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ACIDES NUCLEIQUES A- STRUCTURES PRIMAIRES B- STRUCTURES SPATIALES D- SEQUENÇAGE E- COMPLEXES PROTEINES – ADN/ARN F- COENZYMES DOXYDO - REDUCTION C- REACTIVITE.

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1 ACIDES NUCLEIQUES A- STRUCTURES PRIMAIRES B- STRUCTURES SPATIALES D- SEQUENÇAGE E- COMPLEXES PROTEINES – ADN/ARN F- COENZYMES DOXYDO - REDUCTION C- REACTIVITE CHIMIQUE

2 ACIDES NUCLEIQUES INTRODUCTION Les acides nucléiques ont été caractérisés chimiquement au début du 20 ème siècle même si leur rôle est resté relativement longtemps inexpliqué. Les acides nucléiques (ADN, ARN) sont constituées par des molécules relativement simples que lon appelle des nucléotides. Les nucléotides sont les briques élémentaires de la transmission de linformation génétique. Ils jouent également un rôle fondamental dans le métabolisme sous forme di- et tri-phosphorylée ainsi que dans la transmission de linformation dans la cellule (AMPc et GMPc).

3 ACIDES NUCLEIQUES Oswald Avery (1944) INTRODUCTION

4 ACIDES NUCLEIQUES Travail basé sur une publication de 1928 dont lauteur est Fred Griffith 2 types de pneumocoques Expérience dOswald Avery (1944) S (smooth)R (rough) INTRODUCTION

5 ACIDES NUCLEIQUES INTRODUCTION Travail basé sur une publication de 1928 dont lauteur est Fred Griffith Expérience dOswald Avery (1944) R S

6 ACIDES NUCLEIQUES S + RS INTRODUCTION Expérience dOswald Avery (1944)

7 ACIDES NUCLEIQUES Souche R + capsule de S Souche R + lipides de S Souche R + protéines de S Souche R + acides nucléiques de S Souche R + ac.nucléiq. de S + RNase INTRODUCTION Expérience dOswald Avery (1944) Souche R + ac.nucléiq. de S + DNase

8 ADN support chimique de lhérédité DONC ACIDES NUCLEIQUES

9 A- STRUCTURES PRIMAIRES I- Bases puriques et pyrimidiques II- Nucléosides et nucléotides 1- Pyrimidines 2- Purines 3- Propriétés physico-chimiques a- Absorption U.V. 1- Structures et nomenclature 2- ADP, ATP, AMP cyclique b- Densités de charge et liaisons hydrogène c- Moments dipolaires d- Acidités et sites de protonation

10 Nucléotides : - base azotée - sucre - acide phosphorique daprès Phoebus Levene ACIDES NUCLEIQUES

11 ACIDES NUCLEIQUES A- STRUCTURES PRIMAIRES I- Bases puriques et pyrimidiques II- Nucléosides et nucléotides 1- Pyrimidines 2- Purines 3- Propriétés physico-chimiques a- Absorption U.V. 1- Structures et nomenclature 2- ADP, ATP, AMP cyclique b- Densités de charge et liaisons hydrogène c- Moments dipolaires d- Acidités et sites de protonation

12 2 sortes de bases azotées hétérocycliques bases pyrimidiques (noyau pyrimidine) bases puriques (noyau purine) N N N N N N ACIDES NUCLEIQUES

13 A- STRUCTURES PRIMAIRES I- Bases puriques et pyrimidiques II- Nucléosides et nucléotides 1- Pyrimidines 2- Purines 3- Propriétés physico-chimiques a- Absorption U.V. 1- Structures et nomenclature 2- ADP, ATP, AMP cyclique b- Densités de charge et liaisons hydrogène c- Moments dipolaires d- Acidités et sites de protonation

14 bases pyrimidiques cytosine (C)thymine (T) 5-méthyl-uracile uracile (U) ACIDES NUCLEIQUES ADN/ARNADNARN N NHNH NH 2 HN NHNH O O CH 3 HN NHNH O O O H H H H H fonction amide fonction imino-amine

15 Tautomérie : équilibre impliquant la migration de protons ACIDES NUCLEIQUES N NHNH NH 2 O H H H+H+ H-N NH 2 O H H N Echange dhydrogène entre N 1 et N 3 Cet équilibre ne concernera pas les bases où N1 est substitué

16 ACIDES NUCLEIQUES Équilibre amino-imino (cytosine) N NHNH NH 2 O H H HN NHNH NH O H H 99,99%0,01% En solution ces 2 espèces moléculaires sont en équilibre (équilibre fortement déplacé vers la forme amino).

