Chapitre 1 - Les génomes procaryote et eucaryote

Partie IA - LeBiologie - Partie IV - La biodiversité et sa dynamique

A - Génomique structurale et fonctionnelle

1. L’information génétiqueportée par l’ADN

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L’ADN : rappel

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✭ Une double hélice formée par :- un axe pentose-phosphate = squelette stable indépendant de la séquence- des bases azotées en une séquence spécifique

L’ADN : rappel

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✭Structure condensée : grande capacité de stockage dans un faible volume

Bases protégées entre les 2 brins

Bases stabilisées par des liaisons H qui évitent la tautomérie

Structure stable grâce aux interactions (stacking, liaisons H, ioniques)

Accessibilité possible grâce aux sillons

Brins orientés : 5’P et 3’OH et antiparallèles

Les pneumocoques

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Bactéries Streptococcus pneumoniae (= pneumocoques)

colonies lisses (smooth S)colonies rugueuses (rough R)

bactéries à capsule bactéries sans capsule

http://users.rcn.com/jkimball.ma.ultranet/BiologyPages/A/Avery.html

L’ADN porte l’information génétique

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webapps.fundp.ac.be

d’après edu.upmc.fr

Expérience de Griffith (1928) sur

les pneumocoques

Expérience de Avery, Mac

Leod et Mac Carthy (1944)

Cytosol de bactéries S

+ protéase + ARNase + ADNase

transformation pas de transformation

Ajout dans une culture de bactéries R

La transformation bactérienne

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bactérie

This electron micrograph (courtesy of Dr. Alexander Tomasz) shows a DNA molecule entering a pneumococcus. This DNA molecule — only a portion of which (scroll down) is shown here — is approximately 7 micrometers (µm) in length, long enough to include a dozen genes. The process of transformation follows the uptake of such a molecule by the bacterium.

ADN

Noyau et information génétique des eucaryotes

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La transmission de l’ADN à l’identique

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✭ Une bactérie E.coli lac- AmpS

des millions de bactéries E.coli lac- AmpS

mise en culture

répliques sur velours

toutes les bactéries sont E.coli lac- AmpS

sauf 1 colonie devenue AmpR

fréquence de variants très faible : 10-6 à 10-8

La duplication de l’ADN

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✭ Principe universel

Différents types de séquences

11http://www.edu.upmc.fr/sdv/masselot_05001/introduction/differentes.html

- génome dénaturé à la chaleur puis refroidi lentement pour renaturer.- mesure de la fraction d’ADN non encore renaturée en fonction du temps.

ordonnée = % ADN simple brinabscisses = log du produit de la concentration initiale de l’ADN en mol.L-1 par le temps écoulé en s : C0t.

100

50

Les séquences codantes

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E.coli Levure Arabette Homme

taille du génome en 106 pb 4,64 12 119 3 400

nombre de gènes 4 288 6 200 25 500 30 000

% de fraction codante 88 % 68 % 29 % 1,4 %

La synthèse protéique : mécanisme universel

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✭

Transcription

Traduction

Le séquençage : méthode de Sanger

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Principe : une copie de l’ADN à séquencer est réalisée en présence d’un di-désoxynucléotide phosphate qui bloque la polymérisation

site snv.jussieu

Lecture de la séquence

15bioinfo.org.cn

Automatisation du séquençage

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séparation des brins synthétisés par chromatographielecture de l’ADN marqué par fluorescence

A T C G

Méthode de Maxam et Gilbert (1)

17

Université de Montréal

Hydrolyse ménagée par des réactifs spécifiquesqui coupent à des bases précises.

Méthode de Maxam et Gilbert (2)

18

Université de Montréal

3 G dans la séquence => 3 brins écourtés possibles

le brin d’ADN purifié à séquencer

marquage au 32P

Tube1 : Traitement au sulfate de diméthyl + pipéridine=> cassure du brin d’ADN au niveau de G.

Méthode de Maxam et Gilbert (3)

19 Université de Montréal

Séparation des brins coupés par électrophorèse.

Les séquences codantes et non codantes

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2. Organisation moléculaire du génome

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Chromosome d’Escherichia coli

22

Observation au MET du chromosome bactérien étalé après éclatement du colibacille

© Inserm

Séquences de chromosome bactérien

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Génome de Hémophilus influenzae

séquences codantes(couleurs selon la fonction)

OriC

Carte des opérons d’E. coli

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Les opérons sont des groupes de gènes transcrits sur le même ARN et contrôlés par le même processus.

