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GENETIQUE DES PROCARYOTES

Cours proposés par Dr SAIDI

Niveau L3

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• V- Expression et régulation de l’information génétique chez les bactéries et bactériophages 

• V.1. La transcription chez les procaryotes : Définition, l’ARN polymérase, les promoteurs bactériens, déroulement de la transcription.

• V.2. La traduction chez les procaryotes : Initiation, élongation, terminaison • V-3. Régulation de l’expression génétique 

• V.3.1. Au niveau transcriptionnel

• - Notion de force du promoteur •

- La reconnaissance du promoteur (rôle des facteurs sigma dans la régulation) • - Disponibilité du promoteur (modèle de variation de phase chez les bactéries) • Régulation par les facteurs de transcription : régulation positive et négative •  Modes d’action des différentes classes de répresseurs et d’activateurs   •  Régulation négative inductible : opéron lactose •  Régulation négative répressible : opéron tryptophane •  Régulation positive par l’activateur CAP/AMPc, cas de l’opéron lactose  •  Régulation positive et négative : opéron arabinose • - Régulation par l’atténuation : opéron tryptophane  • - Régulation par antiterminaison de la transcription : bactériophage lambda  •

V.3.2. Au niveau traductionnel • - Initiation de la traduction, atténuation de la traduction, terminaison de la traduction • Mode d’évaluation : 

• Contrôle continu et Examen semestriel

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Chapitre I

Structure, organisation et réplication du matériel

génétique bactérien

• Chromosome

•

Plasmide • bactériophage

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Structure de l’ADN Bactérien

• Structure primaire de l’ADN 

Structure primaire de l’ADN  résulte de la condensation de nucléotides monophosphates, par des liaisons phosphodiésters entre le carbone 3’ d’un premier nucléotide et le résidu phosphorylé porté par le carbone5’ du nucléotide

suivant  La structure est formée de 2 chaînes de polynucléotides orientées dans le sens 5’ 3’, antiparallèles.

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La structure secondaire 

Une Hélice formée de deux chaines hybridées deux à deux. Caractéristiques

1/ antiparallèles : l’extrémité 5’ d’une chaine est du côté de l’extrémité 3’ de l’autre chaine. 

2/ complémentaires : les nucléotides d’une chaîne sont complémentaires aux nucléotides de la 2ème chaine.

Les règles de complémentarité universelles : en face la base A on trouve la base T, en face la base C on trouve la base G. rapports A/T, C/G constants. Cette complémentarité est due à la conjonction de deux phénomènes :

Des contraintes sériques : la complémentarité purine- pyrimidine fait que chaque paire de base ayant la même dimension, la structure d’ADN est très régulière. 

La création de liaisons d’hydrogènes:  entre les bases

complémentaires., 2 liaisons entre A-T et de 3 entre C-G. Ce nombre influe sur la stabilité de l’appariement.

Pour rompre l’appariement A-T, il faut une énergie de 21kj, et 63kj pour rompre C-G.

3/ Chaines hélicoïdales : l’ADN s’enroule autour d’un axe central imaginaire en formant une double hélice droite ADN A, ADNB) . Le pas de l’hélice est de 34Â (10pb), la

distance entre deux bases voisine est de 3.4Â et le diamètre de 20Â. Génétique des procaryotes 2015-2016

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La Réplication

Définition: La réplication est un mécanisme de

synthèse de l’acide désoxyribonucléique(reproduction exact du génome)

•   mode semi-conservatif: l’ADN contient un brin dérivée de la molécule mère (matrice) et un brin néosynthétisé (expérience de Meselson et Stahl,

1958) • sens de la synthèse: 5’ vers 3’. 

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La réplication du chromosome bactérien  Le chromonème possède une origine de réplication (oriC); à ce niveau se fait la séparation des deux brins: Formation de fourches de réplication (2 fourches qui progressent dans les deux sens opposés/ bidirectionnelle). Les deux fourches fusionnent. La réplication s’achève au point (terC).

• Remarque : le chromonème est un réplicon.

