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ADN / ARN Structure. ADN : Acides Désoxyribonucléiques (1) Un nucléoside Un nucléotide.

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Présentation au sujet: "ADN / ARN Structure. ADN : Acides Désoxyribonucléiques (1) Un nucléoside Un nucléotide."— Transcription de la présentation:

1 ADN / ARN Structure

2 ADN : Acides Désoxyribonucléiques (1) Un nucléoside Un nucléotide

3 Purines Pyrimidines Liaison phosphodiester ADN : Acides Désoxyribonucléiques (2) ADN

4 Uracile Purines Pyrimidines OH U ARN : Acides Ribonucléiques ARN

5 ARN vs ADN ARNADN UracileThymine Evolution: deoxy: plus difficile à «fabriquer» que le ribose

6 Comparaison ADN - ARN ARNADN

7 BASENUCLEOSIDEABBREVIATION (symboles IUB-IUPAC) AdenineAdenosineA GuanineGuanosineG CytosineCytidineC UracileUridineU (ARN) ThymineThymidineT puRineG ou AR pYrimidineT ou CY aMinoA ou CM KetoG ou TK Weak interact.A ou TW (2 liaisons H) Strong interact.G ou CS (3 liaisons H) !A = BT ou G ou CB !C = DA ou T ou GD !T, !U = VA ou G ou CV !G = HA ou T ou CH A ou T ou G ou CX / N Base + sucre Nomenclature

8 ADN Stockage de linformation génétique

9 règle de Chargaff (1950) concentration purine / concentration pyrimidine = 1 %G = %C et %A = %T Appariement de bases complémentaires par des liaisons hydrogène Règle: appariement dune purine avec une pyrimidine A-T: 2 liaisons hydrogène G-C : 3 liaisons hydrogène A-U: 2 liaisons hydrogène (ADN/ARN, ARN/ARN) ADN double hélice: appariement 5 - CACCAGAAGTCCTG - 3 |||||||||||||| 3 - GTGGTCTTCAGGAC - 5 Paires canoniques

10 Séquence orientée extrémités 5 phosphate et 3 hydroxyle libres Brins anti-parallèles indispensable pour la formation des liaisons H Brins complémentaires Importance du sens de la lecture (convention) ! ADN double hélice: polarité et convention (1)

11 Par convention, seule la séquence 5 -> 3 du brin codant de lADN est représentée. Brin codant Brin matrice ATGGCATGCAATAGCTCATCG... ADN double hélice: polarité et convention (2)

12 brin codantbrin matrice sensanti-sens WatsonCrick +- directcomplémentaire DC 5 AGTACG 3 ou 5 CGTACT 3 codant 3 TCATGC 5 3 GCATGA 5 matrice 5 AGUACG 3 ou 5 CGUACU 3 ARNm SerThr ArgSer protéine ADN double hélice: polarité et convention (3) Séquence représentée dans les bases

13 Nombreuses liaisons - physiquement et chimiquement stable; de longues chaînes peuvent être conservées sans cassure Liaisons hydrogène (H) faibles - rupture facile (transcription; réplication) Double brin: information redondante, - essentielle: pour les processus de réparation de lADN (correction sur épreuve) pour la réplication de lADN et la transmission de linformation génétique (réplication semi-conservative) les 2 brins sont codants ADN double hélice: propriétés biochimiques

14 forme naturelle la plus fréquente; compatible avec le squelette sucre phosphate 10 paires de base par tour hélice (3.4 nm) homme: pb: environ 1 m; E. coli: pb: 1.6 mm les bases sont à lintérieur, perpendiculiares à laxe de lhélice B-ADN : structure 3D

15 Structure symétrique - interaction protéines-ADN Structure flexible (moins que les protéines) et dynamique Structure variable: en fonction de la séquence en acides nucléiques - la plupart des protéines reconnaissent une séquence - certaines protéines pourraient reconnaître une structure (ex: ADN cruciforme, Z-ADN) ADN double hélice: structure

16 Liaison à lADN dun dimère de répresseur du bactériophage Lambda 434 Dimension du sillon majeur: 1.2 x 0.6 x 0.8 nm Diamètre dune hélice alpha (protéine): 1.2 nm Copyright Anulka

