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UIC I Génétique - Cours 4 UIC I Génétique - Cours 4 LEXPRESSION GENIQUE.

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1 UIC I Génétique - Cours 4 UIC I Génétique - Cours 4 LEXPRESSION GENIQUE

2 I – Lexpression Génique Généralités Deux processus correlés fonctionnels : la transcription et la traduction Nécessitent : –un système de transfert de linformation génétique du noyau vers le cytoplasme –un code génétique. REPLICATION ADN Transcription ARNm PROTEINES Traduction

3 I – Lexpression Génique A/ La transcription 1) Le mécanisme –La copie dun segment limité de la molécule d ADN. –transcription se produit sur une seule chaîne de la molécule dADN. –La chaîne transcrite a toujours la polarité 3' 5'. –La chaîne transcrite = matrice pour ARNm (TA, GC, CG, AU). –La molécule dARNm polarité et séquence nucléotidique identique avec la chaîne dADN non transcrite. –La chaîne nontranscrite = la chaîne sens, –la chaîne transcrite = la chaîne antisens.

4 I – Lexpression Génique A/ La transcription 2) La synthèse du transcrit primaire Linitiation de la transcription - dans la région promotrice du gène, par lattachement des facteurs protéiques de la transcription. FP ARN-polymérase II TATA ATAT FP TBP LINITIATION DE LA TRANSCRIPTION

5 I – Lexpression Génique A/ La transcription 2) La synthèse du transcrit primaire –Lattachement de lARN-polymerase II Lattachement de lADN-hélicase scission des liaisons hydrogène. –La croissance de la chaîne de lARNm en direction 5 3 la formation des liaisons estériques entre ribose et lacide phosphorique. –Se copie exons + introns le transcrit primaire ou préARNm. –La fin de la transcription – site AATAAA (en aval du dernier exon) larrêt pb en aval (zone riche en pb GC)

6 UNITE TRANSCRIPTIONELLE GT AG GT AG Promotor Exon 1Exon 2Exon 3 Intron 1Intron 2 TRANSCRIPŢIE GU AG GU AG Exon 1Exon 2Exon 3 COUPER AU NIVEAU GU AG GU AG Découpage des introns EPISSAGE GENE TRANSCRIT PRIMAIRE ARN MATURE La synthèse de préARNm

7 I – Lexpression Génique A/ La transcription 3) Maturation du preARNm –en région 5 de la molécule est attaché un reste de 7- méthylguanine résistance à laction des ribonucléases; –Une ribonucléase sectionne le préARNm a nucleotides en aval du site AAUAAA lattachement du polyA-polymérase lattachement de plusieurs nucléotides avec adénine (50-250) queue polyadenylique la stabilisation du préARNm pendant le transport du noyau vers le cytoplasme

8 I – Lexpression Génique A/ La transcription 3) Maturation du préARNm –épissage Les extrémités des introns sont coupées + élimination des introns attachement des exons; Les balises dinucléotidiques des introns: GU et AG sont reconues par les enzymes; Le découpage enzymatique; Lexclusion des introns; Lattachement des séquences exoniques.

9 UNITE TRANSCRIPTIONELLE GT AG GT AG Promotor Exon 1Exon 2Exon 3 Intron 1Intron 2 TRANSCRIPŢIE GU AG GU AG Exon 1Exon 2Exon 3 COUPER AU NIVEAU GU AG GU AG Découpage des introns EPISSAGE GENE TRANSCRIT PRIMAIRE ARN MATURE La maturation du preARNm

10 I – Lexpression Génique A/ La traduction 1) Lappareil de la traduction ARNm mature Ribosomes ARN de transfert Proteines Sources energetiques ARNm mature –2 zones netraduites laterales –1 region centrale traduite 5UTR Sequence traduite 3UTR 7-CH 3 -G AUGUAA---AAAAA

11 I – Lexpression Génique A/ La traduction 1) Lappareil de la traduction Ribosomes –Complexe macromoléculaire (ARNr + protéines) –Se forme au debut de la translation –Sous-unité petite (30S) + sous-unité grande (50S) le ribosome actif (70S): site de fixation pour ARNm; site aminoacile site peptidile site de sortie

12 I – Lexpression Génique A/ La traduction 1) Lappareil de la traduction ARNt –40 types, –80 nucléotides, –Deux fonctions: Lattachement spécifique des acides aminés Le dépistage du codon qui correspond aux acides aminés –deux sites fonctionels: aminoacile et anticodon