Un réplicon est toute molécule d’ADN avec une origine de réplication.

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Eléments impliqués dans la

réplication  1- ADN matrice, 2- désoxyribonucléotides (dATP, dGTP,dCTP, dTTP) ,

3- ions Mg2+  4-Topoisomérases (DnaA): élimine les contraintes de surenroulement crées par l’hélicase (DnaB). 5 - Hélicase (DnaB) additionné de DnaC: sépare les brins d’ADN  6- SSB (Single Strand Binding) : protéines qui stabilise l’ADN monocaténaire 7- ADN polymérase III : polymérise les désoxyribonucléotides dans le

sens 5’ 3’ (composé de sous unités α2 ε2 β4 γ δ δ’ χ et ψ) 8- Primase (DnaG) : synthétise les amorces d’ARN nécessaire à la polymérase 9- ADN ligase : attache les fragments d’Okazaki sur le brin retardé.

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• Eléments du mécanisme de réplication chez E.coli

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1- Initiation de la réplication

1)formation de la fourche de réplication : au niveau d’une origine de réplication (ori C).

a) oriC: composé de trois régions riche en

A-T (TTATCCACA) et de 4boites DnaA. De 10 à 12 molécule de protéines DnaA se lient aux boites DnaA et forme le complexe.

Le déroulement se fait dans les deux sens par ce complexe DnaA (topoisomérases) b)Le complexe dissocie la région riche en

A-T et ouvre la double hélice.

2) Séparation des deux brins : par l’action d’une enzyme (hélicase/ DnaB), maintenus éparés par des protéines, SSB (single trand binding)

c) Une fois ouvert, DnaC se lie au DnaB hélicase) pour démêler encore ce

domaine.

d) Finalement DnaG primase initie commence) la synthèse par polymérisation

d’un brin d’ARN.  Génétique des procaryotes 2015-2016

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2- Elongation

Après l’initiation, sur un fragment (matrice) de la fourche, l’élongation est continue (brin précose), sur l’autre matrice, l’élongation est discontinue (fragments d’Okazaki). L’avancée de la réplication illustrée est de droite vers la gauche. Sur le brin continu la synthèse se fait par DNA Pol III, liée à DnaQ qui fourni la fonction editing. Le domaine C-terminal de DnaQ se lie à la DNApol III et le domaine N-terminal contient l’activité exonucléasique ( editing function). Le brin retardé est synthétisé en fragments d’ADN (Okazaki) qui sont liés ensemble par la ligase après avoir enlevé le brin d’ARN par la DNA Poly I. 

Correction des paires de bases dépareillées: editing function

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3-terminaison La terminaison de la réplication se fait quand les

deux fourches de réplication fusionne au point opposé à OriC, le site (ter C)sous l’action de la DNA de terminaison de la réplication (Dnat).

La séparation des deux molécules filles d’ADN se fait grâce à l’action de la DNA gyrase (topoisomérase II)

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Mécanismes d’action des topoisomérases

a) Les topoisomérases catalysent la conversion

interne des molécules d’ADN circulaires. Les molécules d’ADN peuvent être relâchées ou superenroulées, nouées ou dénouées, caténaire ou non, par l’action des topoisomérases.

b) b) Deux types de

topoisomérases classées enfonction du nombre de coupure faite sur l’ADN.

Topo I : une cassure sur une des deux molécules. Topo II : cassures faites sur les deux molécules.

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ADN polymérase I et fragment de Klenow

• L’enzyme est composé :  D’un petit domaine central avec une activité

exonucléasique orientée de 3'->5' qui constituel'activité de correction d'épreuves (édition). C'est grâce à cette activité que l'enzyme effectue une réplication fidèle, avec un taux d'erreurs extrêmement faible. Le gros domaine C-terminal possède l'activité de polymérisation, orientée de 5'->3'. Une protéolyse ménagée par la subtilisine permet de détacher très spécifiquement le petit domaine N-terminal.

Les deux autres domaines restent liés et constituent