La réplication de l’ADN, la transcription et la traduction Thème 2.7 La réplication de l’ADN, la transcription et la traduction Idée Essentielle: les informations génétiques contenues dans l’ADN peuvent être copiées exactement puis traduites pour former les protéines requises par la cellule.

Nature de la science L’obtention de preuves pour des théories scientifiques : Meselson et Stahl ont obtenu des preuves de la réplication semi-conservative de l’ADN. (1.8) Notions-Clés 2.7 N1 La réplication de l’ADN est semi-conservative et elle dépend de l’appariement des paires de bases complémentaires. 2.7 N2 L’hélicase déroule la double hélice et sépare les deux brins en brisant les liaisons hydrogène. 2.7 N3 L’ADN polymérase lie les nucléotides entre eux pour former un nouveau brin, le brin préexistant lui servant de matrice. Il n’est pas nécessaire de faire la distinction entre les divers types de polymérases de l’ADN 2.7 N4 La transcription est la synthèse de l’ARNm copiée par l’ARN polymérase à partir des séquences de bases de l’ADN 2.7 N5 La traduction est la synthèse des polypeptides sur les ribosomes. 2.7 N6 La séquence des acides aminés des polypeptides est déterminée par l’ARNm d’après le code génétique. 2.7 N7 Les codons de trois bases sur l’ARNm correspondent a un acide aminé dans un polypeptide. 2.7 N8 La traduction dépend de l’appariement des bases complémentaires entre les codons sur l’ARNm et les anticodons sur l’ARNt.

Nature de la science L’obtention de preuves pour des théories scientifiques : Meselson et Stahl ont obtenu des preuves de la réplication semi-conservative de l’ADN. (1.8) Compétences et Applications 2.7 A1 L’utilisation de la Taq ADN polymérase pour produire rapidement de multiples copies d’ADN par amplification en chaine par polymérase (ACP). 2.7 A2 La production d’insuline humaine dans les bactéries à titre d’exemple de l’universalité du code génétique, ce qui permet le transfert de gènes d’une espèce à une autre. 2.7 C1 L’utilisation d’un tableau du code génétique pour en déduire le ou les codons qui correspondent à tel ou tel acide aminé. 2.7 C2 L’analyse des résultats de Meselson et Stahl pour appuyer la théorie de la réplication semi-conservative de l’ADN. 2.7 C3 L’utilisation d’un tableau des codons de l’ARNm et de leurs acides aminés correspondants pour en déduire la séquence des acides aminés codés par un brin court d’ARNm dont la séquence des bases est connue. 2.7 C4 La déduction de la séquence des bases de l’ADN pour le brin d’ARNm.

La réplication de l’ADN Cette image montre une micrographie à électron d’un Polysome, ex. plusieurs ribosomes traduisant en simultanée une molécule d’ARNm. Le brin central est l’ARNm, les structures circulaires foncées sont les ribosomes et les chaines secondaires sont les nouveaux polypeptides formés. http://urei.bio.uci.edu/~hudel/bs99a/lecture23/lecture4_2.html

La réplication de l’ADN 2.7.N1 La réplication de l’ADN est semi-conservative et elle dépend de l’appariement des paires de bases complémentaires. La réplication de l’ADN Processus semi-conservateur À l’origine, 3 options – conservatrices, semi-conservatrices et dispersives 3 phases: Activation Élongation Achèvement

Les deux nouveaux brins seront identiques au brin original. 2.7.N1 La réplication de l’ADN est semi-conservative et elle dépend de l’appariement des paires de bases complémentaires. Chacune des bases azotées peut seulement se lier à son partenaire (A=T and G=C) ceci est connu comme l’appariement des bases complémentaires ou la complémentarité des bases. Les deux nouveaux brins seront identiques au brin original. https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/33/DNA_replication_split_horizontal.svg

2.7.N1 La réplication de l’ADN est semi-conservative et elle dépend de l’appariement des paires de bases complémentaires. Chaque nouvelle hélice contient un brin original et un nouveau brins, donc la réplication de l’ADN est dite un processus Semi-Conservateur. https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/33/DNA_replication_split_horizontal.svg

La réplication de l’ADN 4 enzymes Hélicase, ADN polymérase, ADN ligase, primase Hélicase Séparer les brins d’ADN. ARN primase Insérer l’amorce d’ARN. ADN polymérase Ajouter les séquences de nucléotides. Faire la vérification finale. Exonucléase Supprimer les amorces d’ARN. Ligase Attacher les segments ADN en ajoutant un phosphate.

