Physique des Acides Nucléiques

Hardet Aimlain Ngoma

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• Publié par: hardet2012
• Publié le: 18 novembre 2013
• Nombre de lectures: 14
• Langue: Français
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Extrait

Exposé de Biophysique

UNIVERSITE MARIEN NGOUABI Travail – Progrès – Humanité
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FACULTE DES SCIENCES
ET TECHNIQUES
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FORMATION DOCTORALE SCIENCES

DE LA MATIERE ET DES MATERIAUX
(FDS2M)
--------------------

N° 006 /UMNG.FST.FDS2M.









PHYSIQUE DES ACIDES
NUCLEIQUES

Présenté par : André AYABAGABO
Lewis-Prince TOMBET-BOUNKONGOU Hardet Aimlain NGOMA

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Exposé de Biophysique


Plan :
Introduction
I-Objet d’étude
1. Définition
2. Types d’acides nucléiques
3. ADN-Acide Désoxyribonucléiques
4. ARN : Acide Ribonucléique
II-Propriétés physiques liées à la structure de l’ADN et applications
1. Absorption
2. Sédimentation
3. Dénaturation
4. Hybridation moléculaire
5. Vitesse de réassociation d’un simple brin d’ADN avec son
complémentaire
6. Electrophorèse

III-PRINCIPES PHYSIQUES DE L’ELECTROPHORESE SUR GEL D’AGAROSE
Conclusion
Bibliographie

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Exposé de Biophysique



Introduction
La biophysique est une branche interdisciplinaire de la biologie qui porte
sur l’étude des êtres vivants au moyen de théories physiques de portée
plus générale. Dans ce travail, nous nous intéressons à l’étude de la
physique des acides nucléiques (2).
Il s’agit d’analyser les phénomènes biologiques y compris la structure des
acides nucléiques à l’aide de théories et de techniques de la physique.

I- L’Objet d’étude
1. Définition
Acide nucléique = ADN - ARN.
Il s’agit d’une macromolécule formée par polymérisation de nucléotide.
Les acides nucléiques sont des macromolécules, c’est-à-dire de grosses
molécules relativement complexes. Ils entrent dans la famille des
biomolécules puisqu'ils sont d’une très grande importance dans le règne de
la vie, « bios » signifiant vie en grec.
Les acides nucléiques sont des polymères dont l’unité de base, ou
monomère, est le nucléotide. Ces nucléotides sont reliés par des liaisons
phosphodiester.
2. Types d’acides nucléiques
 L’acide désoxyribonucléique : ADN
 L’acide ribonucléique : ARN
 L’ATP = Adénosine Triphosphate (forme d’énergie utilisable par
cellule).
3. ADN-Acide Désoxyribonucléiques
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Exposé de Biophysique


a. Structure et Fonction de l’ADN
Dans la nature, les processus biologiques ayant lieu à l'échelle cellulaire sont
conduits par des molécules appelées protéines. Les protéines sont des
polymères d'une dizaine de nanomètres. Elles servent par exemple de
catalyseurs pour fournir l'énergie nécessaire aux réactions biochimiques et de
canaux qui alimentent les cellules.
L'ADN (acide désoxyribonucléique) est précisément le "disque dur" qui contient
l'information nécessaire à la fabrication de ces molécules vitales et qui
transmet notre information génétique à travers les générations. La structure
statique de l'ADN admise aujourd'hui a été proposée par Watson et Crick en
1953 (5). La molécule d'ADN est un double brin de polymère enroulé sous
forme hélicoïdale (voir la figure 1). Les monomères de ce long polymère sont
des nucléotides. Chaque nucléotide est formé par un groupe phosphate, un
cycle de sucre à cinq atomes (un ribose) et un acide nucléique. La succession
de sucres-phosphates constitue le squelette de la molécule d'ADN. Il existe
deux catégories d'acides nucléiques, à savoir les purines et les pyrimidines.
Adénine (A) et Guanine(G) sont des purines et Cytosine (C) et Thymine (T) des
pyrimidines.
Les purines sont constituées d'un cycle à cinq atomes lié à un cycle à six
atomes et les pyrimidines d'un cycle à six atomes.
Pour que les liaisons hydrogène se forment correctement, chaque guanine est
liée à une cytosine par une triple liaison hydrogène et chaque adénine à une
thymine par une double liaison. De ce fait, une liaison G ≡ C est plus solide
qu'une liaison A = T et les deux brins sont complémentaires l'un de l'autre
(voir la figure 2.1). Le complexe sucre-phosphate est orienté puisque deux
phosphates liés à un ribose sont attachés à des atomes de carbone de natures
différentes. Les deux extrémités de ce monomère orienté s'appellent 3' et 5'(4).
Nous allons voir dans la suite à quel niveau intervient cette direction
particulière.




