UNIVERSITÉ DES ANTILLES-GUYANE PREMIÈRE ANNÉE DES ETUDES DE SANTÉ

DR MARYSE ETIENNE-JULAN-OTTO

ENSEIGNEMENT DE BIOLOGIE CELLULAIRE : BIOLOGIE

MOLÉCULAIRE

BIBLIOGRAPHIE •  Gènes VI

B. LEWIN DeBoeck Université •  Biologie moléculaire et Médecine JC KAPLAN et M. DELPECH Médecine-Sciences, Flammarion •  Biologie moléculaire de la cellule B ALBERTS et al Médecine-Sciences, Flammarion

I- INTRODUCTION : HISTORIQUE ET DÉFINITIONS

HISTORIQUE

• L’histoire de la biologie moléculaire est basée : • Sur les résultats de l’observation des faits de

transmission des caractères, avec ses avantages et ses limites

• Suivie de l’identification des supports biologiques des mécanismes de l’hérédité

HISTORIQUE

• Quelques étapes clés : •  Théorie de l’Evolution de Charles Darwin •  Lois de Mendel •  La théorie de la mutation (H. de Vries) •  La théorie chromosomique de l’hérédité (Morgan) • Découverte de l’ADN • Elucidation de la structure de l’ADN et

l’identification des règles de fonctionnement de l’ADN

LA THÉORIE DE CHARLES R. DARWIN (1809-1882)

C.R. DARWIN

• Biologiste britannique •  1836 : analyse des spécimens rapportés de son tour du

monde : •  Similitudes entre fossiles et espèces vivantes prélevés dans la

même zone géographique (tortues, oiseaux,…) èConclusions : •  Espèce commune à l’origine •  Adaptation à la vie de manière différente sur chaque île, donc

en fonction du milieu

C.R. DARWIN

•  1859 : Origine des espèces par la sélection naturelle •  Première théorie expliquant l’évolution des espèces par un

mécanisme biologique : la sélection naturelle

LES THÉORIES ANTÉRIEURES À CELLE DE DARWIN

•  Avant le XIXème siècle : le catastrophisme •  Extinction des espèces à cause des catastrophes

•  Puis formation de nouvelles espèces ex nihilo (créées à partir de rien)

•  Début XIXème : plusieurs scientifiques remettent en cause le catastrophisme (Lamarck, Lyell ,…)

LA STRUCTURE DE LA THÉORIE DE DARWIN

•  Tous les individus d’une population sont différents les uns des autres (variabilité)

•  Certains sont mieux adaptés que d’autres à leur environnement

•  Meilleure chance de survie •  Meilleure chance de se reproduire

LA STRUCTURE DE LA THÉORIE DE DARWIN (2)

• Caractères avantageux

• Sont hérités par les générations suivantes • deviennent dominants dans la population : • Sélection naturelle

LA STRUCTURE DE LA THÉORIE DE DARWIN (3)

• Evolution des espèces est un processus progressif et évolutif (plusieurs milliers à plusieurs millions d’années) : • Une seule forme de vie à l’origine • Puis apparaissent différentes espèces : la spéciation

LES LOIS DE GRÉGOR MENDEL

GREGOR MENDEL : 1865 •  Natif de l’empire austro-hongrois (tchèque) •  Travaux méconnus lors de leur publication •  Redécouverts en 1900 •  Travaux sur les petits pois : nombreux avantages dont fécondité

importante •  Choix de 7 caractères transmissibles dont les différentes versions

faciles à distinguer les unes des et qui différaient entre variétés : •  La taille et la couleur des graines •  La longueur des tiges,….