Hélicase Le terme ‘ase’ indique que c’est une enzyme 2.7.N2 L’hélicase déroule la double hélice et sépare les deux brins en brisant les liaisons hydrogène. Hélicase Le terme ‘ase’ indique que c’est une enzyme Cette famille de protéines varie, mais sont souvent formées en groupe de plusieurs polypeptides en forme de beigne. http://en.wikipedia.org/wiki/File:Helicase.png

La réplication de l’ADN - Activation Déroulement Hélicase Fourche de réplication

2.7.N2 L’hélicase déroule la double hélice et sépare les deux brins en brisant les liaisons hydrogène.

2.7.N2 L’hélicase déroule la double hélice et sépare les deux brins en brisant les liaisons hydrogène. Déroule l’hélice d’ADN Sépare les deux brins de nucléotides en brisant les liaisons hydrogènes entre les bases complémentaires. ATP est requise pour que l’hélicase puisse se déplacer et briser les liaisons hydrogènes. Les deux brins séparés deviennent les parents/le gabarit pour le processus de réplication.

ADN Polymérase Le terme ‘ase’ indique que c’est une enzyme 2.7.N3 L’ADN polymérase lie les nucléotides entre eux pour former un nouveau brin, le brin préexistant lui servant de matrice. ADN Polymérase Le terme ‘ase’ indique que c’est une enzyme Cette famille de protéines consiste en plusieurs sous-unités de polypeptides Ceci est une ADN polymérase humaine. La réaction de polymérisation est une réaction de condensation

2.7.N3 L’ADN polymérase lie les nucléotides entre eux pour former un nouveau brin, le brin préexistant lui servant de matrice. ADN polymérase se déplace toujours dans la direction 5’ - 3’ ADN polymérase catalyse les liaisons covalentes phosphodiester entre les sucres et les groupes phosphates. ADN Polymérase vérifie la complémentarité des bases. Par conséquent, les erreurs sont rares environ une fois par milliards de paires de bases. Les nucléotides libres sont des Désoxyribonucléoside triphosphates Les groupes phosphate additionnels transportent l’énergie qui est utilisée pour la formation de liaisons covalentes

2.7.N3 L’ADN polymérase lie les nucléotides entre eux pour former un nouveau brin, le brin préexistant lui servant de matrice. DNA polymerase always moves in a 5’ to 3’ direction DNA polymerase catalyses the covalent phosphodiester bonds between sugars and phosphate groups

2.7.N3 L’ADN polymérase lie les nucléotides entre eux pour former un nouveau brin, le brin préexistant lui servant de matrice.

La réplication de l’ADN - Élongation Fixation de nouveaux nucléotides ADN polymérase 2 conditions: réplication a lieu dans le sens 5’ - 3’ Amorce doit être libre Qté de nucléotides se trouvent dans les fragments d’Okazaki Concept de brin principal et brin secondaire

Liens http://www.johnkyrk.com/DNAanatomy.fr.html http://www.johnkyrk.com/DNAreplication.fr.html http://biomodel.uah.es/en/model4/dna_fr/dnacode.htm Fichier sur la réplication – Real Player

Également, regardez les vidéos sur McGraw-Hill 2.7.A1 L’utilisation de la Taq ADN polymérase pour produire rapidement de multiples copies d’ADN par amplification en chaine par polymerase (ACP). Après avoir cliqué sur le lien myDNA choisissez techniques et ensuite amplifying pour accéder les tutoriels sur la réaction en chaine de polymérase (PCR). Également, regardez les vidéos sur McGraw-Hill http://www.dnai.org/b/index.html http://highered.mcgraw-hill.com/olc/dl/120078/micro15.swf

