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BiolMol 2-1
Liste d’articles pour exercices EPSC à télécharger !
BiolMol 2-2
1. PRINCIPES DE BASE DE LA BIOLOGIE MOLECULAIRE
1.1. Les acides nucléiques
1.1.1. Structure et expression des acides nucléiques
1.1.2. Réplication du DNA (MBC 235-244, 246-249, 255-258)
- réplication semi-conservatrice du DNA
- propriétés des DNA polymérases
- amorces et synthèse discontinue du brin traînard, fr. d'Okazaki
- étapes de l'initiation de la réplication du DNA
1.1.3. Réparation du DNA et mutations (MBC 267-275)
- bases moléculaires de la mutagenèse et mutagènes
- réparation par photoréactivation
- réparation par excision
- xeroderma pigmentosum
BiolMol 2-3
Réaction catalysées par les ADN polymérases
Croissance de la chaîne
dans le sens 5’-3’
2 liaisons riches en énergie cassées
1 liaison formée
3’
5’
5’
3’
RAPPEL
BiolMol 2-4
Réplication semi-conservatrice
double hélice d’ADN parental
Hélices «!filles!» d’ADN
Chacun des 2 brins d’ADN est
utilisés comme matrice pour la
formation d’un brin d’ADN
complémentaire.
Les brins d’origine conservent leur
intégrité au travers de nombreuses
générations cellulaires.
BiolMol 2-5
Les trois règles de synthèse du DNA :
Les DNA polymérases : synthétisent le DNA en direction 5’ -> 3’
(= enzymes ) ont besoin d’une amorce (primer)
ont besoin d’une matrice de DNA (template)
MBC 5-7
Xnon
non
!Oui !
X
X
non
BiolMol 2-6
Les DNA polymérases!:
Plusieurs sortes de DNA polymérases cellulaires de fonctions différentes.
Certaines DNA polymérases ont une activité de dégradation des liaisons
phosphodiester appelée exonucléase :
hydrolyse 3’ -> 5’ (activité de correction/proofreading)
hydrolyse 5’ -> 3’ (dégradation des amorces). (GMP Table 3-2, 3-5)
E. Coli DNA polymerases initiation chaîne 5’->3’ polym. 3’->5’ exo. 5’->3’ exonucl.
DNA Pol I - + + +
DNA Pol II (réparation) - + + -
DNA Pol III - + + -
Primosome (helicase + primase) + - - -
Eucaryotic DNA polymerases
DNA Pol !"primase + + -
DNA Pol # (réparation) - + -
DNA Pol $ (mitochondrie) - + +
DNA Pol % - + +
DNA Pol & - + +
BiolMol 2-7
Synthèse discontinue du DNA.
Une partie du DNA nouvellement synthétisé existe sous forme de fragments de
quelques centaines (eucaryotes) ou quelques milliers (procaryotes) de nucléotides
= fragments d’Okazaki. L’amorce des fragments d’Okazaki est un court brin de
RNA apparié au brin matrice.3’
5’
3’
5’
fourche
d’élongation
MBC 5-8 ou CoG 11-11
BiolMol 2-8
ouverture
5’3’
5’
3’
5’3’
fourche
d’élongation
5’
3’
3’
Synthèse discontinue du DNA.
Une partie du DNA nouvellement synthétisé existe sous forme de fragments de
quelques centaines (eucaryotes) ou quelques milliers (procaryotes) de nucléotides
= fragments d’Okazaki. L’amorce des fragments d’Okazaki est un court brin de
RNA apparié au brin matrice.
brin conducteur (leading strand)
ou chaîne précoce
brin traînard (lagging strand)
ou chaîne tardive
BiolMol 2-9
ouverture
Synthèse discontinue du DNA.
Une partie du DNA nouvellement synthétisé existe sous forme de fragments de
quelques centaines (eucaryotes) ou quelques milliers (procaryotes) de nucléotides
= fragments d’Okazaki. L’amorce des fragments d’Okazaki est un court brin de
RNA apparié au brin matrice.
brin conducteur (leading strand)
ou chaîne précoce
brin traînard (lagging strand)
ou chaîne tardive
5’
3’
5’
3’
BiolMol 2-10
ouverture
Synthèse discontinue du DNA.
Une partie du DNA nouvellement synthétisé existe sous forme de fragments de
quelques centaines (eucaryotes) ou quelques milliers (procaryotes) de nucléotides
= fragments d’Okazaki. L’amorce des fragments d’Okazaki est un court brin de
RNA apparié au brin matrice.
L’enzyme responsable de la progression
de la fourche d’élongation est appelée
hélicase
3’
5’
BiolMol 2-11
ouverture
Synthèse discontinue du DNA.
Une partie du DNA nouvellement synthétisé existe sous forme de fragments de
quelques centaines (eucaryotes) ou quelques milliers (procaryotes) de nucléotides
= fragments d’Okazaki. L’amorce des fragments d’Okazaki est un court brin de
RNA apparié au brin matrice.
