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La Chimie du Vivant Marius Réglier iSm 2 /BiosCiences UMR CNRS 6263, service 342 Université Paul Cézanne Aix-Marseille III,

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1 La Chimie du Vivant Marius Réglier iSm 2 /BiosCiences UMR CNRS 6263, service 342 Université Paul Cézanne Aix-Marseille III, Faculté des Sciences et Techniques avenue Escadrille Normandie-Niemen, Marseille cedex 20

2 Le dogme mRNA tRNAtraduction transcription DNA réplication protéine

3 Lart ancien et lADN

4 Lart contemporain et lADN

5 Galacidalacidesoxyribonucleicacid de Dali Pour Dali, l'ADN était la preuve de l'existence de Dieu. Qui pouvait créer une structure aussi parfaite ?

6 Le 25 avril 1953, Crick et Watson révèlent la structure de l'ADN Prix Nobel de Medecine en 1962 F. Crick, J. Watson et M. Wilkins Erwin Chargaff Rosalind Franklin

7 Les 3 éléments de base des acides nucléïques ADNARN

8 Les 3 éléments de base des acides nucléïques Purines Adénine (A) Guanine (G) Pyrimidines Cytosine (C)Thymine (T) Uracyle (U)

9 Les règles de Chargaff (fin des années 1940) PyrimidinesPurines Adénine (A)Guanine (G)Thymine (T)Cytosine (C) T + C A + G = 1 C G = T A et

10 Paires AT et GC

11 Rosalind Franklin : 1953, premier cliché de diffraction des rayons X qui révèle une structure hélicoïdale microscopie électronique diamètre = 20 Å

12 ADN, deux brins anti-parallèles T C G A A G C T

13 ADN, double hélice droite 34 Å 10.7 Å

14 Deoxyribose, conformations exo/endo 3 2 C 3 exo-C 2 endo C 3' endo - C 2 exo

15 Conformations syn/anti C 2 endo/syn C 2' endo/anti C 3 endo/syn C 3' endo/anti

16 Conformations syn/anti C 2 endo/anti C 2' endo/syn C 3 endo/antiC 3' endo/syn

17 Forme commune dans les conditions physiologiques à faible force ionique et haut degré dhydratation. Polymorphisme de lADN : forme B Petit sillon Grand sillon Petit sillon C 2' endo/anti

18 Aux fortes concentrations en cations ou aux faibles degrés dhydratation (11 p. b./tour), 2 sillons (1 grand étroit et profond et 1 petit large et peu profond). Polymorphisme de lADN : forme A Grand sillon Petit sillon C 3 endo/syn

19 Forme riche en paires G-C, allongée et étroite, possède une unusuelle hélice gauche (12 p.b./tour) et un seul sillon compact. Polymorphisme de lADN : forme Z (zigzag) Petit sillon Grand sillon C 2' endo/antiC 3 endo/syn

20 nucléosomes Chromosome chromatine DNA, le packaging

21 Appariement à 3 bases Watson-Crick Hoogstein

22 Triple hélice

23 Quadruplex Télomères M n+

24 Télomères

25 Le dogme mRNA tRNAtraduction transcription DNA réplication protéine

26 Réplication

27

28 Transcription

29 Transcription et traduction

30 Traduction

31

32 ARN de transfert (ARNt)

33 ARNt, lanti-codon Anticodon Codon

34 Le code universel 4 3 (64) codons pour 20 amino-acides TTT F Phe TCT S Ser TAT Y Tyr TGT C Cys TTC F Phe TCC S Ser TAC Y Tyr TGC C Cys TTA L Leu TCA S Ser TAA * Ter TGA * Ter TTG L Leu i TCG S Ser TAG * Ter TGG W Trp CTT L Leu CCT P Pro CAT H His CGT R Arg CTC L Leu CCC P Pro CAC H His CGC R Arg CTA L Leu CCA P Pro CAA Q Gln CGA R Arg CTG L Leu i CCG P Pro CAG Q Gln CGG R Arg ATT I Ile ACT T Thr AAT N Asn AGT S Ser ATC I Ile ACC T Thr AAC N Asn AGC S Ser ATA I Ile ACA T Thr AAA K Lys AGA R Arg ATG M Met i ACG T Thr AAG K Lys AGG R Arg GTT V Val GCT A Ala GAT D Asp GGT G Gly GTC V Val GCC A Ala GAC D Asp GGC G Gly GTA V Val GCA A Ala GAA E Glu GGA G Gly GTG V Val GCG A Ala GAG E Glu GGG G Gly

35 35 Lhomme nest jamais satisfait « We not only want to know how Nature is (and how her transactions are carried through), but we also want to reach, if possible, a goal which may seem utopian and presumptuous, namely, to know why Nature is such and not otherwise. » Albert Einstein in Festschrift für Aurel Stodola, E. Honegger, Ed. (Orell Füssli, Zürich, 1929).

36 36 La structure en double hélice de lADN violerait-elle les lois élémentaires de la chimie? « … duplex structure appears to violate many of the rules that chemists might themselves use to design molecular recognition systems. For example, the double helix appears to disregard Coulombs law. Cations bind anions, and anion bind cations. In DNA, however, a polyanion binds another polyanion. One might think (and indeed, many have thought) that the duplex would be more stable if one strand were uncharged, or polycationic. Likewise, chemists often exploit rigidity when designing receptors to fit ligands. DNA strands are floppy. One would think (and many have thought) that conformationally rigid DNA analogues should be better at molecular recognition. Another curious feature of the DNA duplex is its use of hydrogen bonding to achieve specificity. This would not be the chemists preference in water, where hydrogen bonding to solvent competes with interstrand hydrogen bonding. Indeed, several groups have sought to dispense with hydrogen bonding between nucleobases entirely. » Steven A. Benner Acc. Chem. Res. 2004, 37, 784

37 ADN, 3 éléments indispensables?

38 Peut-on changer les liens phosphate? SO 2 -linked RNAs appariements de type Watson-Crick pour des courtes séquences mais agrégation avec de longues séquences.

39 Peut-on changer le ribose?

40 40 Peut-on changer le ribose?

41 41 Chimie pré-biotique

42 Peut-on changer les bases nucléïques?

43 43 5 nouveaux appariements possibles

44 44 Vers un alphabet génétique artificiel Artificially Expanded Genetic Information System (AEGIS) 5--CACN 1 ACTTTCTCCT-3 3-TGTGN 2 TGAAAGAGG--5

45 Température de fusion

46 Vers un alphabet génétique artificiel Artificially Expanded Genetic Information System (AEGIS)

47 47 A four-base paired genetic helix with expanded size H. Liu, J. Ga, S. R. Lynch, D. Saito, L. Maynard and E. T. Kool Science 2003, 302,

48 Stabilité du duplex

49 Artificial metallo-DNA: a bio-inspired approach to metal array programming M. Shionoya and K. Tanaka Current Opinion in Chemical Biology 2004.

50 Augmentation de la diversité…

51

52 52 Vers de futur matériaux

53 La structure en hélice est respectée…


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