17 ADN double hélice circulaire plasmides, chromosome bactérien configuration superhélicoïdale (« supercoils » négative ou positive; rôle des topoisomérase); ADN double hélice: structure 3D

18 Séquence consensus de lorigine de réplication bactérienne déduite à partir de six espèces La réplication du chromosome est initiée dans une région conservée: lorigine de réplication. Chez E. coli une seule origine de réplication par molécule dADN. Origine de réplication

19 ARN

20 Génomes viraux: mono-, bicaténaire, linéaire ou circulaire; Cellules: monocaténaire; Peu stable chimiquement; demi-vie courte (qqes sec à plusieurs heures; important pour la cellule); Différences avec ADN: - Appariements G-A et G-U; - Nucléotides souvent modifés; - Structures très flexibles; plusieurs conformations possibles (difficiles à cristalliser); - Fonctions diverses ARN : propriétés et structures

21 Intermédiaires dans la synthèse des protéines : ARN messager (ARNm); ARN de transfert (ARNt); ARN ribosomal (ARNr) Molécules de structure : ARN ribosomal (ARNr) Molécules catalytiques : ribozymes Prouvé en 2000 Science, 289, ARN : fonctions biologiques

22 Digital River DNA TRANSCRIPTION rRNAmRNAtRNA ribosome TRADUCTION PROTEINE ARNs impliqués dans la synthèse des protéines

23 Il existe ~ 31 ARNt différents; composés de 75 à 95 nucléotides; Plusieurs milliers de copies dans le cytoplasme; différents dans la mitochondrie et dans le chloroplaste (code génétique différent) Intermédiaires indispensables dans la synthèse des protéines: compatibilité stéréochimique ARN de transfert : ARNt

24 Les ARNt ont des éléments de séquences conservés Combinaison : recherche de motifs (pattern) + méthodes probabilistes Cours Analyse de séquences (A. Viari, M-F Sagot) Prédiction des ARNt

25

26 Virus: toutes ces formes sont retrouvées Eucaryotes: ADN double brin linéaire; ADN double brin circulaire; Procaryotes: ADN double brin circulaire; ADN double brin linéaire (chromosome et plasmides) Les différentes formes de l information génétique

27 La phylogénie moléculaire basée sur la comparaison des ARN ribosomaux 16S classe les êtres vivants en trois règnes ou lignées généalogiques : eucaryotes, eubactéries et archébactéries Les 3 règnes procaryoteeucaryote

28 - Peu de séquences répétitives: répétitions non codantes chez E. coli: 0.7% du génome - Non associé avec des histones, mais on peut trouver des petites protéines histone-like qui contraignent lADN à se replier en structure plus compacte. - Une molécule dADN circulaire sous forme superenroulée (supercoil négatif, sauf exceptions...) - Le chromosome peut être associé à la membrane cellulaire. - Pas de noyau. Génomes procaryotes

29 The cartoon guide to genetics, Larry Gonick & Mark Wheelis, HarperPerennial Organisation des régions codantes (procaryotes)

30 Séquence dacides nucléiques nécessaire pour la synthèse - dun polypeptide fonctionnel - dun ARN fonctionnel (tRNA, rRNA,…) Un gène codant pour une protéine comprend « généralement »: - la séquence codante (CDS) - les régions de contrôle de la transcription et traduction …un gène comprend des régions codantes et non codantes… Gène : définition

31 RBS Start Stop Unité de transcription Unité de traduction Codon start (ATG, GTG, TTG) Codon stop (TAA, TAG, TGA) Signaux de régulation de la transcription Promoteur: -35, -10 Terminateur Signaux de régulation de la traduction RBS (Ribosome-Binding Site) = séquence de Shine-Delgarno (SD) Promoteur Terminateur Gène (procaryote) Légende

32 Promoteur (bactérie) ~ 10

33 Promoter TATA box Transcription start site Promoteur (archae) The sequence elements of a typical promoter from the Archae

34 Stem-loop Site de terminaison de la transcription

35 Organisation des régions codantes (1) Le promoteur oriente lARN polymérase dans une direction ou dans lautre Le promoteur détermine ainsi quel brin de lADN est transcrit

36 Organisation des régions codantes (2) Différents gènes dune même région peuvent être orientés différemment Généralement un seul des 2 brins est codant (sauf exceptions…) rare encore + rare

