ORGANISATION MOLÉCULAIRE DES GÈNES ET RÉPLICATION DE L ’ADN
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ORGANISATION MOLÉCULAIRE DES GÈNES ET RÉPLICATION DE L ’ADN. I- Définition moléculaire du gène. “ Génos ” qui donne naissance. Classe II (structure). Classe III. Classe I. 5 ’. 3 ’. Gène A. Gène B. Gène C. 3 ’. 5 ’. tRNA. rRNA. mRNA. Protéines.

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Presentation Transcript


Organisation mol culaire des g nes et r plication de l adn

ORGANISATION MOLÉCULAIRE DES GÈNES ET RÉPLICATION DE L ’ADN


Organisation mol culaire des g nes et r plication de l adn

I- Définition moléculaire du gène

“ Génos ” qui donne naissance

Classe II (structure)

Classe III

Classe I

5 ’

3 ’

Gène A

Gène B

Gène C

3 ’

5 ’

tRNA

rRNA

mRNA

Protéines

Génome = ensemble des gènes d ’un organisme

Localisation : chromosomes = ADN taille variable (procaryotes ≠ eucaryotes)

Paires de base (en millier ou kb)

organisme

Longueur (µm)

virus

Virus du polyome 5, 1 1,7

Bactéries

E. coli 4700 1760

Eucaryotes

Homme 2 900 000 990 000

Compactage ++

- acide nucléique (DNA ou RNA)

- capside protéique

- enveloppe (membrane )

II- Organisation des gènes

1- Virus = particules infectieuses


Organisation mol culaire des g nes et r plication de l adn

- parasites obligatoires (produisent pas d ’énergie, pas de synthèse protéique)

- infection des bactéries (bactériophages), plantes, animaux hommes (spécificité d ’espèces, cellulaires)

Ex1 Bactériophages

Destruction chromosome de l ’hôte

BactériophageT

Phage T

DNAdb du phage (20kb)

Protéines virales

E. Coli

Pénétration du DNA

Réplication du DNA + expression moléculaire

DNA E.coli

adsorption

Libération des virus

multiplication

Cycle lytique


Organisation mol culaire des g nes et r plication de l adn

Bactériophage l

Phage l

DNAdb du phage

E. Coli

division

DNA E.coli

Ex : UV

Cycle lysogène

Ex 2 : virus de l ’hépatite B = virus à DNA

DNA db partiel = 5kb (≠ DNA virus herpes = 100 kb)

Capside protéique (HBc)

Brin long (3,2 kb) = brin - (= brin matrice)

Brin court = brin +(= brin codant)

Enveloppe (HbS)

Infecte les hépatocytes

Cytolyse


Organisation mol culaire des g nes et r plication de l adn

Ex 3 : Virus à ARN (cas des rétrovirus)

Transcriptase inverse (rétro-transcriptase)

Définition : ARN monocaténaire

ADN db

Transcriptase inverse

Transcriptase inverse

ARN

Hybride ADN-ARN

ADN monocaténaire

ADN db viral

ARN viral

Infection par un rétrovirus

Transcriptase inverse

ARN

ADN

rétrovirus

ADN chromosomique de l ’hôte

Synthèse de protéines

ADN db

mRNA viral

ADN viral


Organisation mol culaire des g nes et r plication de l adn

Exemples de rétrovirus : le VIH (virus de l ’immunodéficience humaine) responsable du SIDA(Syndrome de l ’Immuno Déficience Acquise)

Structure du virus

Transcriptase inverse

gp120

gp41

membrane

ARN viral

Interaction cellule hôte -VIH

Récepteur CD4

ARN viral

membrane

Lymphocytes T4

Transcriptase inverse

ADN db

Autre exemple : rétrovirus tumorigènes

(virus du sarcome de Rous : responsable du sarcome du poulet = oncogènes)

Gènes cellulaires = proto-oncogènesoncogènes (ex gène src : tyrosine kinase)


Organisation mol culaire des g nes et r plication de l adn

2- génome bactérien

DNA extrachromosomique

= plasmides

DNA chromosomique

= DNA db circulaire

(4700 kb, 1,7 mm)