17 ACIDES NUCLEIQUES Équilibre énol-cétone (thymine-uracile) En solution forme cétone prédominante quelque soit le solvant (peut être faux pour certaines bases substituées). H-N NHNH O O H H H+H+ 2 1 N NHNH O O H H H N NHNH O O H H H

18 ACIDES NUCLEIQUES Il existe des bases pyrimidiques modifiées (chez les phages par exemple…). N NHNH NH 2 O CH 3 H 5-méthylcytosine N NHNH NH 2 O CH 2 OH H 5-hydroxyméthylcytosine

19 ACIDES NUCLEIQUES Des analogues de luracile (5-halogéno-uracile) sont utilisés en thérapeutique anti-tumorale. HN NHNH O O H X X = F, Cl, Br, I

20 ACIDES NUCLEIQUES A- STRUCTURES PRIMAIRES I- Bases puriques et pyrimidiques II- Nucléosides et nucléotides 1- Pyrimidines 2- Purines 3- Propriétés physico-chimiques a- Absorption U.V. 1- Structures et nomenclature 2- ADP, ATP, AMP cyclique b- Densités de charge et liaisons hydrogène c- Moments dipolaires d- Acidités et sites de protonation

21 2 sortes de bases azotées hétérocycliques bases pyrimidiques (noyau pyrimidine) bases puriques (noyau purine) N N N N N N ACIDES NUCLEIQUES

22 adénine (A) NH 2 N N N NH ADN/ARN HN N N NH H2NH2N O guanine (G) ADN/ARN

23 xanthine O HN NHNH N NH ACIDES NUCLEIQUES Dautres purines existent : xanthine, hypoxanthine, acide urique, caféine… O hypoxanthine O N NHNH N NH Intermédiaire du métabolisme de ladénine et de la guanine

24 ACIDES NUCLEIQUES Dautres purines existent : xanthine, hypoxanthine, acide urique, caféine… caféine O N N N N O CH 3 théophylline O N N NH N O CH 3

25 O HN NH O O O HN NH N O O-O- acide urique (goutte) théobromine O HN N N N O CH 3 ACIDES NUCLEIQUES Dautres purines existent : xanthine, hypoxanthine, acide urique, caféine…

26 ACIDES NUCLEIQUES Tautomérie : équilibre impliquant la migration de protons Ici aussi léquilibre tautomérique est en faveur des formes amino (contre imino) et cétone (contre énol). Parfois les formes tautomères habituellement peu représentées sont en fort pourcentage : thiocétoguanine S HN NH N H2NH2N SH N NH N H2NH2N 7%

27 ACIDES NUCLEIQUES A- STRUCTURES PRIMAIRES I- Bases puriques et pyrimidiques II- Nucléosides et nucléotides 1- Pyrimidines 2- Purines 3- Propriétés physico-chimiques a- Absorption U.V. 1- Structures et nomenclature 2- ADP, ATP, AMP cyclique b- Densités de charge et liaisons hydrogène c- Moments dipolaires d- Acidités et sites de protonation

28 ACIDES NUCLEIQUES max (nm) (M -1.cm -1 ) UTCAGUTCAG Moyenne

29 ACIDES NUCLEIQUES A- STRUCTURES PRIMAIRES I- Bases puriques et pyrimidiques II- Nucléosides et nucléotides 1- Pyrimidines 2- Purines 3- Propriétés physico-chimiques a- Absorption U.V. 1- Structures et nomenclature 2- ADP, ATP, AMP cyclique b- Densités de charge et liaisons hydrogène c- Moments dipolaires d- Acidités et sites de protonation

30 ACIDES NUCLEIQUES La répartition des électrons à la surface des bases azotées nest pas uniforme doù des molécules polarisées. N NRNR O O CH 3 /H H H T/U -0,49 -0,45 +0,19 C H N NRNR N O H H H -0,4 +0,22 -0,65 -0,51 +0,2