13 I – Lexpression Génique A/ La traduction 1) Lappareil de la traduction Protéines –Facteurs régulateurs: Des facteurs spécifiques pour linitiation (IF – initiation factor), Des facteurs délongation (EF – elongation factor) Des facteurs libérateurs (RF – release factor). –Enzymes: aminoacile-ARNt-synthétase, peptidyle transférase translocase,

14 I – Lexpression Génique A/ La traduction 1) Lappareil de la traduction Sources énergétiques –Lacide adénosine-triphosphorique (ATP) –Lacide guanosine-triphosphorique (GTP)

15 I – Lexpression Génique A/ La traduction 2) Le Code Génétique Un système de correspondance entre une succesion de 3 nucléotides dans la structure dune molécule dARNm et un aminoacide de la structure du peptide synthétisé à la base de linformation génétique de la molécule dARNm Caractéristiques: –triplet –sans équivoque –dégénéré –Quelques codons spéciaux: AUG; UAA, UAG, UGA –Sans signes de ponctuation –Sans superposition –universel

16 I – Lexpression Génique A/ La traduction 2) Les étapes de la Traduction Linitiation –aminoacile-ARNt-synthétase + ATP lactivation des complexes aminoacile-ARNt; –La fixation du complexe méthionyl-ARNt a la petite sous- unité du ribosome (40S); –Le mouvement vers lextremité 3 de l ARNm codon dinitiation AUG –Lattachement de la grande sous-unité du ribosome (60S) sites fonctionnels: aminoacile, peptidyl et de sortie

17 I – Lexpression Génique A/ La traduction 2) Les étapes de la Traduction Lélongation –Lattachement sur le site peptidyl, du complexe aminoacide 2 -ARNt; –Peptidyltransférase transfère la méthyonine sur laminoacide 2 formation du dipeptide attaché au site peptidyl; –Translocase mouvement du ribosome avec trois nucléotides, en direction 53: Dipeptide site aminoacile; Site peptidyl libre fixation de laminoacide 3 –Répétition du cycle délongation

18 I – Lexpression Génique A/ La traduction 2) Les étapes de la Traduction La fin –site peptidil codon stop fixation du facteur de libération –Le détachement du complexe peptidil-ARNt passage au cytoplasme désassemblage libération du peptide; –Désassemblage du ribosome 40S + 60S –Destruction de lARNm

19 II - TRANSMISSION DE LINFORMATION GENETIQUE Information héréditaire se transmet dans la succesion des générations – des cellules et organismes – en deux étapes: la réplication semiconservative = la biosynthèse de nouvelles molécules dADN identiques avec la molécule initiale le doublement de la quantité dADN; la division cellulaire = la distribution égale, totale et précise du matériel génétique double.

20 II - TRANSMISSION DE LINFORMATION GENETIQUE La réplication de lADN La synthèse des deux molécules dADN identiques par la copie dune molécule dADN (parentale) = re(du)plication. Parce que les deux chaînes de lADN parental se séparent et chaque molécule synthétise une chaîne parentale et une chaîne nouvelle – la réplication est semiconservative.

21 II - TRANSMISSION DE LINFORMATION GENETIQUE A/ Réplication de lADN Le mécanisme de copiage et transmission de linformation génétique a ete presume par Watson et Crick : Chaque chaîne de lADN est utilise comme matrice pour la synthèse dune nouvelle chaîne: –Les desoxiribonucleotides actives se disposent complémentaire (A-T, G-C), en direction 53, et sont polimerises, en presence de lADN polymérase.

22 II - TRANSMISSION DE LINFORMATION GENETIQUE A/ Réplication de lADN Chez les eucaryotes la réplication: –Est tres complexe – parce que le genome est: enorme (+ fragmente en chromosomes) associe avec des proteines, compacté en fibre de chromatine –Est tres precise: Pendant la phase S du cycle cellulaire, rapide (la phase S = 8 heures), Avec grande fidelite – rarement de erreurs = mutations maladies.

23 II - TRANSMISSION DE LINFORMATION GENETIQUE B/ Le Début de la Réplication Le réplication commence en plusieurs points, bien definis du genome = des origines de la réplication (ori), Elles sont reconnues par les proteines qui commencent la réplication (le complex pre-RC) qui facilitent: –La deroulement de la spirale de lADN topoisomerases; –La rupture des liasons de hydrogene helicases des fourches de réplication; –La maintenance de la separation des chaînes les proteines SSB (ou RPA) qui previennent la refection de la spirale ori Helicaze Proteine SSB

24 commencant des origines la réplication progresse bidirectionnelle = les replicons la réplication des replicons differents est asynchrone (leuchromatine – R précoce; heterochromatine R tardive) II - TRANSMISSION DE LINFORMATION GENETIQUE B/ Le Début de la Réplication