•  En croisant différentes variétés, étude de la transmission, au cours des générations, de ces caractères

GREGOR MENDEL

•  En croisant différentes variétés •  Établissement des principales lois de l’hérédité

•  Caractères dominants et récessifs •  Pas de mélange des déterminants des caractères •  Transmissions de déterminants non altérés •  Transmission aléatoire •  Transmission de manière indépendante de caractères différents

PREMIÈRE LOI DE MENDEL

•  Loi de l’uniformité des hybrides de première génération et de la ségrégation indépendante des caractères

•  Croisement de 2 races pures (homozygotes pour tous les gènes) qui

diffèrent par 1 caractère •  Couleur du petits pois : coloré, non coloré

PREMIÈRE LOI DE MENDEL (2)

•  2 parents homozygotes pour la couleur du pois : AA (dominant) et aa (récessif)

•  1ère génération d’hybrides (F1) homogène : tous identiques (Aa) et

ayant le phénotype du caractère dominant A

PREMIÈRE LOI DE MENDEL (3)

•  2ème génération d’hybrides (F2) hétérogène (phénotypes différents): 25% AA, 50% Aa, 25% aa

•  Hétérogénéité de F2 = disjonction (ségrégation) indépendante des

allèles : les gamètes sont purs = ils ne portent qu’un seul allèle de chaque gène

•  F2 : réapparition du phénotype récessif

PREMIÈRE LOI DE MENDEL (4)

• Basée sur la dominance complète d’un allèle sur l’autre • Non universalité de cette loi (1ère exception) : Ce que

MENDEL n’a pu mettre en évidence : il existe différents degrés de dominance (partielle, absence de dominance ou codominance). Dans ces cas, cette loi ne s’applique pas

DEUXIÈME LOI DE MENDEL

•  Loi de l’indépendance des couples de caractères

•  Croisement de 2 individus de race pure différant par plusieurs caractères (ou gènes)

•  Constat : ces différents caractères sont hérités de façon indépendante les uns des autres

DEUXIÈME LOI DE MENDEL (2)

•  2 individus homozygotes •  1 pour 2 caractères dominants : AABB (coloré et lisse) •  1 pour 2 caractères récessifs : aabb (incolore et ridé)

•  F1 : individus AaBb : phénotype parent dominant •  F2 : 2 grands groupes de descendants:

•  1 groupe : phénotypes parentaux •  1 groupe : nouveau phénotype : 1 caractère dominant associé à

un caractère récessif

DEUXIÈME LOI DE MENDEL (3)

•  = Association au hasard entre 1 allèle d’un caractère et 1 allèle de l’autre = indépendance des couples de caractères = chaque caractère a un support biologique différent

•  Non universalité de cette loi (2nde exception) : gènes liés = gènes portés par le même chromosome. N’étaient pas connus de Mendel

NOTIONS INTRODUITES PAR LES TRAVAUX DE MENDEL

•  Les lois de Mendel impliquent l'existence: •  d'éléments autonomes et reproductibles, •  qui contrôlent les caractères héréditaires de génération en

génération. •  Chaque caractère est représenté dans l'œuf fécondé par

deux - et seulement deux - éléments, provenant l'un du père, l'autre de la mère.

• Chez les hybrides F1, •  les éléments correspondant aux différentes versions d'un caractère

donné sont distincts, •  se séparent à nouveau lors de la formation des cellules germinales. •  Ces unités de l'hérédité seront dénommés gènes en 1909 par le

biologiste danois Wilhem Johannsen

NOTIONS INTRODUITES PAR LES TRAVAUX DE MENDEL

• Différence entre •  L’apparence d’un organisme (ce qui est observé, ce qui

est mesurable) : le phénotype •  et le support génétique sous-jacent : le génotype

•  Notion d’un facteur qui passe inchangé d’un parent à sa progéniture : futur gène

NOTIONS INTRODUITES PAR LES TRAVAUX DE MENDEL (2)

•  Différentes formes d’un même gène : les allèles

•  Organisme diploïde : 2 copies de chaque gène •  2 allèles identiques dans le même organisme : homozygotie è

phénotype reflète directement le génotype

NOTIONS INTRODUITES PAR LES TRAVAUX DE MENDEL (3)

•  2 allèles différents : hétérozygotie •  Phénotype fonction de la relation entre les allèles

•  Le plus souvent : 1 allèle dominant et 1 allèle récessif è phénotype déterminé par l’allèle dominant : phénotype de l’hétérozygote = phénotype du parent homozygote dominant

•  En 1945 : gène = support de l’hérédité •  Identification des gènes uniquement par le biais des mutations

(aberrations phénotypiques) •  Nature physique du gène? Relation entre défauts biochimiques

observés et nature physique?