31 N N N N NRNR HH A ACIDES NUCLEIQUES La répartition des électrons à la surface des bases azotées nest pas uniforme doù des molécules polarisées. N N N NRNR N O H H G H -0,55 -0,64 -0,4 +0,2 -0,51 +0,22 -0,52 -0,51 -0,4 -0,55 +0,2

32 ACIDES NUCLEIQUES Les densités de charges déterminent les positions et les orientations des liaisons hydrogène. La liaison H est directionnelle i.e. linteraction est optimale quand les 3 atomes sont dans laxe (possibilité également avec un angle : interaction plus faible). N H O + - Les flèches expliquent la complémentarité A=T et GΞC. Cependant plusieurs possibilités de liaisons H existent (28 façons dans le couple A/T) : dans la nature, seules certaines interactions sont retrouvées. A côté de lappariement classique A/T et C/G, il existe des couples G=A ou G=T.

33 ACIDES NUCLEIQUES Léquilibre énol-cétone modifie totalement les liaisons hydrogène possibles. N NRNR O O CH 3 /H H H T/U N NRNR O O CH 3 /H H T/U H devient léquivalent de C on peut alors avoir T G

34 ACIDES NUCLEIQUES Léquilibre énol-cétone modifie totalement les liaisons hydrogène possibles. N NRNR O O CH 3 /H H H T/U N NRNR O O CH 3 /H H T/U H lhydrogène peut se positionner dun côté ou de lautre

35 ACIDES NUCLEIQUES A- STRUCTURES PRIMAIRES I- Bases puriques et pyrimidiques II- Nucléosides et nucléotides 1- Pyrimidines 2- Purines 3- Propriétés physico-chimiques a- Absorption U.V. 1- Structures et nomenclature 2- ADP, ATP, AMP cyclique b- Densités de charge et liaisons hydrogène c- Moments dipolaires d- Acidités et sites de protonation

36 ACIDES NUCLEIQUES Le moment dipolaire est la grandeur reflétant la polarité d'une molécule. Une molécule présente un moment dipolaire lorsquil existe un barycentre des charges positives (point P) distinct du barycentre des charges négatives (point N). Ces barycentres P et N existent lorsque lon a une différence délectronégativité marquée entre les deux atomes de chaque liaison. µ = q x NP +q-q d µ µ = q x d i Normalement exprimée en coulomb-mètre, l'unité courante utilisée est le debye, en honneur du physico-chimiste hollandais Peter Debye. 1 D = 3,3356 x C.m Nobel chimie 1934

37 ACIDES NUCLEIQUES Les quatre bases azotées sont des molécules qui possèdent un fort moment dipolaire. Ces moments dipolaires ont une direction précise par rapport à la molécule : N NRNR O O CH 3 /H H H T/U Entre deux molécules polaires, les dipôles se placeront de manière antiparallèle : les dipôles jouent un rôle dans lorientation des bases. µ A, U, T = 3,5 D G, C = 7,5 D

38 ACIDES NUCLEIQUES A- STRUCTURES PRIMAIRES I- Bases puriques et pyrimidiques II- Nucléosides et nucléotides 1- Pyrimidines 2- Purines 3- Propriétés physico-chimiques a- Absorption U.V. 1- Structures et nomenclature 2- ADP, ATP, AMP cyclique b- Densités de charge et liaisons hydrogène c- Moments dipolaires d- Acidités et sites de protonation

39 ACIDES NUCLEIQUES Déprotonation pK a =9,4 formes mésomères N N N NRNR H2NH2N O guanosine H N N N NRNR H2NH2N O - - N N N NRNR H2NH2N O vrai aussi pour uracile et thymine O N H

40 ACIDES NUCLEIQUES Protonation pK a =3,5 1 NH 2 N N N NRNR H + N N N NRNR H + formes mésomères vrai aussi pour cytidine et guanosine NH 2 N N N N NRNR adénosine

41 N N N N NRNR H + HH Ladénosine protonée devient double donneur : liaisons hydrogène différentes. ACIDES NUCLEIQUES N HH N N NRNR N

42 A- STRUCTURES PRIMAIRES I- Bases puriques et pyrimidiques II- Nucléosides et nucléotides 1- Pyrimidines 2- Purines 3- Propriétés physico-chimiques a- Absorption U.V. 1- Structures et nomenclature 2- ADP, ATP, AMP cyclique b- Densités de charge et liaisons hydrogène c- Moments dipolaires d- Acidités et sites de protonation