2.7.A1 L’utilisation de la Taq ADN polymérase pour produire rapidement de multiples copies d’ADN par amplification en chaine par polymerase (ACP). En résumé: PCR est une méthode de production de grandes quantités d’une séquence spécifique d’ADN. Elle est utile lorsque de petites quantités d’ADN sont disponibles pour des testes ex. échantillons de sang, sperme, tissu, cheveux, etc. d’une scène de crime. PCR se produit dans un cycleur thermique et implique une procédure répétitive de 3 étapes: 1. Dénaturation: un échantillon d’ADN est chauffé pour le séparer en deux brins 2. Hybridation: Des amorces d’ADN s’attachent aux extrémités de la séquence à reproduire 3. Élongation: une ADN polymérase résistante à la chaleur (Taq) copie les brins Un cycle de PCR donne deux copies identiques de la séquence d’ADN Une réaction standard de 30 cycles donnerait 1,073,741,826 copies d’ADN (230)

2.7.C2 L’analyse des résultats de Meselson et Stahl pour appuyer la théorie de la réplication semi-conservative de l’ADN. Avant les travaux de Meselson et Stahl , il existait plusieurs modèles proposés de la réplication de l’ADN. Faisant suite à leur recherche, seulement la réplication semi-conservative a été reconnue comme biologiquement significative. https://upl oad.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/a2/DNAreplicationModes.png

2.7.C2 L’analyse des résultats de Meselson et Stahl pour appuyer la théorie de la réplication semi-conservative de l’ADN. http://highered.mheducation.com/olcweb/cgi/pluginpop.cgi?it=swf::535::535::/sites/dl/free/0072437316/120076/bio22.swf::Meselson%20and%20Stahl%20Experiment Étudier les travaux de Meselson et Stahl sur l’ADN afin de découvrir le mécanisme de la réplication semi-conservatrice http://www.nature.com/scitable/topicpage/Semi-Conservative-DNA-Replication-Meselson-and-Stahl-421#

2.7.C2 L’analyse des résultats de Meselson et Stahl pour appuyer la théorie de la réplication semi-conservative de l’ADN. Au début de l’expérience de Meselson et Stahl (génération 0) une seule bande d’ADN avec une densité de 1.730 g cm-3 a été identifiée. Après 4 générations deux bandes ont été identifiées, mais la bande principale avait une densité de 1.700 g cm-3. Expliquez pourquoi la densité de la bande principale a changée après quatre générations. [2] Après une génération, une, seulement une bande d’ADN apparait, mais la densité a changée. Estimer la densité de la bande. [1] Lesquels (s’il y en a) des mécanismes de la réplication de l’ADN sont falsifiés par ce résultat? [1] Expliquez pourquoi le(s) mécanisme(s) sont falsifiés. [1] Décrivez les résultats après deux générations, quels mécanismes et expliquez les mécanisme(s) identifiés (s’il y en a) qui sont falsifiés en conséquence. [3] Décrivez et expliquez les résultat obtenus par centrifugation du mélange d’ADN de la génération 0 à 2. [2]

Devoir 1. À quel endroit de la cellule les plans originaux de la synthèse des protéines sont-ils situés? 2. On décrit l’ADN comme une fermeture éclair et un tire-bouchon. Déroulé, il ressemble à une échelle. Quelles substances composent les montants et les barreaux de l’échelle? 3. Quelle est la composition de chacun des quatre nucléotides? 4. Quelle différence fondamentale existe-t-il entre une purine et une pyrimidine? Dessiner les structures. 5. Quelles sont les quatre combinaisons possibles d’accouplement des bases? 6. Que signifie l’accouplement complémentaire des bases? 7. Quelle fonction l’ADN remplit-il dans la cellule?