25 II - TRANSMISSION DE LINFORMATION GENETIQUE C/ Lélongation Elle correspond a la formation du répisome et la synthèse de la chaîne dADN en sens 53, par ADN polymérase ADN polymerase ne peut pas commence la synthèse ci seulement étend la chaîne de lacide nucleique – ajoutant des désoxyribonucleotides complémentaires a la chaîne matrice La solution: la synthèse dune amorce de lARN (primer) par la primase amorce

26 II - TRANSMISSION DE LINFORMATION GENETIQUE C/ Lélongation Les deux chaînes matrices sont copiées Par larrangement sequentiel et complémentaire des désoxyribonucloetides actives, en direction 53 Et la polymerisation des désoxyribonucloetides

27 II - TRANSMISSION DE LINFORMATION GENETIQUE C/ Lélongation Parce que les chaînes matrices sont antiparalleles, la synthèse des nouvelles chaînes (en direction 53) se produit differemment : Sur la chaîne 35 (directe ou precoce) la synthèse est continue et rapide (en meme temps avec la formation de la fourche de réplication); Sur lautre chaîne (5 3, indirecte ou retardee) la synthèse est discontinue (en fragments courts = les pieces Okazaki) et lente;

28 II - TRANSMISSION DE LINFORMATION GENETIQUE D/ La fin de la réplication La réplication sarrete quand les fourches des réplication (des deux replicons voisins) se rencontrent ou quand une fourche de réplication rencontre un signal de terminaison (ter) La réplication des bouts de lADN (qui forment les telomeres des chromosomes) est incomplete (!!!) Lelimination de la derniere amorse produit au bout 5 de la chaîne nouvelle une petite region sans réplication

29 II - TRANSMISSION DE LINFORMATION GENETIQUE PAR LA DIVISION MITOTIQUE Dans les cellules somatiques, le materiel génétique doublé en interphase, se distribue egalement et totalement aux cellules filles, par MITOSE. Resulte deux cellules nouvelle (filles), identiques avec la cellule dorigine (mere).

30 III - LE CYCLE CELLULAIRE Lensemble de phenomenes par qui une cellule replique le materiaux génétique et transfere ce materiaux aux cellules filles CC interphase (phase G1, S, G2) et mitose (phase M) vois TP Levolution des cellules apres la division: –La proliferation: le commencement dun nouveau cycle cellulaire; –La differenciation cellulaire; –Le repos proliferatif - phase GO

31 III – LE CYCLE CELLULAIRE La mitose La mitose assure: –Le croissance de lorganisme (1014 cellules) –Le changement cellulaire –La reparation des lesions tissulaires La mitose transmission tres fidele de linformation génétique en succesion des generations cellulaires toutes les cellules somatiques sont génétiquement identiques. Les phases de mitose: P, PM, M, A, T cf TP PM A T

32 III – LE CYCLE CELLULAIRE La mitose Le reglage de la mitose la distribution corecte du materiaux génétique est verifiee en 3 points de controle: Transition G2/M – se decide si la cellule entre en mitose lactivation du complex CDC-cycline B; des anomalies chromosomiques /appareil mitotique bloquage en G2 Metaphase se verifie lalignement parfait du chromosome dans la plaque metaphasique la deterioration des proteines qui rassemblent les chromatides la disjonction chromatidienne Anaphase linactivation de la cycline B le fin de la mitose PM A T

33 III – LE CYCLE CELLULAIRE La mitose Des erreurs de distribution du materiaux génétique en mitose –La non-disjonction chromatidienne –Le retard anaphasique des anomalies –Le clivage transversal de la centromerei chromosomiques –Labsence de la cytokynese (cf TP) –Consequences: les cellules viables avec des anomalies chromosomiques produitent une clone anormale MOSAIQUE CHROMOSOMIQUE –Les effets depend de: –Le moment ontogénétique – en qui se produit lerreur, –La distribution des clones en differents tissues.