43 Nucléotides : - base azotée - sucre - acide phosphorique daprès Phoebus Levene ACIDES NUCLEIQUES

44 2 sortes de sucres ACIDES NUCLEIQUES pentoses sous forme furanique (5 atomes dans le cycle) D-ribose D-désoxyribose (2-désoxyribose) O HOH 2 C OH O HOH 2 C OHH 5 ARN ADN

45 ACIDES NUCLEIQUES Liaison base-sucre on obtient une liaison carbone-azote : liaison N-glycosidique N NHNH H2OH2O nucléoside O HOH 2 C OHOH / H OH N N NHNH N 7 H2OH2O OH / H HOH 2 COH O

46 Nucléotides : - base azotée - sucre - acide phosphorique daprès Phoebus Levene ACIDES NUCLEIQUES

47 acide phosphorique : H 3 PO 4 O-H O H-OO-H P pK a = 2 pK a = 7 pK a = 10 Les différentes fonctions acides ont des pK a avec des valeurs très variables. ACIDES NUCLEIQUES

48 Liaison acide phosphorique-sucre O P OH OH O - H2OH2O ACIDES NUCLEIQUES OHOH / H O HO-H 2 C OH O CH 2 OHOH / H OH O P O O -

49 nucléotides pyrimidiques désoxycytosine-5-monophosphate (dCMP) désoxythymidine-5-monophosphate (dTMP) CH 2 HOH O P O OH O H3CH3C O CH 2 HOH O P O OH O NH 2 O O H - - ACIDES NUCLEIQUES N N O N N O

50 CH 2 HOH O P O OH O NH 2 désoxyadénosine-5-monophosphate (dAMP) désoxyguanosine-5-monophosphate (dGMP) CH 2 HOH O P O OH O NH 2 O - - nucléotides puriques O N N N N N N N O N ACIDES NUCLEIQUES

51 purine pyrimidine adénine (ADN/ARN) guanine (ADN/ARN) thymine (ADN) uracile (ARN) cytosine (ADN/ARN) adénosine guanosine thymidine uridine cytidine adénylate guanylate thymidylate uridylate cytidylate base azotée type de base nucléosidenucléotide Le préfixe désoxy- ou désoxyribo- est ajouté aux nucléosides ou nucléotides qui comportent du désoxyribose. Le préfixe ribo- est ajouté aux nucléosides ou nucléotides qui comportent du ribose. NOMENCLATURE

52 ACIDES NUCLEIQUES A- STRUCTURES PRIMAIRES I- Bases puriques et pyrimidiques II- Nucléosides et nucléotides 1- Pyrimidines 2- Purines 3- Propriétés physico-chimiques a- Absorption U.V. 1- Structures et nomenclature 2- ADP, ATP, AMP cyclique b- Densités de charge et liaisons hydrogène c- Moments dipolaires d- Acidités et sites de protonation

53 liaisons anhydride dacide ACIDES NUCLEIQUES Dans les cellules les nucléosides sont retrouvés sous forme mono, di- et triphosphates. adénine adénosine AMP ou adénylate ADP ATP pKa = 7 La valeur du pKa de la 2 nd fonction acide du dernier acide phosphorique est de 7 : à pH 7, 50% forme protonée, 50% forme déprotonée. liaison phosphoester CH 2 HOOH HO P O P O P O O O NH 2 - O N N N N O O - O O -

54 molécules de base de la synthèse dARN… ACIDES NUCLEIQUES AMP ADP ATP CMP CDP CTP GMP GDP GTP UMP UDP UTP dTMP dTDP dTTP dAMP dADP dATP dCMP dCDP dCTP dGMP dGDP dGTP molécules de base de la synthèse dADN… Dans les cellules les nucléosides sont retrouvés sous forme mono, di- et triphosphates. métabolisme

55 A partir dATP, et grâce à une enzyme appelée adénylate cyclase, il y a synthèse dAMP cyclique. ACIDES NUCLEIQUES adénylate cyclase ATP CH 2 OH HO P O P O P O O O NH 2 - O N N N N O O - O O CH 2 O OH NH 2 O N N N N O P O O =O = - HO P O P OH O O - O O - + AMPc PPi


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