Biologie Moléculaire : ADN, ARN et Expression Génique
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Structure des Acides Nucléiques
Les acides nucléiques, ADN et ARN, sont des macromolécules essentielles qui stockent et transmettent l'information génétique. Leur structure dicte leur fonction au sein de la cellule.
Comparaison ADN vs ARN
Caractéristique ADN (Acide Désoxyribonucléique) ARN (Acide Ribonucléique)
Ce sont les sucres qui diffèrent: 2- Désoxyribose dans l’ADN avec un H en 2’ ( qui vient de la voie des pentoses phosphates)
Et le beta-D- ribose ds l’ARN OH en 2’
Deux types de Bases azotées differente:
Les PYRIMIDIQUES:
Cytosine (C), Thymine (T), Uracile (U)
Les PURINES:
Adénine (A), Guanine (G)
Bases de l’ADN Base de l’ARN
Grp phosphates: acides phosphorique ou phosphate inorganiques Pi
Les liaisons:
Liaison Ester: alcool= aide phosphorique
Liaison pyrophoshate ( liaison riche en énergie )
ADN: Structure Bicaténaire (double hélice), antiparallèle,
Arn : Généralement monocaténaire
Rôle principal Stockage de l'information génétique à long terme Transfert de l'information génétique et synthèse des protéines
Composition et Orientation
Les acides nucléiques sont des polymères de nucléotides bicaténaire ET antiparallèle ET complémentaire
Nucléoside : ose + Base azotée.
Nucléotide : ose + Base azotée + Groupement phosphate.
Chaque brin possède une orientation 5' vers 3', déterminée par le groupement phosphate en position 5' du sucre et le groupement hydroxyle (-OH) en position 3'
C’est en. En 3’ que se fixe le nouveau nucléotides car se fixe sur le OH.
L'ADN est stabilisé par des liaisons hydrogène entre les bases complémentaires : A s'apparie avec T (2 liaisons) et C avec G (3 liaisons).
Liaisons hydrogène de faible énergie( casse facilement ) c’est ces liaisons qui permettent la formation de la double hélice
Eucaryotes vs Procaryotes
Procaryotes : Pas de noyau, ADN circulaire et libre dans le cytoplasme (nucléoïde).
Eucaryotes : ADN linéaire contenu dans un noyau, hautement organisé.
Topoimérases: sert à débobiner l’ADN ( enzyme modifiant le nb d’enlacement)
Absorbante de l’ ADN et de l’arn: 260nm
Dénaturation de l’ADN:
Rupture double brin : chaleur, urée
TM: 50%=0,5 température d’hybridation de l’ADN.
Particularité de l’ADN: palindromes: séquence pouvant être lu d le sens 5’ 3 ‘ et ds le sens 3’ 5’ ( séquence reconnu par des enzymes de restrictions qui coupe l’ADN: sert ds la reconnaissance d’un individu police)
Palindromes imparfait: séquence palindromique- séquence non palinromique - séquence palindromique
Compaction de l'ADN Eucaryote
Pour tenir dans le noyau, l'ADN s'enroule autour de protéines appelées histones. Cet enroulement forme des structures appelées nucléosomes, qui se compactent ensuite pour former la chromatine, puis les chromosomes visibles lors de la division cellulaire.
Les gènes
Des: séquence d’ADN:
- taille variable
- informations qualitatives et quantitatives : ARNm (1 ou plus)
- protéine(s) : effecteur(s) biologique(s)
Normalement 1 gène= une protéine
Séquence codantes pour des protéines= 1 a 3 % du génome humain
20 a 23000 génésique ds le génome humain
Grace a l’épissage alternatif certains gènes peuvent donner des protéines au rôle biologique totalement différents.
ADN Mitochondrial
La mitochondrie possède son propre ADN, qui est circulaire, transmis exclusivement par la mère, et ne contient pas d'introns. Il code pour certaines protéines de la chaîne respiratoire.