LA THEORIE DE LA MUTATION (H DE VRIES)

• H. DE VRIES (1848 – 1935) : néerlandais •  Rédécouverte des lois de Mendel en 1900 •  Théorie de l'hérédité impliquant des particules

élémentaires qu'il baptise "pangènes » •  Théorie de l’évolution par mutation (1903)

•  Mise en culture d’un nombre considérable d'espèces de plantes herbacées,

•  D'après sa théorie, les espèces apparaissent en une seule génération, après qu'une variation de grande ampleur - une mutation - est apparue.

•  Opposé à Darwin pour lequel les nouvelles espèces liées à des modifications progressives

THÉORIE CHROMOSOMIQUE DE L’HÉRÉDITÉ (T. MORGAN)

THOMAS MORGAN (USA : 1866-1945)

•  Travail sur la mouche du vinaigre (Drosophila melanogaster) : cycle de reproduction très court (9 jours à 25°C), 4 paires de chromosomes, descendance nombreuse

•  1ère mutation observée : •  1 mâle aux yeux blancs au lieu de rouges : caractère

retrouvé uniquement chez les mâles è le facteur déterminant ce caractère est porté par le chromosome sexuel :

•  un facteur mendélien est pour la première fois expérimentalement assigné à un chromosome défini. Morgan définit ainsi l'hérédité liée au sexe.

THOMAS MORGAN (USA : 1866-1945) - 2

• Morgan et Sturtevant à partir de 1910 •  Nombreuses mutations : étude de leur transmission

(ségrégation) è cartes génétiques superposables aux chromosomes

•  4 groupes de liaison correspondant aux 4 paires de chromosomes

•  Conclusion de ces travaux (1915) : •  Chromosomes = support physique des gènes •  Théorie chromosomique de l’hérédité : les gènes sont

organisés en série linéaire le long du chromosome (Prix Nobel de physiologie et de médecine en 1933)

L’ADN, SUPPORT DE L’INFORMATION GENETIQUE

•  L’information génétique est transmise sous deux formes d’une génération à l’autre : •  soit sous la forme d’Un œuf fécondé (reproduction sexuée) qui reçoit un

exemplaire de chaque gène parental Ou •  soit sous la forme d’Une cellule fille (reproduction asexuée) qui

reproduit à l’identique la cellule-mère

•  La découverte de l’ADN (Griffith, 1928)

•  Les travaux de Hershey et Chase (1952)

DEUX EXPÉRIENCES CLASSIQUES ONT PROUVÉ QUE L’ADN EST LE MATÉRIEL GÉNÉTIQUE

LA DÉCOUVERTE DE L’ADN (GRIFFITH, 1928)

• Pneumocoque : plusieurs types * Pneumocoques lisses qui sont virulents : virulence liée à la présence d’un polysaccharide capsulaire (surface cellulaire) è mort des souris infectées (bactéries non détruites par la cellule hôte) Si les Pneumocoques lisses sont tués par la chaleur è inoffensifs pour les souris * Pneumocoques rugueux : absence de polysaccharide è non virulents

LA DÉCOUVERTE DE L’ADN (GRIFFITH, 1928) (2)

•  Si Pneumocoques lisses tués par la chaleur et pneumocoques rugueux injectés simultanément à la souris

•  mort de la souris +

•  présence de bactéries lisses virulentes chez la souris morte de même type que les bactéries lisses tuées qui avaient été

injectées.

LA DÉCOUVERTE DE L’ADN (GRIFFITH, 1928) (3)

•  Ceci suggère donc qu'il existe chez les bactérie L un "facteur ou principe transformant", •  probablement résistant et libéré par la chaleur, •  susceptible d'être intégré par d'autres bactéries comme les

bactéries R •  Et qui leur confère de façon héréditaire de nouvelles

propriétés génétiques (comme la virulence). •  Nature de ce matériel?