37 Organisation fonctionnelle du génome (procaryote)

38 Core proteome: 8,000 (familles) 20 %~13,600~180,000,000Drosophila melanogaster Gènes connus: ~ % (?) ~40,000 (?) 28, ,000 ~3,000,000,000Homo sapiens** 1000 cellules21 %17, ,000 87,567,338Caenorhabditis elegans ~29 %~ 26000~135,000,000Arabidopsis thaliana 72 %6,55112,057,849Saccharomyces cerevisiae Archae87 %1,7581,664,970Methanococcus jannaschii Eubacterie87 %4,397 4,639,221E.coli Remarques% codant Nombre de gènes Taille (bp)Organisme ** * CDS + rARN + tARN Estimation du nombre de gènes*

39 Transcription eucaryotes / procaryotes

40 (Aussi valable pour chloroplaste / mitochondrie) Eucaryote La transcription et la traduction ont lieu dans des compartiments séparés chez les eucaryotes Procaryote Compartimentalisation et niveau de complexité

41 Distance entre 2 gènes: courtes chez les procaryotes; < nucléotides chez les eucaryotes Organisation des gènes

42 Facteur de transcription non obligatoire Région promotrice

43 Traduction: ARNm protéine

44 3 bases (un codon) codent pour un acide aminé 3 nucléotides 4 3 : 64 possibilités le code est dégénéré: 64 codons pour 20 acides aminés le code nest pas overlapping et ne contient pas de ponctuation (sauf le point final) Code génétique (1960)

45 Chaque ARNt possède un anticodon et un acide aminé correspondant attaché en 3 Il en existe ~30 (variable selon les espèces) pour 61 codons. Exemple: Tryptophane (Trp) codon UGG Le codon UGG est reconnu par lARNt possédant lanti-codon ACC couplé au Trp Les ARN de transfert (ARNt)

46 Les codons UAA, UAG et UGA sont des codons stop car il nexiste pas dARNt correspondant (sauf exception…) La méthionine initiatrice est codée par AUG (sauf exception) Code génétique

47 Standard: MKWVTFISLLFLFSSAYSRG mito levure: MKWVTFISTTFTFSSAYSRG mito mam: MKWVTFISLLFLFSSAYS*G mito insect:MKWVTFISLLFLFSSAYSSG mito plantes: MKWVTFISLLFLFSSAYSRG Traduction de la séquence amino terminale de lalbumine humaine en utilisant différents codes génétiques Autres exceptions nucléaires : ciliés, euplotides, bactéries, blephasrisma (macronuclear) Le code génétique est quasi universel

48 Le code génétique est redondant (dégénéré) plusieurs codons pour le même acide aminé protection contre les effets des mutations Question: les acides aminés les plus fréquents ont-ils plus de codons ? Dégénérescence du code génétique Fréquence des acides aminés dans SWISS-PROT

49 Différents organismes: fréquence dutilisation différente des mêmes codons; Abondance relative des ARNt Usage des codons spécifiques à certains gènes Paramètre important pour les programmes de prédiction de gènes Exemple: Fréquence dutilisation (%) des différents codons codant pour la sérine chez différents organismes Les codons les plus fréquemment utilisés ont une plus forte probabilité de se retrouver dans les CDS utilisé pour la recherche de séquences codantes Usage des codons

50 une séquence dADN peut être traduite dans 6 cadres de lecture phase (n=3); phase inverse (n=3) Généralement, seul un des 6 cadres de lecture produira une protéine fonctionnelle (quelques exceptions chez des virus) Dans la cellule, le cadre de lecture est déterminé par les signaux dinitiation (START) et de terminaison (STOP) Cadre de lecture Traduction conceptuelle: traduction selon le code génétique sans validation expérimentale

51 Start Stop ORF (Open Reading Frame) Séquence comprise entre deux codons Stop (en phase) CDS (Coding Sequence) Séquence comprise entre un codon Start et un codon Stop (en phase) Stop ? Codon start (ATG, GTG, TTG) Codon stop (TAA, TAG, TGA) ? Problème: détection du vrai Start Prédiction des régions codantes Légende Module : Analyse de séquences (A. Viari)


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