Les ARN
Différents ARN
- ARNr (ribosomique). 82%. Constituants de ribosomes (synthèse protéique)
- ARNt (fransfert). 16%. Transporte et transfère AcA du cytoplasme vers ribosome
(lie un AcA du coté 3’)
- ARNm. 2%
- ARNsn (Small nucléotid) <1%. Rôle dans mécanismes nucléaires dont l'épissage
Rôle de Régulation sur l'expression de l'ADNm (activation mais + souvent dégradation)
(petite taille)
région non appariée ( monocatédaire)-> arn m
Les Processus Fondamentaux
Rappel surs les phases du cycle cellulaire:
Phase G1= préparation de la face S ( cad tt est ok )
Phase S= réplication De l’ADN
Phase G2= double contrôle:vérifie la bonne réplication de l’ADN et contrôle avant la mitose
Phase M= mitose: va donner naissance à deux cellules fille.
G1 S et G2=1 000 000 mg² interphase
1. La Réplication
La réplication est le processus de synthése de l’ADnN reproduisant, exactement le génome d’une cellule se déroulant pendant la phase S du cycle cellulaire. Une hélicase ouvre la double hélice, et l'ADN polymérase synthétise un nouveau brin complémentaire dans le sens 5' vers 3'.
Brin avancé : Synthèse continue.
Brin retardé : Synthèse discontinue en fragments d'Okazaki, qui sont ensuite liés par une ligase.
Oui C= origine de réplication plusieurs sur 1 chromosomes
2. La Transcription
La transcription est la synthèse d'un brin d'ARN à partir d'une matrice d'ADN. L'ARN polymérase lit le brin antisens de l'ADN (3'->5') pour créer un transcrit primaire (pré-ARNm). Cet ARN subit ensuite des maturations :
Ajout d'une coiffe en 5' pour la protection et la reconnaissance par le ribosome. Se mets en place très rapidement et évite la dégradation de l’ARNm Coiffée Me-Gppp-5’ -> guanine va être métylée
Ajout d'une queue poly-A en 3' pour la stabilité.
Arn polymérase n’a pas besoin d’amorce.
ARNm se dégrade facilement -> des séquences le protège
3. L'Épissage
Répartition des gènes sur un chromosomes:
Promoteur inhibe ou active la transcription d’un gène
Le transcrit primaire contient des séquences codantes (exons) et non codantes (introns). L'épissage élimine les introns pour former un ARNm mature. L'épissage alternatif permet de produire différentes protéines à partir d'un même gène en variant les exons conservés.
À savoir: les parties non codantes du génome peuvent y avoir un rôle biologique.
Transcrit primaire: UTR intrinsèque exons UTR
-> UTR: partie non traduites: elles vont être reconnu pour la traduction
ARNm mature: maturation= épissage et modification covalentes
5’ CAP-UTR-exons - exons -exons n fois - AAAAAAA 3’
4. La Traduction
La traduction est la synthèse d'une protéine dans le cytoplasme. Le ribosome lit l'ARNm par groupe de trois nucléotides, appelés codons.
Séquence d’acides nucléiques monocatédaires a une séquence d’acides aminés aminés=prot
Chaque codon correspond à un acide aminé spécifique, apporté par un ARN de transfert (ARNt).
La traduction commence au codon d'initiation (AUG) et se termine à un codon stop (UAA, UAG, UGA).
( savoir quel ensemble de codons donne quels AcA)
5. Phase de terminaison
Un facteur de libération vient se fixer sur le codon stop:
Libération des 2 sous unités ribosomiques
Liberation de la port synthétisé et du ARNm
Aucun ARNt ne vient se fixer au codon stop
ARNm libérer est soit dégrader soit a nouveau traduit
STRUCTURE DES PROTÉINES:
Les protéines ont une structure primaire= enchaînement d’acides aminées
Les AcA crée de faibles liaisons ( hydrophobes)( liaison hydrogène ou de van der walls)
Structure tertiaire: création de liaisons forte entre AcA surtout entre CYSTEINE (ponts disulfure)
Quaternaire: association de 2 ou plusieurs sous unités protéiques les unes avec les autres
Points Clés à Retenir
Le flux de l'information génétique est un processus séquentiel et hautement régulé : l'ADN est répliqué pour la division cellulaire, transcrit en ARNm dans le noyau, puis l'ARNm est maturé (épissage) avant d'être exporté dans le cytoplasme pour être traduit en protéine fonctionnelle par les ribosomes.
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