Hyperchromicité

L'hyperchromicité ou effet hyperchrome est la propriété des polymères biologiques, et surtout l'ADN et l'ARN, de voir leur absorption dans l'UV augmenter quand ils subissent une dénaturation, c'est-à-dire une perte de leur structure secondaire.

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Acide nucléique - Polymère organique - Polymère - Technique de biologie moléculaire

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La valeur de la température au point correspondant à 50% de la variation d'hyperchromicité, se nomme la température de fusion ou Tm (m pour «melting»).... (source : books.google)
Il s'agit de la séparation des brins lorsque on augmente la température. La dissociation des 2 brins est nommée " fusion " parce qu'elle se produit... L'hyperchromicité est due au fait que les bases sont alors moins strictement empilées.... (source : espacesciences)
Quels sont les doubles brins obtenus après action de chacun des deux enzymes... Cette propriété est nommée l'effet hyperchrome ou hyperchromicité.... demi- variation d'absorbance, est la température de fusion de la molécule, notée Tm.... (source : sites.univ-provence)

Courbe de fusion d'un acide nucléique selon la température. L'augmentation de l'absorption UV caractérise le phénomène d'hyperchromicité

L'hyperchromicité ou effet hyperchrome est la propriété des polymères biologiques, et surtout l'ADN et l'ARN, de voir leur absorption dans l'UV augmenter quand ils subissent une dénaturation, c'est-à-dire une perte de leur structure secondaire^[1]. Cette propriété est fréquemment utilisée en biologie pour analyser par spectrophotométrie la structuration des acides nucléiques selon paramètres physico-chimiques (température, pH, ions... )

Hyperchromicité et fusion des acides nucléiques

Dans l'ADN et dans l'ARN, les bases sont empilées au sein de la double hélice, ceci conduit à une baisse de leur absorption dans l'UV. Quand l'appariement des bases est rompu, par exemple par quand on chauffe la solution, les deux brins se séparent, les bases sont exposées au solvant aqueux et leur absorption augmente de 20 à 40% comparé à l'état apparié en duplex. En suivant l'absorption d'une solution d'ARN ou d'ADN selon la température, il est ainsi envisageable de déterminer la température de fusion de la double hélice. Par définition, celle-ci correspond à la température pour laquelle la moitié de l'ADN ou de l'ARN est fondu et par conséquent à la température pour laquelle l'absorption mesurée correspond à la moyenne de la valeur entre l'absorption du double-brin (hypochrome) et du simple-brin (hyperchrome).

Étude de la stabilité des acides nucléiques

L'étude de l'effet hyperchrome forme la base des études de stabilité des acides nucléiques^[2]. Elle permet surtout d'étudier la dissociation des deux brins d'un duplex d'ADN ou d'ARN. A partir de l'étude des courbes de fusion, on peut en effet extraire les paramètres thermodynamiques correspondant à cette réaction, ce qui permet ensuite de déterminer des valeurs quantitatives associées à la formation d'une paire de base.

Pour ce type d'étude, on utilise généralement des courts oligonucléotides de 10 à 20 bases de long, ce qui permet d'avoir des températures de fusion comprises entre 30 et 70 degrés Celsius. Dans l'exemple simplifié d'un oligonucléotide de séquence palindromique, qui est par conséquent son propre brin complémentaire, cela revient à étudier l'équilibre :

$duplex \rightleftharpoons 2\; brin$

Equations de base

La constante d'équilibre associée à la réaction est $K = [b r i n] 2 / [d u p l e x]$
L'enthalpie libre standard associée à la réaction à pour expression $Δ G 0 = - R T log K = Δ H 0 - T Δ S 0$
La conservation du nombre total de brins dans la solution implique : $[b r i n] + 2[d u p l e x] = [A D N t o t a l]$

Avec T, la température, R, la constante des gaz parfaits et $[A D N t o t a l]$ , la concentration totale de brins d'ADN (appariés ou non) dans la solution.

A la température de fusion

A la température de fusion $T m$ , par définition, la moitié des brins d'ADN se trouve sous forme appariée et l'autre moitié sous forme de duplex. On a par conséquent $[b r i n] = 2[d u p l e x]$ . On peut alors résoudre les équations ci-dessus et calculer $T m$ suivant les autres paramètres. On a à partir de l'expression de l'enthalpie libre :

$R T m log (2[b r i n]) = Δ H 0 - T m Δ S 0$

En tenant compte de la conservation des brins, on trouve :

$T_m=\frac{\Delta Hˆ0}{\Delta Sˆ0+R\log[ADN_{total}]}$

En mesurant expérimentalement la température de fusion pour plusieurs valeurs de concentration de l'oligonucléotide, il est envisageable, par ajustement de l'expression ci-dessus, de déterminer les valeurs de l'entropie et de l'enthalpie standard ( $Δ S 0$ et $Δ H 0$ ) et par conséquent de l'enthalpie libre $Δ G 0$ à la température souhaitée.

Notes et références

Michelson A. M., «Hyperchromicity and nucleic acids. », dans Nature, vol. 182, 1958, p. 1502-1503 [ lien PMID ]
Mergny J. L., Lacroix L., «Analysis of thermal metling curves», dans Oligonucleotides, vol. 13, 2003, p. 515-537 [ lien PMID ]

Voir aussi

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