Les plasmides

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plasmide vu au METfut ura-sciences.com

Le noyau des cellules eucaryotes

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Au microscope photonique Au microscope électronique

acinus pancréatique

euchromatine

hétérochromatine

nucléole

Composition de la chromatine30% ADN5% ARN30% protéines histones25% protéines autres

Observation de l’euchromatine

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✭

fibre nucléosomique de30 nm de diamètre

nucléofilament de11 nm de diamètre

nucléosome = noyau d’histone + ADN enroulé autour

Organisation structurale du nucléosome

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✭

Albert s

Le nucléosome

29

✭

ADN150 pb enroulées

+ 50 pb linker

Noyau du nucléosome= 8 histones

igbmc.f r

les queues interviennent dans le compactageAlbert s

La chromatine

30

✭

Euchromatine = fibre nucléosomique enroulée en solénoïde, de diamètre 30 nm

Hétérochromatine = repliement encore plus compact de la fibre nucléosomique.

Fibre nucléosomique = euchromatine

Nucléofilament

ADN

ADN raccourci d’un facteur 7

nucléofilament raccourci d’un facteur 6

Des boucles liées par un squelette protéique

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La fibre nucléosomique est liée à une squelette protéique (scaffold)

fibre nucléosomique

boucle condensée (microconvule)✄

La chromatine est liée sur un support protéique

32

✭

euchromatinehétérochromatine

fibre de 30 nm

Albert s

300 nm

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Bilan✭

raccourcissement d’un facteur 9

raccourcissement d’un facteur 4

raccourcissement d’un facteur 6

raccourcissement d’un facteur 7

raccourcissement total d’un facteur 1500

Les 3 types de séquences

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✭

L’ADN satellite des télomères

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Des séquences répétées très conservées

Organisme Nature des répétitions Longueur du télomère

LevureSaccharomyces cerevisae TGGG 400 pb

Caenorhabditis elegans TTAGGC 9 000 pb

souris Mus musculus TTAGGG 150 000 pb

Arabidopsis thaliana TTTAGGG 9 000 pb

Homo sapiens TTAGGG 10 000 pb

Les télomères, une architecture de stabilité

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Les motifs répétés sont reconnus par des protéines TRF1 qui stabilisent l’extrémité des chromosomes

journal.f ront iersin.org

protéines TRF

protéines associées✄

Les éléments transposables

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✭

Un élément transposable est encadré par des séquences opposées

séquence longue = LINE : 1000 - 6000 pb, riche en AT, 50 000 copiesséquence courte = SINE : 300 pb (séquence Alu), 500 000 copies

Principe de la transposition

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Le transposon est un élément d’ADN qui peut se déplacer

transposition de type «couper-coller»

transposition de type «copier-coller»

✭

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Principe de la rétro-transposition

Traduction

Les gènes des ARNr

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✭

Les gènes des ARNr sont groupés et répétés dans le génome. Ils sont transcrits d’un bloc puis séparés. Ils sont localisés dans le nucléole.

Les familles multigéniques

41

chromosome 11chromosome 16chromosome 22

Des gènes morcelés : mise en évidence

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Micrographie d’un appariement entre l’ADN et l’ARNm du gène d’ovalbumine de poule

bio3400.nicerweb.com

boucle = ADN non codant = intronrégions appriées = séquences codantes = exons

❀

Les gènes morcelés des eucaryotes

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✭

Le génome extra-nucléaire

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✭

Mitochondrie avec marquage de l’ADN

200 nm

chromosome de chloroplaste isolé et étalé observé au MET

bio3400.nicerweb.com

Le génome chloroplastique

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✭ ADN long de 70 à 200 kbquelques séquences répétées50 gènes de protéines + 4 gènes des ARNr (23S, 16S, 4,5S et 5S) en groupes répétés + 30 gènes d’ARNt

Le génome des mitochondries

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✭ ADN de taille très variable13 gènes de protéines + 2 gènes des ARNr + 22 gènes d’ARNt

Un exemple d’hérédité cytoplasmique

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✭

Transmission de la maladie LHON(neuropathie optique héréditaire de Leber)

Un exemple d’hérédité cytoplasmique

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