34 U.M.F IAŞI IV - LA TRANSMISSION DE LINFORMATION GENETIQUE EN SUCCESION DES ORGANISMES Deux etapes: A/ La formation des gametes = gamétogenèse B/ La fecondation A/ LA GAMETOGENESE La formation des gametes par meiose. La meiose = deux divisions succesives, ne separees par interphase (lADN se replique un seul fois), qui generent 4 cellules haploides, differents génétiques La meiose I – primaire; reductionnelle; La meiose II – secondaire; equationnelle Fonctions: Coupe en deux (n=23) le nombre des chromosomes; genere diversite / variabilite génétique

35 IV - LA TRANSMISSION DE LINFORMATION GENETIQUE EN SUCCESION DES ORGANISMES A/ La Gamétogénèse 1/ La meiose primaire PROPHASE I Leptotene Zygotene: la synapse gene au gene des chromosomes homologues; Pachitene Diplotene Diacynese METAPHASE I le croisement des chromosomes homologues (CO) lechange reciproque des fragments egales = la recombinaison genique homologue ou la recombinaison intra- chromosomique source de variabilite

36 ANAPHASE I: La disjonction chromosomique + la migration (simultane et avec la meme vitesse) la reduction des nombres des chromosomes: 2n n. La segregation aleatoire de chaque paire des chromosomes homologues lassortiment independent des chromosomes (la recombinaison inter chromosomique) source majeure de variabilite (2 23 combinaisons) TELOPHASE I

37 IV - LA TRANSMISSION DE LINFORMATION GENETIQUE EN SUCCESION DES ORGANISMES A/ La Gamétogénèse 2/ Les erreurs méiotiques Erreurs de segregation (distribution) anaphasique des chromosomes Erreurs de recombinaison genique CO inequitable

38 CO INEGAL: Lappareillement erroné des séquences similaires (mais pas homologues), situées par les chromosomes homologues (RECOMBINAISON HOMOLOGUE NONALLELIQUE) par CO léchange inégal des segments délétions et duplications géniques MALADIES GENOMIQUES. Maladie Charcot-Marie- Tooth = neuropatie héréditaire avec laffection des nerfs moteurs et sensitifs (1:2500nn) Neuropatie héréditaire avec predisposition aux pareses presionnelles

39 U.M.F IAŞI IV - LA TRANSMISSION DE LINFORMATION GENETIQUE EN SUCCESION DES ORGANISMES A/ La Gamétogénèse 2/ Les erreurs méiotiques Erreurs de segregation anaphasique des chromosomes des gametes avec des anomalies chromosomiques La non-disjonction: chromosomique (en meiose I) tous les gametes anormaux chromatidienne (en meiose II) un demi des gametes anormaux. Le retard anaphasique Labsence de la separation des cytes de lordre II des gametes diploides (la diandrie /la digynie) des zygotes avec triploidie (3n)

40 IV - LA TRANSMISSION DE LINFORMATION GENETIQUE EN SUCCESION DES ORGANISMES A/ La Gamétogénèse 3/ La Non-disjonction (ND) ND est frequent, surtout en meiose maternelle 8% des zygotes ont des anomalies chromosomiques, la plupart letales 0,7-1% nn –ND est frequent en ovogenese, surtout en MI (92% enfants avec S. Down) –Le risque ND augmente avec la croissance de lage materne (surtout apres 35 annes) –ND paternelle produit la trisomie XYY et 70% de sdr. Turner Les causes ND ??? –Leffet de lage materne est cert (les ovules ont lage de la femme) mais la cause est inconnuee –Les facteurs externes (les radiations, les infections, les medicaments, le cafe, lalcool etc) ne presentent aucun role

41 V - LES CARACTERISTIQUES DES GAMETOGENESE CHEZ HOMME ET FEMME HOMME Commence a la puberte Est continue toute la vie. Une spermatogonie 4 spermatoz. avec X ou Y Un processus rapide – 64 jours. Un processus intense (70 mil. S/ml) Autoreglable mais sensible aux facteurs externes Lage paternel erreurs de copiage gametes avec mutations geniques nouvelles (AD) FEMME Commence prenatal. Est discontinue – sarrete mois VII de la grossesse (capital limite des ovocytes) Une ovogonie 1 ovule avec X Un processus lent – (les ovules ont lage de femme). Un processus reduit (1 ovule / mois) Conditionee par: facteurs hormonales, ovulation, fecondation Lage maternel erreurs de distribution gametes avec des anomalies chromosomiques

42 IV - LA TRANSMISSION DE LINFORMATION GENETIQUE EN SUCCESION DES ORGANISMES La fécondation Monospermique Evenements génétiques: (1) chez zygote: - se refait le nombre diploide des chromosomes (2n=46) - setablie lidentite génétique de lorganisme (2) Se determine le sexe génétique: XX ou XY (le rapport des sexes a la naissance est ~ 1:1)

43 IV - LA TRANSMISSION DE LINFORMATION GENETIQUE EN SUCCESION DES ORGANISMES La fécondation ERREURS: (1). La fecondation double: - zygotes: (2) la dispermie : n + n + n triploidie XX XY JUMEAUX DIZYGOTES CHIMERE


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