4.2 – Structure des acides nucléiques SBI 4U Dominic Décoeur

Que signifie « ADN »? Quelles sont ses différentes composantes? Quelles sont ses fonctions?

Reportage Les 50 ans de l’ADN (version vidéo) http://www.radio-canada.ca/actualite/decouverte/reportages/2003/04-2003/03-04-27/adn.html

La communication scientifique À la suite du reportage, les élèves sont amenés à discuter de l'une des découvertes les plus importantes du 20e siècle et de son rôle fondamental dans la science d’aujourd’hui.

Animation Une visite dans l’ADN http://www.pbs.org/wgbh/nova/genome/dna.html# Un retour à la base http://learn.genetics.utah.edu/content/begin/tour/

Acide DésoxyriboNucléique Un peu d’histoire… Crick et Watson, 1953 Découverte de la structure de la molécule d'ADN Acide DésoxyriboNucléique Watson et Crick ADN = polymère de nucléotides

Ribose vs Désoxyribose La structure du ribose présent dans l’ARN et la structure du désoxyribose présent dans l’ADN. Dans le ribose, le carbone C2’ est lié à un groupement hydroxyle. Dans le désoxyribose, ce carbone est lié à un seul atome d’hydrogène plutôt qu’au groupement hydroxyle.

La structure d’un nucléotide La structure générale d’un nucléotide. Dans l’ADN, le sucre est du désoxyribose et la base azotée est l’une des suivantes : adénine (A), guanine (G), cytosine (C) ou thymine (T). Dans l’ARN, le sucre du ribose et la base azotée de l’uracile (U) remplace la thymine.

Les 4 sortes de bases azotées Pyrimidines : dont la structure comporte un seul anneau. Purines : dont la structure comporte deux anneaux.

Il y a donc 4 sortes de nucléotides : A, T, C, G Les nucléotides peuvent se lier les uns aux autres par leur sucre (désoxyribose) et leur groupement phosphate.

Les bases azotées Une purine se lie toujours avec une pyrimidine. Ainsi, les bases appariées ont toujours une largeur totale constante de trois anneaux.

Structure de l’ADN Donc, si on sépare une molécule d'ADN en nucléotides, on obtient toujours: Il peut y avoir plus de AT que de CG ou l'inverse (ça varie selon les espèces), mais il y a toujours autant de A que de T et de C que de G. Pourquoi ?

Les liaisons d’hydrogène A peut s'apparier avec T et C avec G : A avec T : deux liaisons hydrogène (liaisons faibles) C avec G : trois liaisons hydrogène

DONC… Deux chaînes de nucléotides peuvent s'unir l'une à l'autre si leurs bases sont complémentaires (A face à T et C face à G).

L'orientation entre les liaisons donne une structure en forme de double hélice:

L’ADN : comme une échelle… L’ADN est 2 longs brins de nucléotides reliés ensemble sous forme d’une double hélice. Pas enroulé, l’ADN ressemblerait à une échelle. Les « montants » sont formés par les molécules de carbone et de phosphate tandis que « les barreaux de l’échelle » sont formés de bases azotées (A, C, G, T). Ils sont liées par des liaisons d’hydrogène.

L’ADN : comme une échelle… Les groupements phosphate servent de ponts entre les nucléotides. Le brin fait un tour complet de l’hélice toutes les 10 paires de bases. Le carbone 5 (sucre de pentose à 5 atomes de carbone) d’un nucléotide est relié à un groupement hydroxyle sortie par le carbone 3 sur l’autre nucléotide.