LA DÉCOUVERTE DE L’ADN (GRIFFITH, 1928) (4)

• Avery et coll, en 1944, ont montré que chimiquement ce p r i n c i p e t r a n s f o r m a n t i s o l é e s t l’ a c i d e désoxyribonucléique ou ADN.

• Autre apport : l’ADN était connu comme composant

essentiel des chromosomes eucaryotes . Cette expérience a montré qu’il est le matériel génétique des procarytotes : unification des fondements de l’hérédité chez les bactéries et les organismes supérieurs.

Pneumocoques lisses pathogènes

Pneumocoques rugueux non virulents

ADN

ADN purifié Addition de l’ADN purifié de la souche lisse

Pneumocoque lisse

LES TRAVAUX DE HERSHEY ET CHASE (1952)

•  Il s’agissait de démontrer que l’ADN est aussi le matériel génétique d’un autre système : le virus bactériophage T2

•  Le phage T2 infecte la bactérie Escherichia coli.

LES TRAVAUX DE HERSHEY ET CHASE (1952) (2)

•  Cycle viral normal :

1- particules phagiques s’adsorbent (se fixent) à la surface des bactéries

2- du matériel viral pénètre dans la bactérie 3- 20 minutes plus tard, la bactérie éclate (elle est

lysée) en libérant de nombreuses particules virales filles.

LES TRAVAUX DE HERSHEY ET CHASE (1952) (3)

•  - Marquage des phages au 32P (marquage de l’ADN) et au 35S (marquage des protéines)

•  - Infection des bactéries è centrifugation è 2 fractions : 1 contenant les enveloppes vides des phages libérées à la surface des bactéries (marquées au 35S) et 1 constituée des bactéries infectées

LES TRAVAUX DE HERSHEY ET CHASE (1952) (4)

• Le 35S est retrouvé quasi exclusivement au niveau des enveloppes virales vides

• Le 32P se retrouvait en grande partie dans les bactéries infectées (70%) et en partie dans les particules virales filles (environ 30%)

LES TRAVAUX DE HERSHEY ET CHASE (1952) (4)

• Conclusions : • Ce ne sont pas les protéines virales qui pénètrent

dans la bactérie mais l’ADN • L’ADN des phages parentaux entre dans la

bactérie et intègre les particules virales filles : preuve directe de transmission du matériel génétique

• Démontrent également la nature chimique des gènes puisque marquage radioactif possible

LES TRAVAUX DE HERSHEY ET CHASE (1952) (5)

• Conclusion : L’ADN est aussi le matériel génétique du phage T2.

•  L’ADN est le matériel génétique quasi universel •  Exception : virus à ARN : virus de la grippe,

rétrovirus,…

• 1953 : découverte de l’ADN et de sa structure

è révolutionné la génétique, la biologie è répercussions majeures en Médecine (origine et cause des maladies, modalités du diagnostic de certaines maladies,… )

QUELQUES DÉFINITIONS

•  Génotype : ensemble de l’information génétique héritée par un organisme

•  Phénotype correspond à l’expression du génotype (aspect physique de l’organisme)

•  Génome : quantité totale d’ADN ou d’ARN contenue dans chaque cellule (gènes + séquences non codantes)

DÉFINITIONS (2)

•  Allèles : différentes formes d’un même gène •  Organisme ayant deux allèles identiques d’un même gène :

homozygote •  Organisme ayant deux allèles différents d’un même gène :

hétérozygote

DÉFINITIONS (3)

•  Type sauvage : génotype et phénotype courants

•  Un gène sauvage è protéine fonctionnelle

• Mutations : changements transmissibles de l’information

génétique

• Mutants : organismes portant la mutation

•  Type sauvage : organisme portant le gène non modifié

DÉFINITIONS (4)

•  Les procaryotes : organismes dans lesquels il y a théoriquement 1 seul compartiment cellulaire délimité par une ou plusieurs membranes qui le protègent du milieu extérieur : Bactéries ;

DÉFINITIONS (5)

•  Les Eucaryotes sont définis par la division de chaque cellule en : •  un noyau contenant le matériel génétique entouré par : •  le cytoplasme qui est délimité par une membrane

plasmique marquant la périphérie de la cellule. Le cytoplasme contient également d’autres compartiments cellulaires individuels entourés eux aussi par des membranes.