2.7.C2 L’analyse des résultats de Meselson et Stahl pour appuyer la théorie de la réplication semi-conservative de l’ADN. Au début de l’expérience de Meselson et Stahl (génération 0) une seule bande d’ADN avec une densité de 1.730 g cm-3 a été identifiée. Après 4 générations deux bandes ont été identifiées, mais la bande principale avait une densité de 1.700 g cm-3. Expliquez pourquoi la densité de la bande principale a changée après quatre générations. [2] L’isotope N15 a une masse plus grande que l’isotope N14 avec l’Ajout d’un neutron additionnel. La génération 0 contient de l’ADN avec exclusivement des isotopes N15 (d’où la plus grande densité) Avec chaque génération la proportion de l’isotope N14 (des nucléotides libres) augmente avec le doublement de la masse d’ADN. Après quatre générations la plupart des brins contienne seulement l’isotope N14 – la bande dominante avec une densité de 1.700 g cm-3. L’isotope N15 est toujours présent, mais est combiné dans les brins avec l’isotope N14 – une deuxième bande avec une densité entre 1.730 et 1.700 g cm-3.

2.7.C2 L’analyse des résultats de Meselson et Stahl pour appuyer la théorie de la réplication semi-conservative de l’ADN. Au début de l’expérience de Meselson et Stahl (génération 0) une seule bande d’ADN avec une densité de 1.730 g cm-3 a été identifiée. Après 4 générations deux bandes ont été identifiées, mais la bande principale avait une densité de 1.700 g cm-3. Après une génération, une, seulement une bande d’ADN apparait, mais la densité a changée. Estimer la densité de la bande. [1] La bande contiendrait une quantité égale d’isotopes N14 et N15 La densité d’une bande avec seulement l’isotope N15 est 1.730 g cm-3. La densité d’une bande avec seulement l’isotope N14 est 1.700 g cm-3. La densité d’une bande mixte avec une moyenne des deux isotopes: = ( 1.730 g cm-3 + 1.700 g cm-3 ) / 2 = 1.715 g cm-3 Lesquels (s’il y en a) des mécanismes de la réplication de l’ADN sont falsifiés par ce résultat? [1] La réplication conservatrice Expliquez pourquoi le(s) mécanisme(s) sont falsifiés. [1] Dans la réplication conservatrice, les deux bandes devrait apparaitre dans toutes les générations après la génération 0

2.7.C2 L’analyse des résultats de Meselson et Stahl pour appuyer la théorie de la réplication semi-conservative de l’ADN. Au début de l’expérience de Meselson et Stahl (génération 0) une seule bande d’ADN avec une densité de 1.730 g cm-3 a été identifiée. Après 4 générations deux bandes ont été identifiées, mais la bande principale avait une densité de 1.700 g cm-3. Décrivez les résultats après deux générations, quels mécanismes et expliquez les mécanisme(s) identifiés (s’il y en a) qui sont falsifiés en conséquence. [3] 2 bandes: Une bande contenant un mélange d’isotopes N15 et N14 – la réplication semi-conservative préserve les brins d’ADN contenant les isotopes N15, mais les combine avec des nucléotides N14 durant la réplication. Une bande contenant tous des isotopes N14 - durant la réplication de la génération 1 à la génération 2. Les nouveaux brins consistant d’isotopes N14 sont répliqués avec des nucléotides N14 créant des brins contenant seulement des isotopes N14 . La réplication Dispersive est falsifiée car ce modèle continuerait de produire une seule bande contenant avec proportionnellement moins d’isotope N15 .

2.7.C2 L’analyse des résultats de Meselson et Stahl pour appuyer la théorie de la réplication semi-conservative de l’ADN. Au début de l’expérience de Meselson et Stahl (génération 0) une seule bande d’ADN avec une densité de 1.730 g cm-3 a été identifiée. Après 4 générations deux bandes ont été identifiées, mais la bande principale avait une densité de 1.700 g cm-3. Décrivez et expliquez les résultat obtenus par centrifugation du mélange d’ADN de la génération 0 à 2. [2] 3 bandes: Une bande de la génération 0 contenant tous des isotopes N15 – aucune réplication a eu lieu Une bande de la génération 2 contenant un mélange d’isotopesN15 et N14 – la réplication semi-conservative préserve les brins d’ADN contenant les isotopes N15 , mais les combine avec des nucléotides N14 durant la réplication. Une bande de la génération 2 (ADN tout répliquée) contenant tous des isotopes N14 - durant la réplication de la génération 1 à la génération 2. Les nouveaux brins consistant d’isotopes N14 sont répliqués utilisant des nucléotides N14 créant des brins contenant seulement des isotopes N14.