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LAvènement de la Biologie Moléculaire. A - 1941 : Une relation entre gène et enzyme Précurseur ornithine citruline arginine e3 e2 e1 Ils établissent ainsi.

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1 LAvènement de la Biologie Moléculaire

2 A : Une relation entre gène et enzyme Précurseur ornithine citruline arginine e3 e2 e1 Ils établissent ainsi lidée dune relation entre gène et enzyme, donc entre gène et protéine. Georges Beadle Edward Tatum Georges Beadle et Edward tatum travaillent sur la capacité dune moisissure (Neurospora crassa) à synthétiser un acide aminé : larginine. Ils obtiennent, par mutagénèse dirigée (en utilisant des rayons X), des souches mutantes présentant chacune une déficience enzymatique qui empêche les cellules de catalyser une étape de cette voie de biosynthèse. Type de soucheMilieu minimum (Mm)Mm + ornithineMm + citrulineMm + arginine Sauvage ++++ Mutant Mutant Mutant

3 B : La nature chimique du matériel génétique Dès 1928, langlais Griffith démontre quune substance extraite dune souche bactérienne (S) peut modifier le patrimoine génétique dune autre souche (R). En 1944, trois américains, Avery, Mac Leod et Mac Carhy, démontrent que, parmi toutes les molécules présentes dans un extrait de bactéries S, seul lADN peut induire la transformation héréditaire de bactéries R en bactéries S. La composition chimique de lADN est connue depuis Oswald Avery Colin Mac LeodMaclyn Mac Carhy

4 C : La structure de lADN En 1949, après lanalyse de la composition de lADN de plusieurs espèces E. Chargaff édita sa règle : A = T et G = C exprimée aussi par la formule : A + G = T + C 1950 – 1952, le biophysicien Maurice Wilkins et la chimiste Rosalind Franklin analysent des clichés de cristaux dADN obtenus par diffraction des rayons X et en tirent des informations capitales : la molécule dADN est hélicoïdale et comprend plusieurs chaînes de nucléotides. Les groupes phosphates sont à lextérieur et les bases azotées occupent une position centrale. 1953, J.D. Watson et F. Crick regroupent un ensemble de données physicochimiques et proposent un modèle pour la structure de lADN. Cest une double hélice formée de deux chaînes polynucléotidiques complémentaires maintenues ensemble par des liaisons hydrogènes. Ils suggèrent immédiatement un mécanisme possible de réplication. Ils reçoivent le prix Nobel en 1962 avec M. Wilkins pour leur découverte.

5 D : Le mode de réplication de lADN Franklin W Stalh Avant Meselson et Stahl trois modèles de doublement de lADN étaient proposés. Ces deux chercheurs de linstitut de technologie de Californie tranchent parmi les 3 hypothèses concernant ce processus de doublement : la réplication de lADN seffectue suivant un mode semi-conservatif. Chaque brin de la double hélice dADN initiale sert de modèle à la construction dune nouvelle molécule dADN, en respectant la complémentarité des bases. Des bactéries cultivées depuis longtemps en présence de molécules azotées 15 N sont repiquées sur un milieu contenant des molécules azotées 14 N et permettant la synchronisation des divisions. Des fractions sont prélevées après différents temps correspondant à 1, 2, 3,... divisions. L'ADN est extrait, placé dans la solution de chlorure de Césium et centrifugé 24 H à g. La position des ADN est repérée par une mesure de la densité optique. Matthew Meselson Représentation schématique de la population de fragments d'ADN au cours des générations. Après la 1ère génération tout l'ADN est "hybride" et constitué d'un brin "lourd" (15N) et d'un brin "léger" (14N). Position des différentes bandes d'ADN au cours du temps. Les chiffres donnent le nombre de divisions.

6 E : la découverte de lARN messager En 1961, plusieurs observations ont conduit à proposer lexistence dun intermédiaire entre gènes et protéines : lARNm. Par exemple, on sait quaprès infection par un bactériophage, une bactérie synthétise de nouvelles protéines : celles du phage. Ce processus saccompagne de la production dune petite quantité dARN dont la composition correspond à lADN du phage. Deux séries dexpériences vont démontrer formellement lexistence et le rôle de des ARNm. Brenner, Jacob et Meselson montrent que, lorsquune bactérie synthétise de nouvelles protéines, on observe la présence dARN nouvellement synthétisés sur des ribosomes plus « anciens », où la synthèse des nouvelles protéines est en cours. Simultanément, F. Gros et J. D. Watson marquent pendant un temps bref les ARN bactériens avec des précurseurs radioactifs, puis les séparent suivant leur taille et suivant leur liaison ou non aux ribosomes. Ils montrent ainsi quil existe une population hétérogène dARN à courte durée de vie, qui se fixent sur les ribosomes et permettent la synthèse des protéines. Ces trois biologistes français montrèrent que lARN messager joue un rôle dintermédiaire entre lADN et la synthèse des protéines. Ils sont les premiers à proposer un modèle moléculaire de lexpression des gènes, ce qui leur vaudra le prix Nobel en La transcription de lADN

7 F : de lARN m à la protéine Une preuve expérimentale du code à trois lettres Le système de correspondance entre ADN et. Protéines, ou code génétique est dabord un concept élaboré par F. Crick et G. Gamov avant dêtre validé par lexpérience. Létude du bactériophage T4 muté pour le gène rII a apporté la preuve expérimentale quun triplet de nucléotides code un acide aminé. Laddition ou la perte dun ou deux nucléotides dans la séquence du gène rII entraîne la production dune protéine non fonctionnelle alors que laddition ou la perte de trois nucléotides permet de reformer une protéine active. 1961: le déchiffrage du code génétique Nirenberg et Matthaei réalisent une expérience qui ouvre la voie au déchiffrage du code génétique. Ils mettent au point une méthode de synthèse protéique avec des extraits dEscherichia coli, de lATP, les 20 acides aminés et un ARN messager synthétique. En utilisant un ARN de synthèse poly U, poly A ou poly C, ils obtiennent respectivement un polymère de phénylalanine, de lysine ou de proline. Khorona et son équipe finissent ensuite le déchiffrage du code avec des ARN messagers synthétiques. Le code génétique est entièrement décrypté en 1966.

8 FIN


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