DÉFINITIONS (6)

• Virus : particules minuscules. • Comme les organismes, une génération donne naissante

à la suivante. • Contrairement aux autres organismes, pas de structure

cellulaire propre, ce qui les oblige à infecter une cellule hôte.

•  Le gène est l’unité de l’information génétique, de l’hérédité. •  Il ne fonctionne pas de façon autonome : il a besoin des autres

composants cellulaires pour sa transmission et son expression. •  Il est constitué d’ADN ou d’ARN et est porté par les chromosomes

•  Structure des acides nucléiques? •  Relation entre leur structure et leur fonction? •  Comment ces molécules se reproduisent elles avec exactitude d’une

génération à l’autre? •  Comment est utilisée l’information génétique par la cellule : expression,

régulation, réparation,… •  Comment évolue t-elle au cours du temps (variation de l’ADN)

II- LA STRUCTURE DES ACIDES NUCLÉIQUES

LA STRUCTURE DES ACIDES NUCLÉIQUES

•  Le matériel génétique est constitué d’acide nucléique •  2 types d’acides nucléiques

•  Acide désoxyribonucléique ou ADN •  Acide ribonucléique ou ARN

STRUCTURE DES ACIDES NUCLÉIQUES

• Acide nucléique : succession de nucléotides reliés chimiquement par des liaisons covalentes.

•  Un nucléotide : une base azotée (noyau hétérocyclique d’atomes d’azote et de carbone) + un sucre pentose (à 5 carbone en forme d’anneau) + un groupement phosphate •  ADN : désoxynucléotides •  ARN : ribonucléotides

LES BASES AZOTÉES : 4 PAR ACIDE NUCLÉIQUE

•  2 catégories •  Les pyrimidines : noyau à 6 sommets : cytosine (C), uracile (U),

thymine (T) (CH3 en position C5/uracile) è cytosine et thymine pour l’ADN, cytosine et uracile dans l’ARN ;

LES BASES AZOTÉES

•  Les purines : noyaux à 5 et 6 sommets entrelacés : guanine (G), adénine (A) communes à l’ADN et à l’ARN

LE PENTOSE

•  Dans l’ADN : 2’-désoxyribose •  Dans l’ARN : ribose : présence d’un résidu hydroxyle en position

2’ du cycle du sucre • ‘ permet de différencier les atomes du pentose de ceux des bases.

Pentose

•  Le groupement phosphate est relié au pentose (C5’) •  Liaison base –sucre : liaison entre un atome d’azote de la base et

un hydroxyle du sucre : N1 des pyrimidines, N9 des purines NUCLEOSIDE = BASE + SUCRE

NUCLÉOSIDES

•  • Adénosine •  • Guanosine •  • Uridine •  • Cytidine

•  ADN : désoxynucléosides (désoxythymidine au lieu d’uridine)

ARN

Pentose

NUCLÉOTIDES

• NUCLEOTIDE = BASE + SUCRE + PHOSPHATE • Adénosine phosphate • Guanosine phosphate • Uridine phosphate • Cytidine phosphate • Désoxynucléotides : ADN (désoxythymidine phosphate)

•  Acide nucléique : polynucléotides = chaîne polynucléotidique

•  Le nucléotide terminal d’une extrémité de la chaîne possède un groupement 5’ libre ; Le nucléotide terminal de l’autre extrémité possède lui une extrémité 3’ libre.

•  Par convention on écrit les séquences d’acides nucléiques dans le sens 5’ è 3’ (5’ à gauche et 3’ à droite).

