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
Gène A Gène B Gène C5 ’ 3 ’
3 ’ 5 ’
mRNA tRNA rRNA
Protéines
“ Génos ” qui donne naissance
Génome = ensemble des gènes d ’un organisme
Localisation : chromosomes = ADN taille variable (procaryotes ≠ eucaryotes)
organisme Paires de base (en millier ou kb) Longueur (µm)
virusVirus du polyome 5, 1 1,7 BactériesE. coli 4700 1760 EucaryotesHomme 2 900 000 990 000
II- Organisation des gènes
1- Virus = particules infectieuses
- acide nucléique (DNA ou RNA)
- capside protéique
- enveloppe (membrane )
Compactage ++
Classe II (structure) Classe III Classe I
- parasites obligatoires (produisent pas d ’énergie, pas de synthèse protéique)
- infection des bactéries (bactériophages), plantes, animaux hommes (spécificité d ’espèces, cellulaires)Ex1 Bactériophages
BactériophageT
E. Coli
Phage T
DNAdb du phage (20kb)
DNA E.coli
adsorption
Pénétration du DNA
Destruction chromosome de l ’hôte
Protéines virales
Réplication du DNA + expression moléculaire
multiplicationLibération des virus
Cycle lytique
Ex 2 : virus de l ’hépatite B = virus à DNA
E. Coli
Phage
DNAdb du phage
DNA E.coli
Bactériophage
Cycle lysogène
division
Brin long (3,2 kb) = brin - (= brin matrice)
DNA db partiel = 5kb (≠ DNA virus herpes = 100 kb)
Brin court = brin +(= brin codant)
Capside protéique (HBc)
Enveloppe (HbS)
Infecte les hépatocytes
Ex : UV
Cytolyse
Ex 3 : Virus à ARN (cas des rétrovirus)
Définition : ARN monocaténaireTranscriptase inverse (rétro-transcriptase)
ADN db
ARN Hybride ADN-ARN
Transcriptase inverse
ADN monocaténaire
Transcriptase inverse
ADN db viral
rétrovirus
ARNTranscriptase
inverse
Infection par un rétrovirus
ADN chromosomique de
l ’hôte
ARN viral
ADN
ADN dbADN viralmRNA viral
Synthèse de protéines
Exemples de rétrovirus : le VIH (virus de l ’immunodéficience humaine) responsable du SIDA(Syndrome de l ’Immuno Déficience Acquise)
Structure du virus
membrane
gp120
ARN viral
Transcriptase inverse
gp41
Interaction cellule hôte -VIH
Lymphocytes T4 membrane
Récepteur CD4
ARN viral
ADN dbTranscriptase
inverse
Autre exemple : rétrovirus tumorigènes
(virus du sarcome de Rous : responsable du sarcome du poulet = oncogènes)
Gènes cellulaires = proto-oncogènes oncogènes (ex gène src : tyrosine kinase)
2- génome bactérien
DNA chromosomique
= DNA db circulaire
(4700 kb, 1,7 mm)2 µm
DNA extrachromosomique
= plasmides
3 - génome eucaryote
Gènes de résistance
Vecteur de gènes
DNA linéaire : longueur dans une cellule humaine ± 2m Compactage +++
Cellule pré-méiotique
1ère division méiotique (réductionnelle)
2n 2n
2n
n n n n
2ème division méiotique (équationnelle)
Chez l ’homme : 46 chromosomes (23 x 2 : cellules somatiques)
Cellules germinales : 23 chromosomes
Gamètes ou cellules germinales
Spermatozoïde + ovule Cellule 2 n Développement d ’un organisme
Expression différentielle des gènes
Les chromosomes
Bras p
Bras q
télomères
télomères
centromère
Caryotype humain
chromatides
chromosome
Séquences uniques codantes = gènes de structure (protéines, ARN)
Séquences répétitives : - DNA satellite non codants :centromère
- séquences des télomères
Séquences régulatrices (interaction ADN + facteurs protéiques)
3 ’ 5 ’
5 ’ 3 ’A B C D E F G1 2 3 4 5 6 7
Gènes morcelés
Introns (80%) exons
Ex: gène de l ’ovalbumine
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
4 - différentes formes topologiques du DNA
Protéines
Structure primaire (séquence en AA)
Structure secondaire (hélice ou feuillet plissé ß)
Structure tertiaire (repliement)
DNA
Structure primaire (séquence nucléotidique)
Structure secondaire (double hélice)
Structure tertiaire (super-enroulement)
Exemple : combiné téléphonique
enroulementsuper-enroulement
Topo-isomérase
DNA super-enroulé
Cas du DNA
Topo-isomérase
DNA relaché
Les différents niveaux de structure
Association DNA + protéine (histones) = chromatine
III - Réplication du DNA
Cellule mère
Cellules filles : même patrimoine génétique
Réplication selon un mode semi-conservateur (Meselson et Stahl 1957)
E.coli
15NH4ClDNA avec 15N = DNA“lourd”
ADN parental DNA “lourd” 15N
DNA hybride
E.coli 14NH4Cl DNA avec 14N
Molécules filles à la première génération
Molécules filles à la deuxième génération
DNA hybride
DNA“léger”
Mécanisme de la réplication (chez les procaryotes)
origine
origine
Fourche de réplication
Fourche de réplication
bidirectionnelle
Où débute la réplication ? Dans quel sens ?
5 ’
3 ’
5 ’
3 ’
hélicase
5 ’
3 ’Direction du mouvement de
la fourche de réplication
5 ’
3 ’
Brin directeur
Brin retardé
Fragments d ’Okazaki1
2
3
DNA ligase
Mécanisme biochimique de la réaction d ’élongation
Chaîne amorce
ß
Chaîne matrice
base
base
PPi
Chaîne matrice
base
base
(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
- DNA polymérase III
3 ’
5 ’
5 ’
3 ’
Rque : Réaction de polymérisation en chaîne (PCR) et Taq polymérase
dGTP PPiA T C
T A G
P P OH
5 ’3 ’
P P
A T C
T A G
P OH
G
C
dTTP PPi
P P
A T C
T A G
P
G
C
T
A
P OH
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
G1
M
S
G2
Synthèse de DNA2n
4n
2n
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