Sa stabilité Trois types de force contribuent à la stabilité de l’ADN : lien P dans les côtés lien H entre les bases hydrophobe (bases azotés) et hydrophiles (gr. P + sucre)

Ses fonctions Sa fonction principale est de stocker l’information génétique, information qui détermine le développement et le fonctionnement d'un organisme. Cette information est contenue dans l'enchaînement non-aléatoire de nucléotides. Une autre fonction essentielle de l'ADN est la transmission de cette information de génération en génération, et cela avec la plus grande fidélité possible. C'est ce qu'on appelle l'hérédité. L'information portée par l'ADN peut se modifier au cours du temps. Ce sont des mutations dues principalement à des erreurs lors de la réplication des séquences de l'ADN, nécessaire avant chaque division cellulaire. C'est un des moteurs principaux de l’évolution. Source : Wikipédia

Direction de l’ADN L’orientation directionnelle d’un brin est dans le sens contraire de celle de l’autre brin de la double hélice. Donc, chaque brin d’ADN a une extrémité de 5` et une autre extrémité de 3`. Les 2 brins d’ADN ne sont pas identiques mais plutôt complémentaires. Donc, si le brin A a la séquence nucléotide GTACTAG, comment doit-on écrire la séquence du brin B?

Direction de l’ADN : le concept de complémentarité Deux chaînes de nucléotides peuvent s'unir l'une à l'autre si leurs bases sont complémentaires, c'est à dire si le A d'une chaîne fait face à un T de l'autre et si le C d'une chaîne fait face au G de l'autre.

Direction de l’ADN Les brins sont aussi antiparallèle. Donc, les 5 ponts phosphate 3`sont orientés en direction inverse dans chaque brin. Cela signifie que l’extrémité de chaque molécule d’ADN à double brin contient l’extrémité 5` d’un brin et l’extrémité 3` de l’autre.

La direction de l’ADN : le concept « antiparallèle »

Animation Building DNA http://www.explorelearning.com/index.cfm?method=cResource.dspView&ResourceID=439

Labo réflexe (p. 227)

ARN vs ADN On retrouve l’ADN et l’ARN dans la plupart des bactéries et dans le noyau des cellules eucaryotes. On retrouve 3 différences remarquables entre l’ARN et l’ADN : Le sucre de l’ARN est le ribose et non le désoxyribose. Il n’y a pas de nucléotide thymine dans l’ARN. Il est remplacé par l’uracile. L’ARN est formé d’un seul brin (ou simple brin) même si parfois, il se replie sur lui-même. Les différentes structures que peut prendre la molécule d’ARN produisent différents types d’ARN. (ARNm, ARNt, ARNr)

ARN ADN Sucre (ribose tous ses OH)‏ (désoxyribose manque OH)‏ Chaîne simple Chaîne double en forme d’hélice Partout dans la cellule (noyau + cytoplasme)‏ Seulement dans le noyau Former de bases azotées C, G, U, A C, G, A, T Acide ribonucléique Acide désoxyribonucléique ARN ADN

L’organisation du matériel génétique Les cellules eucaryotes ont plus de 10 fois plus d’ADN qu’une cellule procaryote. Chaque noyau cellulaire humain contient environ 2 m d’ADN ou six milliards de paires de bases. L’ADN doit donc s’organiser pour être compacte lors de la mitose ou la méiose. (ce qui revient à 50 km de corde qui tiendrait dans le creux de ta main)

L’organisation du matériel génétique L’ordonnance successive du matériel génétique dans la cellule eucaryote : 1) La double hélice s’enroule autour des protéines appelées « histone » et forment un fil de nucléosome. 2) Les nucléosomes s’organisent en réseau et forme la chromatine. 3) La chromatine forme des boucles qui éventuellement vont se repliées pour prendre la forme d’un chromosome.

Animation Du chromosome à l’ADN http://www.biologieenflash.net/sommaire.html

On peut maintenant choisir le sexe de son enfant… http://www.givf.com/

Cloner Mimi http://learn.genetics.utah.edu/content/tech/cloning/clickandclone/

Des petits jeux en ligne Fabriquez un clone, donnez des cheveux bouclés à votre bébé, mutez votre nom, effectuez des tests d'ADN et synthétisez une protéine. Tentez ces jeux en ligne. http://www.nature.ca/genome/04/041/041_f.cfm

L’ADN d’une banane… http://fr.youtube.com/watch?v=WdlcF7o_8G8

Devoirs p. 231 (3, 4, 5, 6, 7)

Des petits jeux en ligne Correction du devoir Cloner Mimi Des petits jeux en ligne Fables et faits Mêli-mêlo de gènes Passe-moi tes gènes Course contre la cellule