L’ADN EST UNE DOUBLE HÉLICE : ARGUMENTS UTILISES PAR WATSON ET CRICK

•  Watson et Crick (1953) è modèle de la double hélice à partir de 3 notions : •  Diffraction aux rayons X (Rosalind Franklin et Maurice Wilkins

Wilkins) è ADN a la forme d’une hélice régulière •  tour complet tous les 34 Å (3,4 nm) = le pas de l’hélice •  diamètre ≈ 20 Å (2 nm) •  distance entre 2 nucléotides adjacents : 3,4 Å è ≈ 10 nucléotides / tour d’hélice

L’ADN EST UNE DOUBLE HÉLICE : ARGUMENTS UTILISES PAR WATSON ET CRICK (2)

La mesure de la densité de l’ADN suggérait que - l’hélice est constituée de 2 chaînes polynucléotidiques ; - le diamètre constant de l’hélice = les bases se font

face à l’intérieur de l’hélice et qu’une purine fait face à une pyrimidine

la liaison purine-purine serait trop volumineuse la liaison pyrimidine-pyrimidine trop peu volumineuse

L’ADN EST UNE DOUBLE HÉLICE : ARGUMENTS UTILISES PAR WATSON ET CRICK (3)

•  Erwin Chargaff (1950) : Quelque soit la séquence de l’ADN,

•  le rapport A+T/C+G est variable selon les espèces, mais constant pour tous les membres d'une espèce donnée •  C/G ou A/T est à l'inverse constant et égal à un chez toutes les espèces étudiées

•  quantité de G toujours = quantité de C •  quantité de A toujours = quantité de T

DOUBLE HÉLICE D’ADN DE WATSON ET CRICK

•  Modèle satisfaisant aux données disponibles : double hélice •  Les 2 chaînes sont antiparallèles : orientation dans des sens opposés :

5’→3’ et 3’→5‘ •  - Squelette sucre-phosphate à l’extérieur et les bases sont à l’intérieur

de la double hélice sous la forme de paires perpendiculaires à l’axe de l’hélice •  Squelette = succession de sucres et de phosphates = succession de

liaisons 5’ –3’ phosphodiesters •  Position 5’ du cycle d’un pentose est reliée à la position 3’ du

pentose suivant par l’intermédiaire d’un groupement phosphate

DOUBLE HÉLICE D’ADN

•  Les 2 chaînes sont associées par des liaisons hydrogène entre bases azotées dites complémentaires

- G ne peut former de liaisons hydrogène qu’avec C (3 liaisons H) : c’est appariement des bases

- A ne peut former de liaisons hydrogène qu’avec T (2 liaisons H) : appariement des bases

•  Les deux brins d’une molécule d’ADN sont complémentaires

•  Crick, Watson, et Wilkins reçurent en 1962 le prix Nobel (R. Franklin décédée)

3

4 6

1

6

1 2

4

3

2

DOUBLE HÉLICE D’ADN

•  Les liaisons hydrogène nécessitent peu d’énergie pour les briser mais leur multiplicité è forte cohésion de la molécule.

•  Les brins peuvent être séparés par chauffage ou par la soude : c’est la

dénaturation ou fusion de l’ADN. La séparation est un phénomène réversible

•  Quand les brins se lient de nouveau l’un à l’autre, on parle de renaturation ou hybridation de l’ADN.

Chaleur

Soude

ADN natif ADN simple brin dénaturé ADN renaturé

DOUBLE HÉLICE D’ADN •  L’enroulement des deux brins l’un autour de l’autre forme une

double hélice : •  avec un petit sillon (≈ 12 Å de large)

•  avec un grand sillon (≈ 22 Å de large). •  double hélice droite. •  enroulement se fait dans le sens des aiguilles d’une montre le long de l’axe

de l’hélice. è ADN de forme B.

DOUBLE HÉLICE DE WATSON ET CRICK

•  § tour complet tous les 34 Å (3,4 nm) : pas de l’hélice •  § diamètre ≈ 20 Å (2 nm)

•  § distance entre 2 nucléotides adjacents : 3,4 Å è ≈ 10 nucléotides / tour d’hélice

Grand sillon Petit sillon

20 Å

34 Å

ACIDE RIBONUCLÉIQUE OU ARN (RNA)

•  Polynucléotide simple brin •  Appariemment de bases complémentaires à l’intérieur des chaînes è repliement des molécules : •  Exemple : ARN de transfert