L’enzyme responsable de lasynthèse de l’amorce est
appelée primase
3’
5’
5’
5’
fourche
d’élongation
5’
3’
3’
Leading strand
Lagging strand
amorce RNA
DNA répliqué
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Animation quicktime MBC 5-1 (modèle de fonctionnnement d’une hélicase)
BiolMol 2-13
Etapes de la réplication du DNA (chez E. coli)
initiation - élongation – terminaison
réplication chez E. coli : plus de 15 protéines impliquées,origines sur le DNA connues.
eucaryotes : plus de 30 protéines connues, originesinconnues (excepté levure).
Élongation :E. coli : DNA Pol. III et DNA Pol. I, primosome, etc.
mammifères : DNA Pol. !-primase, DNA Pol. % et DNA Pol. &, hélicase, RNAse, etc.
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Animation CoG, Ch. 11, DNA replication Part 5 ( DNA Pol I -> summary)
BiolMol 2-15
CoG 11-13, Modèle de synthèse couplée des brins conducteur et trainard (procaryotes)
La boucles est allongée au cours de la synthèse du fr. d’Okazaki, puis relachée lorsque la
synthèse est arrêtée suite à la collision avec le fr. précédent
BiolMol 2-16
Les origines de réplication
Mammifères E. coli
OriC
In procaryotes, DNA replication begins at a
unique site along the circular chromosome.
BiolMol 2-17
Initiation de la fourche de réplication
5’
3’
3’
5’
Brin traînard
Brin traînard
Brin conducteur
Brin conducteur
E. coli (modèle):
DNA Pol III (2x) synthétise fr.
d’Okazaki et brin conducteur
DNA Pol I détruit les amorces en
finissant la synthèse des fragments
Mammifères (modèle)
DNA Pol!-primase synthétise
amorces d’ARN et le début des
fragments d’Okazaki (ADN), quisont ensuite terminés par DNA Pol%
DNA Pol!-primase débute la
synthèse du brin conducteur, qui est
terminée par DNA Pol&
BiolMol 2-18
Animation quicktime intiation de la réplication d’un virus eucaryote (papillome)
Site web Uni Wisconsin:
http://bioweb.uwlax.edu/
http://bioweb.uwlax.edu/GenWeb/Molecular/Theory/Replication/replicat.mov
start
Modèle à deux DNA Polymérases
(parasitage des DNA Pol. Cellulaires par le virus)
BiolMol 2-19
Hors polycopié
BiolMol 2-20
MBC 5-28, Modèle actuel de synthèse des brins conducteur et trainard (cellules eucaryotes)
&
3 DNA Pol contribuent simultanément à la
réplication du DNA eucaryote ?
BiolMol 2-21
http://www.youtube.com/watch?v=4jtmOZaIvS0Animation : Modèle de synthèse couplée des brins conducteur et trainard (eucaryote)
Brin traînard:
1. DNA Pol !-primase : début de la synthèse de
chaque fragment d’okazaki (ARN puis ADN)
2. DNA Pol %: allongement de chaque fragment
d’Okazaki. Deux polymérases sont nécessaires.
Modèle actuel :
Brin conducteur:
DNA Pol !-primase : début synthèse (une seule
fois à l’origine, amorce de RNA par la primase),
puis une seule DNA polymérase, la DNA Pol &,
synthétise le brin conducteur en continu.
Modèle à trois DNA polymérases
&
! + primase%
&! + primase
%
BiolMol 2-22
Animation CoG, Ch. 11, DNA replication Part 5 (Quizz)
BiolMol 2-23
Activité de correction des DNA polymérases
Les DNA polymérases cellulaires sont souvent très fidèles (activité de
correction d’épreuves ou proofreading).
Elles peuvent vérifier la base précédente avant d’ajouter un nouveau
nucléotide. Si la base précédente est mal appariée, elle est enlevée grâce à
l’activité exonucléase 3’ -> 5’ (! 5’-> 3’!).
Taux d’erreur : 1 / 106 à 1 / 10
10 paires de bases par réplication.
D’ou proviennent les erreurs des DNA Pol.!?
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CoG 16-2, structures tautomériques des nucléotides
BiolMol 2-25
CoG 16-2
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MBC 5-9
BiolMol 2-27
Les trois règles de synthèse du DNA :
Les DNA polymérases : synthétisent le DNA en direction 5’ -> 3’
(= enzymes ) ont besoin d’une amorce (primer)
ont besoin d’une matrice de DNA (template)
MBC 5-7
X
!Oui !
X
X
RAPPEL
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Utilité de la réplication du DNA!?
La réplication du DNA in vitro par PCR (polymerase chain reaction)
trouve de nombreuses applications en recherche et en sciences
forensiques.
http://www.dnalc.org/resources/animations/pcr.html
Principe détaillé de la PCR
Site Dolan DNA learning center on STRprofiling in forensics:
http://www.dnalc.org/view/15983-Today-s-DNA-profile.html