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Exposé de Biophysique




Fig. 1: La structure hélicoïdale de la molécule d'ADN (à gauche) et sa composition chimique (à droite).
La première figure est téléchargée de Wikipedia et la deuxième du moteur de recherche d'image de
yahoo.


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Exposé de Biophysique

Fig. 2.1: La composition des deux types de pair d'acides nucléiques A-T et G-C (à gauche) et leur
position sur le double brin (à droite). Les figures sont téléchargées du moteur de recherche d'image de
yahoo.

La succession d'acides nucléiques constitue l'information génétique et on
l'appelle la structure primaire de l'ADN ou le génome. Chaque base est liée à la
fois à un carbone latéral du ribose du même brin et à une base appartenant à
l'autre brin. Dans la suite, nous appellerons cet agencement une paire de
bases. Les deux brins complémentaires liés par des liaisons hydrogène
constituent la structure secondaire de l'ADN. Il existe une catégorie
conformationnelle supplémentaire que l'on appelle la structure tertiaire et qui
désigne la forme en hélice que prennent conjointement les deux brins
complémentaires.
En fait, la double hélice peut adopter de nombreuses formes, dont les plus
fréquemment rencontrées sont appelées A, B et Z.


Fig. 2.2 La structure en double hélice est maintenue grâce aux liaisons hydrogènes entre les bases d’une part
mais aussi grâce aux forces d’empilement hydrophobes entre les bases. ). Les figures sont téléchargées du
moteur de recherche d'image de yahoo.


Ces diverses conformations diffèrent principalement par la position relative des
paires de bases et l'inclinaison des plateaux par rapport à l'axe de l'hélice. Ce
degré de conformation supplémentaire et d'autres structures d'ordre supérieur
ne seront pas pris en compte dans cette exposée.

A l'échelle des paires de base, en plus des liaisons hydrogène, il existe une
seconde énergie caractéristique, à savoir l'énergie d'empilement. C'est une
interaction attractive due aux forces hydrophobes et au recouvrement des
électrons π des paires de bases successives. En fait les plateaux successifs ont
tendance à se rapprocher pour empêcher les molécules d'eau de pénétrer
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Exposé de Biophysique

entre eux. C'est précisément cette tendance qui donne à la molécule sa
structure tertiaire.




Fig. 3: Le processus de réplication. La figure est téléchargée du moteur de recherche d'image de yahoo.

Il existe à l'échelle cellulaire deux processus biologiques très importants, à
savoir la réplication et la transcription-traduction. Les mécanismes conduisant
ces processus étant d'une sophistication impressionnante, nous allons les
décrire succinctement.
La réplication a lieu lors de la mitose (la division cellulaire) et est conduite par
un moteur moléculaire appelé l'ADN polymérase (ADN-pol). L'ADN-pol se pose
sur le brin principal et le lit d'un bout à l'autre dans le sens 3' →5' derrière les
hélicases qui écartent le double brin. Lors de la lecture il produit une copie
exacte du brin complémentaire de celui sur leque