Constituants du vivant Chapitre 1 Constituants du vivant titre 4ème partie Les acides nucléiques

plan 1. Les nucléotides. 2. Structure de l’ARN. 3. Structure de l’ADN. 4. Chromatine et chromosome. 5. Fonction de l’ADN. plan Rôle du noyau Frederick Griffith (1928)  Frederick Griffith (1928) et Oswald Avery (1944)  Expérience de Hershey et Chase, 1952 6. Réplication. 6.1. Principe. 6.2. Mise en évidence. 6.3. Les étapes.

1 1. Les nucléotides. P -O O- O OH PLAN 3 Les nucléotides constituent les unités de base des acides nucléiques (ADN et ARN). Ils sont composés de trois éléments: Ribose Désoxyribose Bases puriques - Un sucre (ribose ou désoxyribose). - Une base azotée (Thymine, guanine, adénine, cytosine, uracile) - Un phosphate. Adénine Guanine P -O O- O OH Bases pyrimidiques Uracile Thymine Cytosine PLAN 3

1 1. Les nucléotides. O OH H C H – N C – CH3 O = C C – H N = P -O O- Les nucléotides constituent les unités de base des acides nucléiques (ADN et ARN). O OH H C H – N C – CH3 O = C C – H N = P -O O- O- CH2 O C H – N C – CH3 O = C C – H N H = Ils sont composés de trois éléments: - Un sucre (ribose ou désoxyribose). P -O O- O OH - Une base azotée (Thymine, guanine, adénine, cytosine, uracile) 5’ 4’ 1’ 3’ 2’ HO-CH2 O OH H - Un phosphate. Chaque carbone du sucre porte un numéro en ‘. Les chiffres seuls sont réservés aux carbones de la base azotée. PLAN 4

1 1. Les nucléotides. PLAN 5 Adénosine Guanosine Uridine Cytosine Désoxyadénosine Désoxyguanosine Désoxythymine Désoxycytosine

2 2. Structure de l’ARN. O OH H P -O O- O- CH2 Base azotée O OH H P -O ARN: acide ribonucléique Extrémité 5’ 2 O OH H P -O O- O- CH2 Base azotée O OH H P -O O- O- CH2 Base azotée - d’une chaîne Phosphate / ribose L’ARN est formée: - de bases azotées « latérales » Extrémité 5’ 5’ 4’ 1’ 3’ 2’ O OH H P -O O- O- CH2 Base azotée 5’ 4’ 1’ 3’ 2’ Extrémité 3’ Extrémité 3’ PLAN 6

3 ADN 3. Structure de l’ADN. PLAN 7 ADN: acide désoxyribonucléique Le sucre est du désoxyribose. La structure de l’ADN est analogue à celle de l’ARN. A quelques différences près: Il contient de la Thymine au lieu de l’uracile. Il est double brin (bicaténaire) antiparallèles. Les deux brins sont reliés entre eux par des liaisons hydrogènes entre les bases azotées. PLAN 7

3 3. Structure de l’ADN. T == A C == G PLAN 8 Thymine Adénosine désoxyribose 3 Thymine Adénosine Les deux brins sont reliés entre eux par des liaisons hydrogènes entre les bases azotées. Cytidine Une base pyrimidique se lie toujours à une base purique. désoxyribose Une base formant 2 liaisons se fixe toujours à une autre qui forme 2 liaisons. T == A C == G Guanosine PLAN 8

3 3. Structure de l’ADN. 3’- ATTCTGGCTATCAAG – 5’ Les deux brins antiparallèles forment une double hélice. Les deux brins sont complémentaires. 3’- ATTCTGGCTATCAAG – 5’ 5’- TAAGACCGATAGTTC – 5’ Le grand sillon Le cœur de l’hélice est accessible par: La forme de la double hélice est monotone. Il existe des variations en fonction de la séquence des brins. Le petit sillon PLAN 9

3 3. Structure de l’ADN. PLAN 10 Forme A Forme B Forme Z La forme de la double hélice est monotone. Il existe des variations en fonction de la séquence des brins. PLAN 10

4 4. Chromatine et chromosome. PLAN 11 Tout l’ADN de la cellule formerait une fibre de 10 nm d'épaisseur de 30 cm de lg. Le défi: ranger un corde 300 km de long dans une salle de classe. Dans les cellules humaines, l’ADN est sous forme de 23 (46 au cours de la division) fibres de 25 nm d’épaisseur et de 0,25 à 2 mm de long. Le défi: faire entrer une corde de 50 km de long, épaisse de 2,5 cm, dans un ballon de 10 m de diamètre Il existe deux niveaux d’organisation: la chromatine le chromosome (pendant la division) Il vaut mieux l’enrouler avant de la ranger. PLAN 11

4 4. Chromatine et chromosome. PLAN 12 ADN 2 nm 4 Structure en collier de perles. L’ADN est enroulé autour de protéine, les histones. 11 nm Les histones se fixent les unes aux autres et condensent le brin d’ADN. 30 nm Chromatine Il existe deux niveaux d’organisation: la chromatine le chromosome (pendant la division) La chromatine forme des boucles. 300 nm Les boucles s’enroulent autour d’un axe 700 nm Le chromosome prend sa forme caractéristique en X au cours de la métaphase. PLAN 12 1 400 nm

