Fiche de Révision UE 2.1 – ARN ET MEMBRANE

Cycle de la vie et grandes fonctions – Cours du 29/09/2025

1. Structure et composition de l'ADN et de l'ARN

1.1. Composition chimique de l'acide nucléique

• ADN et ARN sont des polynucléotides constitués d’une succession de sucres reliés entre eux par des groupements phosphate (liaisons phosphodiester).
• Chaque sucre est un pentose (5 carbones numérotés de 1' à 5'). Les carbones sont les angles dans la chaîne.
• La différence principale entre ADN et ARN est le sucre :
  • ADN contient un désoxyribose (absence d'un groupement OH sur le carbone 2', il a un H à la place).
  • ARN contient un ribose avec un groupement OH libre en 2'.

Définition : Un nucléotide = sucre pentose + base azotée + groupement phosphate.

1.2. Orientation et extrémités des chaînes

• Les chaînes d'ADN/ARN ont une orientation 5’ → 3’ :
  • L’extrémité 5’ porte un groupement phosphate libre.
  • L’extrémité 3’ porte un groupement OH libre.
• Les bases azotées sont attachées au carbone 1' du sucre.

1.3. Bases azotées et appariements

• Les bases se divisent en deux catégories :
  • Purines : Adénine (A) et Guanine (G)
  • Pyrimidines : Cytosine (C), Thymine (T) (ADN), et Uracile (U) (ARN).
• Appariement bases (ADN double brin) :
  • A s’apparie toujours à T via 2 liaisons hydrogène.
  • G s’apparie toujours à C via 3 liaisons hydrogène → liaison plus stable.

2. Structure de l'ADN et ARN

2.1. ADN et ARN : différences principales

2.2. Double hélice et complémentarité

• L’ADN est une molécule stable et compacte, souvent en double hélice.
• Pour chaque séquence, il existe un brin codant (5’ → 3’) et un brin matrice ou non codant (qui sert de modèle lors de la transcription).
• Exemple :
  • Brin codant : 5’–ATCCCTAGC–3’
  • Brin matrice : 3’–TAGGGATCG–5’

Note : lors de la transcription, c’est le brin matrice qui est lu pour synthétiser un ARN complémentaire, identique au brin codant (substitution de T par U).

3. Transcription : de l’ADN à l’ARN messager (ARNm)

3.1. Principes de transcription

• L’enzyme ARN polymérase synthétise l’ARN en se déplaçant sur le brin matrice ADN, dans le sens 3’ → 5’.
• L’ARN produit est donc complémentaire du brin matrice et identique au brin codant, sauf que l’uracile remplace la thymine.

3.2. Exemple de traduction d’un codon

• Le code génétique se lit par codons, groupements de 3 bases.
• Chaque codon correspond à un acide aminé précis.
• Ex:
  • Codon : ACA
  • Acide aminé codé : Thréonine (Thr)

Exemple de transcription/traduction:

• ADN brin codant : ATCCCTAGC
• Brin matrice : TAGGGATCG
• ARN transcrit (au niveau du brin matrice) : AUC.CCU.AGC
• Codons et acides aminés correspondants :
  • AUC = Isoleucine (Ile)
  • CCU = Proline (Pro)
  • AGC = Sérine (Ser)

3.3. Liaison peptidique

• Deux acides aminés sont liés par une liaison peptidique, formant des peptides et finalement une protéine.
• Exemple d’une protéine débutant : NH2 - Ile - COOH.

4. Dénaturation de l’ADN et stabilité

4.1. Température de dénaturation (Td)

• Td correspond à la température à laquelle la double hélice se sépare en deux brins.
• La Td dépend du % GC :
  • Les liaisons G-C (3 liaisons hydrogène) sont plus stables que les liaisons A-T (2 liaisons hydrogène).
  • Plus la séquence est riche en GC, plus la Td est élevée.

