ORGANISATION MOLÉCULAIRE DES GÈNES ET RÉPLICATION DE L ’ADN

II- Organisation des gènes 1- Virus = particules infectieuses I- Définition moléculaire du gène “ Génos ” qui donne naissance Classe II (structure) Classe III Classe I 5 ’ 3 ’ Gène A Gène B Gène C 3 ’ 5 ’ tRNA rRNA mRNA Protéines 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 4700 1760 Eucaryotes Homme 2 900 000 990 000 Compactage ++ - acide nucléique (DNA ou RNA) - capside protéique - enveloppe (membrane ) II- Organisation des gènes 1- Virus = particules infectieuses

Réplication du DNA + expression moléculaire - parasites obligatoires (produisent pas d ’énergie, pas de synthèse protéique) - infection des bactéries (bactériophages), plantes, animaux hommes (spécificité d ’espèces, cellulaires) Ex1 Bactériophages Destruction chromosome de l ’hôte BactériophageT Phage T DNAdb du phage (20kb) Protéines virales E. Coli Pénétration du DNA Réplication du DNA + expression moléculaire DNA E.coli adsorption Libération des virus multiplication Cycle lytique

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

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

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

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

Séquences uniques codantes = gènes de structure (protéines, ARN) Les chromosomes télomères Bras p chromatides centromère Bras q télomères Caryotype humain Séquences uniques codantes = gènes de structure (protéines, ARN) chromosome Séquences régulatrices (interaction ADN + facteurs protéiques) Séquences répétitives : - DNA satellite non codants :centromère - séquences des télomères Gènes morcelés Ex: gène de l ’ovalbumine 3 ’ 5 ’ A B C D E F G 1 2 3 4 5 6 7 5 ’ 3 ’ Introns (80%) exons Autre ex : gène du collagène de type I (>50 introns) Séquençage du génome : 3 milliards pb, 30 000 gènes. DNA extra-chromosomique DNA des mitochondries et des chloroplastes (cellules végétales) = DNA circulaire

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

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

Direction du mouvement de la fourche de réplication Mécanisme de la réplication (chez les procaryotes) Où débute la réplication ? Dans quel sens ? origine Fourche de réplication bidirectionnelle Fourche de réplication 3 ’ origine 5 ’ Brin directeur hélicase 5 ’ Direction du mouvement de la fourche de réplication 3 3 ’ 3 ’ 2 DNA ligase Fragments d ’Okazaki 5 ’ 1 Brin retardé 3 ’ 5 ’

Mécanisme biochimique de la réaction d ’élongation (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 Chaîne amorce Chaîne matrice Chaîne matrice base base PPi 3 ’ 5 ’ - DNA polymérase III a ß g 3 ’ base 5 ’ base Rque : Réaction de polymérisation en chaîne (PCR) et Taq polymérase

La réplication chez les eucaryotes G T A G C T A G C A A T C A T C G dTTP PPi dGTP PPi A T C G T P P OH P P P OH P P P P OH 3 ’ 5 ’ 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 2n M G2 G1 2n Synthèse de DNA S 4n