémentaires : Règle d'appariement
A — T (2 liaisons hydrogène)
C ≡ G (3 liaisons hydrogène)
📌 Mnémotechnique
« Hâtez cigüe » (A-T, C-G) — comme aurait pu dire Socrate après avoir bu la coupe de cigüe !
• A-T : 2 liaisons H (lien AThérien = fragile, 2 liens)
• C-G : 3 liaisons H (plus fort → GC riche = ADN plus stable thermiquement)
Si un brin d'ADN est 5'-ATCGTA-3', le brin complémentaire est 3'-TAGCAT-5' (= 5'-TACGAT-3'). Toujours antiparallèle !
3.3 — Hélicoïdales : ADN-B (forme canonique)
| Paramètre | ADN-B | ADN-A | ADN-Z |
|---|
| Sens de rotation | Droite ✅ | Droite | Gauche ! |
| Paires de bases/tour | 10 (10,5 in vivo) | 11 | 12 |
| Pas de l'hélice | 3,4 nm | 2,3 nm | 4,6 nm |
| Diamètre | 2,4 nm | Plus grand | 1,8 nm (svelte) |
| Forme | La plus stable, biologique | En l'absence d'eau | Squelette en zigzag |
ℹ️ ADN-Z — particularités
• Découvert à la fin des années 70, d'abord curiosité de laboratoire, existe in vivo
• Squelette sucre-phosphate en zigzag (d'où le nom Z)
• Favorisé par : alternance purine/pyrimidine + méthylation des cytosines
• Bases plus accessibles que dans l'ADN-B
• Rôle probable dans le contrôle de l'expression génique (séquences CpG)
4. Topoisomères et Topoisomérases
🔑 Définition
Deux molécules d'ADN de même séquence mais différant par leur nombre d'enlacements (nombre de tours que fait un brin autour de l'autre) sont appelées topoisomères.
ℹ️ �tat RELACH� — configuration de r�f�rence
L’�tat relach� est celui o� la contrainte sur la double h�lice est minimale : c’est la forme la plus stable.
• Sur fibres cristallines : 10 pb/tour
• Dans les cellules (in vivo) : ≈10,5 pb/tour (Klug, Prix Nobel 1982)
🟢 Surenroulement NÉGATIF
- Nombre d'enlacements diminué
- = Désenroulement
- Superhelice droite
- Forme la plus fréquente dans la nature
- Plus compacte ET plus accessible aux enzymes
- Environ −1 tour pour 200 pb
🔴 Surenroulement POSITIF
- Nombre d'enlacements augmenté
- = Surenroulement
- Superhelice gauche
- Produit en aval d'une fourche de réplication
Topoisomérases — enzymes clés
| Enzyme | Action | Coupures | Fonction |
|---|
| Topoisomérase I |
Relâche l'ADN (supprime surenroulements) |
1 seul brin |
Relaxation |
| Topoisomérase II |
Désenroule l'ADN, démêle les nœuds |
2 brins |
Décaténation |
| Gyrase (bactérienne) |
Topoisomérase II bactérienne → désenroule l'ADN pour la réplication |
2 brins |
Essentielle à la réplication bactérienne |
💊 Applications médicales des inhibiteurs de topoisomérases
Inhibiteurs de la gyrase bactérienne → Antibiotiques :
Nalidixique (Négram), Norfloxacine (Noroxine) → utilisés dans les infections urinaires
Action sélective car structure différente entre gyrase bactérienne et topoisomérase humaine.
Inhibiteurs des topoisomérases humaines → Anticancéreux :
Stabilisent les complexes de clivage transitoires → accumulation → mort cellulaire
• Étoposide (VP16) → inhibiteur topoisomérase II
• Taxol (extrait de l'if, Taxus) → inhibiteur topoisomérase I
Sélectivité : les cellules tumorales sont particulièrement riches en topoisomérases.
Topo I = coupe 1 brin. Topo II = coupe 2 brins. Gyrase = topo II bactérienne = cible des fluoroquinolones (antibiotiques). Taxol et étoposide = anticancéreux.
5. La Réplication de l'ADN
🔑 Principe : réplication semi-conservative
Chaque brin d'ADN sert de matrice (template) pour la synthèse d'un nouveau brin complémentaire. Chaque molécule fille contient un brin parental + un brin néosynthétisé.