5. Organisation et compactage de l’ADN

5.1. Organisation dans la cellule

• ADN est principalement situé dans le noyau des cellules eucaryotes, et dans la mitochondrie.
• Chez les procaryotes, l’ADN est généralement circulaire et non associé à des histones.
• Chez les eucaryotes, l’ADN est linéaire avec des extrémités libres et compacté sous forme de chromatine.

5.2. Chromatine et chromatide

• La chromatine est un complexe d’ADN + protéines, principalement des histones.
• Chaque chromatide correspond à une molécule d’ADN compactée autour d’histones.

6. Transcription, maturation et traduction de l’ARN

6.1. Épissage (splicing)

• Lors de la synthèse d’ARN pré-messager (ARNpm), la séquence contient :
  • Exons : séquences codantes conservées
  • Introns : séquences non-codantes à éliminer
• L’épissage permet :
  • Enlèvement des introns
  • Rattachement des exons pour générer un ARNm mature fonctionnel prêt à la traduction.

6.2. Modifications post-transcriptionnelles

• Ajout d’une coiffe (cap 5’) à l’extrémité 5’ de l’ARNm.
• Ajout d’une queue poly-A (queue 3’) à l’extrémité 3’.
• Ces modifications protègent l’ARN, facilitent sa sortie du noyau et son association avec les ribosomes.

7. Mutations génétiques

7.1. Types de mutations

• Addition d’une base.
• Délétion d’une base.
• Substitution d’une base (remplacement par une autre).

7.2. Conséquences des mutations

• Mutation silencieuse : changement d’une base sans modification de l’acide aminé codé (dû à la redondance du code génétique).
• Mutation faux-sens : changement d’une base modifiant l’acide aminé codé → possible perte/fonction anormale de la protéine.
• Mutation non-sens : mutation entraînant un codon STOP prématuré → protéine tronquée, souvent non fonctionnelle.

Exemple clé : la drépanocytose est une maladie causée par une mutation ponctuelle (substitution) qui modifie la conformation de l’hémoglobine → déformation des globules rouges.

8. Concepts généraux en génétique

9. Cycle cellulaire et division

• Les cellules somatiques humaines sont diploïdes (2n), contenant deux copies de chaque chromosome.
• Avant la division cellulaire (mitose), l’ADN est répliqué, la cellule devient temporairement tétraploïde (4n).
• Les cellules sexuelles (gamètes) sont haploïdes (n), résultant de la méiose.

10. Synthèse protéique et localisation cellulaire

10.1. Localisation de l'ADN et de l'ARN

• ADN est localisé principalement dans le noyau (eucaryotes), et mitochondries.
• ARN est produit dans le noyau et migré dans le cytoplasme où a lieu la traduction.

10.2. Transcription et traduction chez procaryotes vs eucaryotes

• Chez les procaryotes, transcription et traduction sont simultanées car pas de noyau.
• Chez les eucaryotes, transcription dans le noyau, traduction dans le cytoplasme.

11. Synthèse multimodulaire : cycle transcription-traduction

[Diagramme]

Explications :

• L’ADN est transcrit en ARN pré-messager.
• L’ARN pré-messager est maturé (épissage des introns, ajout de coiffe 5’ et queue poly-A 3’).
• L’ARNm mature quitte le noyau, entre dans le cytoplasme.
• Les ribosomes lisent l’ARNm et traduisent les codons en séquences d’acides aminés formant une protéine.
• La chaîne polypeptidique subit un repliement et des modifications post-traductionnelles pour devenir une protéine fonctionnelle.

Conclusion

Cette fiche résume les notions fondamentales de la synthèse et l’organisation des acides nucléiques, la transmission de l’information génétique et la synthèse des protéines, mettant en lumière les différences entre ADN et ARN, les mécanismes de transcription et traduction, ainsi que les implications des mutations génétiques.

La compréhension des étapes, des structures et des processus cellulaires est essentielle pour aborder la biologie moléculaire et les pathologies liées aux altérations génétiques.

Si besoin, n'hésitez pas à demander d'autres fiches plus détaillées sur la traduction, la replication, ou la régulation génétique !