III- L’ADN EST LE SUPPORT DE L’INFORMATION GÉNÉTIQUE :

RELATION STRUCTURE FONCTION

LA STRUCTURE DE L’ADN DÉFINIT LES

MÉCANISMES DE L’HÉRÉDITÉ •  La séquence des bases dans l’ADN est la forme sous

laquelle est transportée l’information génétique •  Spécificité d’espèce

Organisme

Longueur du génome haploïde en paires de bases

Virus

103 à 105 E. coli

4,5 x 106

Levures

5 x 107 C a e n o r h a b d i t i s

elegans

8 x 107

Drosophile

1,5 x 108 Vertébrés

108 à 1010

Homme

3 x 109 Plantes

1010 à 1011

Longueur du génome de quelques organismes

LA STRUCTURE DE L’ADN DÉFINIT LES

MÉCANISMES DE L’HÉRÉDITÉ

• Structure en double hélice formée de 2 brins anti-parallèles •  Le matériel génétique est reproduit fidèlement de

génération en génération : la réplication de l’ADN est semi-conservative •  Chaque brin d’ADN sert de matrice pour la synthèse d’un brin fils

complémentaire •  Assemblage du nouveau brin fils se fait avec le brin parental

complémentaire

3 MODES POTENTIELS DE RÉPLICATION

•  Le mode semi-conservatif •  Le mode conservatif •  Le mode dispersé

RÉPLICATION SEMI-CONSERVATIVE : MODÈLE ATTENDU

• Culture de cellules contenant l’ ADN parental dans milieu contenant des atomes lourds d’azote (15N) è 2 brins lourds

• Puis remplacement par du milieu « léger » (contenant de l’azote 14N) èpremière génération è duplex d’ADN de densité intermédiaire : 1 brin parental « lourd » et 1 brin fils « léger »

•  2nde génération : 50% des duplex de densité intermédiaire, 50% de duplex de densité légère

1ère génération 2nde génération

RÉPLICATION SEMI-CONSERVATIVE : PREUVE EXPÉRIMENTALE

•  Expérience de Meselson et Stahl (1958) •  Ont effectivement suivi la réplication d’E. coli pendant 3 générations •  A chaque génération, mesure de la densité d’ADN par

centrifugation et comparaison des densités mesurées

RÉSULTATS

Léger Intermédiaire Lourd

Parental Génération 1 Génération 2

LA STRUCTURE DE L’ADN DÉFINIT LES

MÉCANISMES DE L’HÉRÉDITÉ

•  L’information génétique est codée : le code génétique • Structure simple et universelle de l’ADN • Seule variable : ordre d’enchaînement des bases

(séquence) • Séquence d’ADN est traduit par une séquence

d’acides aminés dans les chaînes peptidiques • Code génétique lu par groupe de 3 nucléotides ou

codon. Chaque codon correspondant à un acide aminé (à l’exception de 3)

LA STRUCTURE DE L’ADN DÉFINIT LES

MÉCANISMES DE L’HÉRÉDITÉ •  Le code génétique : les relations faisant correspondre les différents

codons avec les différents acides aminés •  Chaque gène = une suite de codons

Séquence nucléotidique : 5’ è 3’

Peptide N-terminale è C-terminale

LA STRUCTURE DE L’ADN DÉFINIT LES

MÉCANISMES DE L’HÉRÉDITÉ

• Le code génétique est déchiffré par des mécanismes complexes situé entre gènes et protéines

LA STRUCTURE DE L’ADN DÉFINIT LES

MÉCANISMES DE L’HÉRÉDITÉ

•  Les mutations è changement dans la séquence d’ADN) : preuve finale que l’ADN est le support de l’information génétique

•  Ont permis d’identifier les protéines codées par certains gènes •  Ont permis d’identifier la fonction de certaines protéines

•  L’information portée par l’ADN doit : •  pouvoir être lue à tout moment (transcription, traduction), •  être protégée (noyau, protéines, superenroulé), •  réparée en cas d’altération (mécanismes de réparation) •  pérennisée dans les cellules filles (réplication, division cellulaire).