Gènes de résistance

Vecteur de gènes

2 µm

3 - génome eucaryote

DNA linéaire : longueur dans une cellule humaine ± 2m

Compactage +++

Chez l ’homme : 46 chromosomes (23 x 2 : cellules somatiques)

Cellules germinales : 23 chromosomes

2n

Cellule pré-méiotique

1ère division méiotique (réductionnelle)

2n

2n

2ème division méiotique (équationnelle)

n

Gamètes ou cellules germinales

n

n

n

Spermatozoïde + ovule

Cellule 2 n

Développement d ’un organisme

Expression différentielle des gènes


Organisation mol culaire des g nes et r plication de l adn

Les chromosomes

télomères

Bras p

chromatides

centromère

Bras q

télomères

Caryotype humain

Séquences uniques codantes = gènes de structure (protéines, ARN)

chromosome

Séquences régulatrices (interaction ADN + facteurs protéiques)

Séquences répétitives : - DNA satellite non codants :centromère

- séquences des télomères

Gènes morcelés

Ex: gène de l ’ovalbumine

3 ’

5 ’

A B C D E FG

1 2 3 45 6 7

5 ’

3 ’

Introns (80%)

exons

Autre ex : gène du collagène de type I (>50 introns)

Séquençage du génome : 3 milliards pb, 30 000 gènes.

DNA extra-chromosomique

DNA des mitochondries et des chloroplastes (cellules végétales) = DNA circulaire


Organisation mol culaire des g nes et r plication de l adn

4 - différentes formes topologiques du DNA

Les différents niveaux de structure

Structure primaire (séquence en AA)

Structure secondaire (hélice a ou feuillet plissé ß)

Protéines

Structure tertiaire (repliement)

Structure primaire (séquence nucléotidique)

DNA

Structure secondaire (double hélice)

Structure tertiaire (super-enroulement)

Exemple : combiné téléphonique

enroulement

super-enroulement

Cas du DNA

Topo-isomérase

Topo-isomérase

DNA super-enroulé

DNA relaché

Association DNA + protéine (histones) = chromatine


Organisation mol culaire des g nes et r plication de l adn

III - Réplication du DNA

Cellules filles : même patrimoine génétique

Cellule mère

Réplication selon un mode semi-conservateur(Meselson et Stahl 1957)

15NH4Cl

E.coli

DNA avec 15N = DNA“lourd”

DNA “lourd” 15N

ADN parental

14NH4Cl

E.coli

DNA avec 14N

Molécules filles à la première génération

DNA hybride

DNA“léger”

Molécules filles à la deuxième génération

DNA hybride


Organisation mol culaire des g nes et r plication de l adn

Mécanisme de la réplication (chez les procaryotes)

Où débute la réplication ? Dans quel sens ?

origine

Fourche de réplication

bidirectionnelle

Fourche de réplication

3 ’

origine

5 ’

Brin directeur

hélicase

5 ’

Direction du mouvement de la fourche de réplication

3

3 ’

3 ’

2

DNA ligase

Fragments d ’Okazaki

5 ’

1

Brin retardé

3 ’

5 ’


Organisation mol culaire des g nes et r plication de l adn

Mécanisme biochimique de la réaction d ’élongation

g

ß

a

(DNA)n résidus + d NTP(DNA )n+1 résidus + PPi

- dNTP : d ATP, d CTP, d GTP, d TTP

-Mg 2+

- DNA polymérase (III)

- Amorce (RNA)

- Chaîne matrice

Chaîne amorce

Chaîne matrice

Chaîne matrice

base

base

PPi

3 ’

5 ’

- DNA polymérase III

3 ’

base

5 ’

base

Rque : Réaction de polymérisation en chaîne (PCR) et Taq polymérase


Organisation mol culaire des g nes et r plication de l adn

A

G

C

T

T

A

G

dGTP PPi

P

P

P

P

P

P

T

A

G

C

A

A T C

G

A T C

dTTP PPi

A T C

G

T

P

OH

OH

P

OH

P

3 ’

5 ’

5 ’

3 ’

La réplication chez les eucaryotes

Identique : bidirectionnelle, sens 5 ’ 3 ’, discontinue pour l ’un des brins, avec amorce

Différence : multiples points d ’initiation

Points d ’initiation

2n

M

G2

G1

2n

Synthèse de DNA

S

4n


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