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ORGANISATION MOLÉCULAIRE DES GÈNES ET RÉPLICATION DE L ADN.

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1 ORGANISATION MOLÉCULAIRE DES GÈNES ET RÉPLICATION DE L ADN

2 I- Définition moléculaire du gène Gène AGène BGène C mRNA tRNArRNA Protéines Génos qui donne naissance Génome = ensemble des gènes d un organisme Localisation : chromosomes = ADN taille variable (procaryotes eucaryotes) organisme Paires de base (en millier ou kb) Longueur (µm) virus Virus du polyome 5, 1 1,7 Bactéries E. coli Eucaryotes Homme II- Organisation des gènes 1- Virus = particules infectieuses - acide nucléique (DNA ou RNA) - capside protéique - enveloppe (membrane ) Compactage ++ Classe II (structure)Classe IIIClasse I

3 - parasites obligatoires (produisent pas d énergie, pas de synthèse protéique) - infection des bactéries (bactériophages), plantes, animaux hommes (spécificité d espèces, cellulaires) Ex1 Bactériophages BactériophageT E. Coli Phage T DNAdb du phage (20kb) DNA E.coli adsorption Pénétration du DNA Destruction chromosome de l hôte Protéines virales Réplication du DNA + expression moléculaire multiplication Libération des virus Cycle lytique

4 Ex 2 : virus de l hépatite B = virus à DNA E. Coli Phage DNAdb du phage DNA E.coli Bactériophage Cycle lysogène division Brin long (3,2 kb) = brin - (= brin matrice) DNA db partiel = 5kb ( DNA virus herpes = 100 kb) Brin court = brin + (= brin codant) Capside protéique (HBc) Enveloppe (HbS) Infecte les hépatocytes Ex : UV Cytolyse

5 Ex 3 : Virus à ARN (cas des rétrovirus) Définition : ARN monocaténaire Transcriptase inverse (rétro-transcriptase) ADN db ARN Hybride ADN-ARN Transcriptase inverse ADN monocaténaire Transcriptase inverse ADN db viral rétrovirus ARN Transcriptase inverse Infection par un rétrovirus ADN chromosomique de l hôte ARN viral ADN ADN db ADN viral mRNA viral Synthèse de protéines

6 Exemples de rétrovirus : le VIH (virus de l immunodéficience humaine) responsable du SIDA(Syndrome de l Immuno Déficience Acquise) Structure du virus membrane gp120 ARN viral Transcriptase inverse gp41 Interaction cellule hôte -VIH Lymphocytes T4 membrane Récepteur CD4 ARN viral ADN db Transcriptase inverse Autre exemple : rétrovirus tumorigènes (virus du sarcome de Rous : responsable du sarcome du poulet = oncogènes) Gènes cellulaires = proto-oncogènesoncogènes (ex gène src : tyrosine kinase)

7 2- génome bactérien DNA chromosomique = DNA db circulaire (4700 kb, 1,7 mm) 2 µm DNA extrachromosomique = plasmides 3 - génome eucaryote Gènes de résistance Vecteur de gènes DNA linéaire : longueur dans une cellule humaine ± 2mCompactage +++ Cellule pré-méiotique 1ère division méiotique (réductionnelle) 2n n nnn 2ème division méiotique (équationnelle) Chez l homme : 46 chromosomes (23 x 2 : cellules somatiques) Cellules germinales : 23 chromosomes Gamètes ou cellules germinales Spermatozoïde + ovuleCellule 2 nDéveloppement d un organisme Expression différentielle des gènes

8 Les chromosomes Bras p Bras q télomères centromère Caryotype humain chromatides chromosome Séquences uniques codantes = gènes de structure (protéines, ARN) Séquences répétitives : - DNA satellite non codants :centromère - séquences des télomères Séquences régulatrices (interaction ADN + facteurs protéiques) A B C D E FG Gènes morcelés Introns (80%)exons Ex: gène de l ovalbumine Autre ex : gène du collagène de type I (>50 introns) Séquençage du génome : 3 milliards pb, gènes. DNA extra-chromosomique DNA des mitochondries et des chloroplastes (cellules végétales) = DNA circulaire

9 4 - différentes formes topologiques du DNA Protéines Structure primaire (séquence en AA) Structure secondaire (hélice ou feuillet plissé ß) Structure tertiaire (repliement) DNA Structure primaire (séquence nucléotidique) Structure secondaire (double hélice) Structure tertiaire (super-enroulement) Exemple : combiné téléphonique enroulement super-enroulement Topo-isomérase DNA super-enroulé Cas du DNA Topo-isomérase DNA relaché Les différents niveaux de structure Association DNA + protéine (histones) = chromatine

10 III - Réplication du DNA Cellule mère Cellules filles : même patrimoine génétique Réplication selon un mode semi-conservateur (Meselson et Stahl 1957) E.coli 15 NH4Cl DNA avec 15 N = DNAlourd ADN parental DNA lourd 15 N DNA hybride E.coli 14 NH4Cl DNA avec 14 N Molécules filles à la première génération Molécules filles à la deuxième génération DNA hybride DNAléger

11 Mécanisme de la réplication (chez les procaryotes) origine Fourche de réplication bidirectionnelle Où débute la réplication ? Dans quel sens ? hélicase 5 3 Direction du mouvement de la fourche de réplication 5 3 Brin directeur Brin retardé Fragments d Okazaki DNA ligase

12 Mécanisme biochimique de la réaction d élongation Chaîne amorce ß Chaîne matriceChaîne matrice base PPi Chaîne matriceChaîne matrice base (DNA) n résidus + d NTP(DNA ) n+1 résidus + PPi - dNTP : d ATP, d CTP, d GTP, d TTP -Mg 2+ - DNA polymérase (III) - Amorce (RNA) - Chaîne matrice - DNA polymérase III Rque : Réaction de polymérisation en chaîne (PCR) et Taq polymérase

13 dGTP PPi A T C T AG PPOH 5 3 PP A T C T AG POH G C dTTP PPi PP A T C T AG P G C T A P OH 5 3 La réplication chez les eucaryotes Identique : bidirectionnelle, sens 5 3, discontinue pour l un des brins, avec amorce Différence : multiples points d initiation Points d initiation G1 M S G2 Synthèse de DNA 2n 4n 2n


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