5. Fonction de l’ADN. Question: Plus un organisme est évolué et complexe, plus la quantité d’information à stocker est importante. La forme de stockage de cette information obéit à 2 caractéristiques: 5 Il est présent dans toutes les cellules. Il se transmet de génération en génération. PLAN 13

Echange de noyau entre un œuf normal et un œuf albinos. 5. Fonction de l’ADN. 5 Rôle du noyau L'espèce Xenopus laevis est abondamment utilisée dans les laboratoires de biologie pour étudier le développement embryonnaire, le cycle cellulaire (mitose et méiose) ainsi que les mécanismes mis en place par la cellule lorsque l'ADN est endommagé.  Echange de noyau entre un œuf normal et un œuf albinos. Les caractéristiques de la grenouille dépend de l’origine du noyau. PLAN 14

5 5. Fonction de l’ADN. PLAN 15 Rôle du noyau Extraction du noyau d’une cellule intestinale de têtard et implantation dans un œuf. Les noyaux de n’importe laquelle des cellules contiennent toutes les information nécessaires à un individu entier. PLAN 15

5 5. Fonction de l’ADN. PLAN 16 Frederick Griffith (1928) Frederick Griffith (1928) et Oswald Avery (1944)  5 Il existe plusieurs types de pneumocoques: Type II: virulent possédant une capsule (colonie smooth). Type III: non virulent ne possédant pas de capsule (colonie rougth). Les bactéries virulentes ont besoin d’être vivantes. Les bactéries virulentes mortes sont capables de transformer les non virulentes en virulentes. Les bactéries virulentes possèdent un élément capable de transformer les non virulentes en virulentes Le principe transformant est contenu dans le chromosome bactérien. PLAN 16

Expérience de Hershey et Chase, 1952 5. Fonction de l’ADN. Expérience de Hershey et Chase, 1952 Le chromosome contient de l’ADN et des protéines ! 5 On détermine quel est l’élément primordial nécessaire au cycle de reproduction du phage T2. Etape I: préparation des phages. Culture de phage sur un milieu contenant du 35S. Le phage contient des protéines 35S Culture de phage sur un milieu contenant du 32P. Le phage contient de l’ADN 32P. PLAN 17

Expérience de Hershey et Chase, 1952 5. Fonction de l’ADN. Expérience de Hershey et Chase, 1952 5 On détermine quel est l’élément primordiale nécessaire au cycle de reproduction du phage T2. Etape II: détermination de la fraction radioactive. Culture de phage 35S. Séparation de la fraction bactérienne. Multiplication des phages. Les phages ne contiennent plus de protéines 35S Culture de phage 32P. Séparation de la fraction bactérienne. Multiplication des phages. Les phage contiennent de l’ADN 32P. PLAN 18

5. Fonction de l’ADN. 5 Pour résumer: La seule présence du chromosome permet de modifier les propriétés d’une cellule (Griffith et Chase). L’ADN est la seule molécule transmissible d’une génération à l’autre. L’ADN contient le codage de l’organisation cellulaire Morphologie (smooth / rought) Activité biologique (virulente / non virulante) PLAN 19

6.1 6. Réplication. 6.1. Principe. T A G C A T C G T A G C A T C G 5’ T A G C 3’ 3‘ A T C G 5’ 5’ T A G C 3’ 3’ A T C G 5’ Réplication semi-conservative: copie par hybridation de chaque brin d’ADN. 6.1 L’enzyme responsable de ce type de réaction est une DNApolymérase DNA dépendante. PLAN 20

6.2 6. Réplication. 6.2. Mise en évidence. PLAN 21 Expérience de Meselson On cultive des bactéries sur un milieu contenant du 15N 6.2 Les bactéries synthétisent du 15N-ADN Le 15N-ADN est plus lourd que le 14N-ADN « naturel » 14N-ADN 14N15N-ADN On transfert les bactéries sur un milieu contenant du 14N 15N-ADN Les nouvelles bactéries Synthétisent du 14N-ADN On mesure la densité de l’ADN toutes les 20 mn. PLAN 21

6.2 6. Réplication. 6.2. Mise en évidence. PLAN 22 Expérience de Meselson A t= 0, l’ADN est du 15N 6.2 15N-ADN 14N-ADN 14N15N-ADN A t = 20 mn l’ADN est un hybride 15N (matrice) et 14N (néoformé). A t = 40 mn on obtient un mélange 14N (néoformé) et d’hybride. Les molécules d’ADN sont formées par un brin parental (matrice) et un brin néoformé. PLAN 22

6.3 6. Réplication. 6.3. Les étapes. PLAN 23 La double hélice est déroulée par des hélicases. Les brins se séparent et sont stabilisés par les protéines fixatrices d’ADN monocaténaire. Une amorce en ARN (fragment d’Okazaki) est synthétisée par l’ADN primase 6.3 L’ADN polymérase synthétise le brin dans le sens 5’ --> 3’ à partir de l’amorce. - Synthèse en continue pour le brin 5’ --> 3’ - Synthèse discontinue pour le brin 3’ --> 5’ Au cours de l’élongation, la polymérase remplace le fragment d’Okazaki qui la précède. Les fragments sont liés par une ligase. PLAN 23