Règles fondamentales de l'ADN polymérase
📌 Ce que l'ADN polymérase PEUT faire
- Synthèse uniquement dans le sens 5' → 3'
- Ajouter des nucléotides sur une chaîne préexistante
- Activité 3'→5' exonucléasique (correction d'erreurs)
- Activité 5'→3' exonucléasique (excision d'amorces)
🚫 Ce que l'ADN polymérase NE PEUT PAS faire
- Initier une synthèse de novo (sans amorce)
- Synthétiser dans le sens 3' → 5'
- → Nécessite toujours une amorce ARN (primer)
Acteurs clés de la réplication
| Enzyme / Protéine | Rôle |
|---|
| Hélicases | Séparent les 2 brins d'ADN (consomme de l'ATP) |
| Protéines SSB | Stabilisent le simple brin après séparation (Single Stranded DNA Binding proteins) |
| Primase / Primosome | Synthétise les amorces ARN courtes (30-60 nt), sens 5'→3' |
| ADN polymérase α | Synthèse du brin précoce (leading strand) chez les eucaryotes |
| ADN polymérase δ | Synthèse du brin tardif (lagging strand) chez les eucaryotes |
| ADN polymérase β | Impliquée dans la réplication de l’ADN (selon le cours) |
| ADN polymérase γ | Localisée dans les mitochondries |
| ADN ligase | Soude les fragments d'Okazaki (ATP-dépendante) |
| Topoisomérases | Relâchent les supertours générés devant la fourche |
Brins précoce et tardif
➡️ Brin PRÉCOCE (leading strand)
- Synthèse continue dans le sens 5'→3'
- Suit directement la fourche de réplication
- Une seule amorce ARN suffit
- Synthétisé par ADN Pol α (eucaryotes)
⬅️ Brin TARDIF (lagging strand)
- Synthèse discontinue → fragments d'Okazaki
- Chaque fragment synthétisé en 5'→3' (à l'opposé de la fourche)
- Fragments ensuite liés par l'ADN ligase
- Multiples amorces ARN nécessaires
- Synthétisé par ADN Pol δ (eucaryotes)
ℹ️ Fragments d'Okazaki
Découverts par Reiji Okazaki. Ce sont de courts segments d'ADN (5'→3') sur le brin tardif, précédés chacun d'une amorce ARN. Après synthèse, les amorces sont excisées et les brèches comblées par l'ADN polymérase, puis les fragments sont liés par l'ADN ligase.
ℹ️ R�plicon & Boucle de r�plication
• R�plicon : segment d’ADN compris entre deux origines de r�plication. Les eucaryotes poss�dent de nombreux r�plicons, compensant la lenteur de leur ADN polym�rase.
• Boucle de r�plication : deux fourches progressant en sens oppos�s � partir d’une m�me origine forment une boucle de r�plication.
Fidélité de la réplication & Correction d'erreurs
🔑 Activité correctrice (proofreading)
L'ADN polymérase possède une activité 3'→5' exonucléasique : si un nucléotide incorrect est incorporé, la polymérisation s'arrête et le nucléotide erroné est excisé avant de reprendre.
Taux d’erreur résiduel après réparation : ~10⁻¹¹ (une erreur pour 100 milliards de bases). [complément hors cours]
🏆 Prix Nobel — Arthur Kornberg (1959) [complément hors cours]
Récompensé en physiologie pour la découverte de l'ADN polymérase I.
Klug (Prix Nobel chimie 1982) a établi que l'ADN in vivo a ~10,5 pb par tour (vs 10 en cristal).
Réplication chez les eucaryotes vs procaryotes
| Critère | Procaryotes | Eucaryotes |
|---|
| Sites d'initiation | 1 seul (oriC) | Multiples (réplicons) |
| Vitesse | Rapide | Plus lente → compensée par les multiples origines |
| ADN polymérases | Pol I, II, III | α, β, γ, δ |
Chez les eucaryotes : Pol α = brin précoce, Pol δ = brin tardif, Pol γ = mitochondries, Pol β = réplication (selon le cours). À retenir pour les QCM !
⚡ Résumé Ultra-Rapide — 5 min avant l'examen
🔑 Les 12 points à retenir
1. ADN = désoxyribose + A,G,C,T ; ARN = ribose + A,G,C,U
2. Purines (double cycle) : A et G ; Pyrimidines (1 cycle) : C, T, U
3. Appariement : A=T (2 liaisons H) et C≡G (3 liaisons H) — mnémo : "Hâtez cigüe"
4. Les deux brins sont antiparallèles, complémentaires, hélicoïdaux
5. ADN-B : hélice droite, 10,5 pb/tour in vivo, 3,4 nm de pas
6. ADN-Z : hélice gauche, squelette zigzag, favorisé par méthylation CpG
7. Topo I = coupe 1 brin ; Topo II = coupe 2 brins ; Gyrase = Topo II bactérienne
8. Fluoroquinolones (Noroxine) → inhibent gyrase bactérienne → antibiotiques
9. Étoposide (Topo II) et Taxol (Topo I) → anticancéreux
10. Réplication semi-conservative, sens 5'→3' uniquement
11. Brin précoce : continu ; brin tardif : fragments d'Okazaki + ADN ligase
12. Pol α (précoce), Pol δ (tardif), Pol γ (mitochondries), Pol β (réplication selon le cours)