L’Avènement de la

Biologie Moléculaire

A - 1941 : Une relation entre gène et enzyme

Précurseur ornithine citruline arginine e3 e2 e1

Ils établissent ainsi l’idée d’une relation entre gène et enzyme, donc entre gène et protéine.

Georges Beadle

Edward Tatum

Georges Beadle et Edward tatum travaillent sur la capacité d’une moisissure (Neurospora crassa) à synthétiser un acide aminé : l’arginine. Ils obtiennent, par mutagénèse dirigée (en utilisant des rayons X), des souches mutantes présentant chacune une déficience enzymatique qui empêche les cellules de catalyser une étape de cette voie de biosynthèse.

Type de souche

Milieu minimum (Mm)

Mm + ornithine

Mm + citruline

Mm + arginine

Sauvage + + + +

Mutant 1 - - - +

Mutant 2 - - + +

Mutant 3 - + + +

B - 1944 : La nature chimique du matériel génétique

Dès 1928, l’anglais Griffith démontre qu’une substance extraite d’une souche bactérienne (S) peut modifier le patrimoine génétique d’une autre souche (R).

En 1944, trois américains, Avery, Mac Leod et Mac Carhy, démontrent que, parmi toutes les molécules présentes dans un extrait de bactéries S, seul l’ADN peut induire la transformation héréditaire de bactéries R en bactéries S. La composition chimique de l’ADN est connue depuis 1929.

Oswald AveryColin Mac Leod Maclyn Mac Carhy

C - 1953 : La structure de l’ADN

En 1949, après l’analyse de la composition de l’ADN de plusieurs espèces E. Chargaff édita sa règle :

A = T et G = C exprimée aussi par la formule : A + G = T + C

1950 – 1952 , le biophysicien Maurice Wilkins et la chimiste Rosalind Franklin analysent des clichés de cristaux d’ADN obtenus par diffraction des rayons X et en tirent des informations capitales : la molécule d’ADN est hélicoïdale et comprend plusieurs chaînes de nucléotides. Les groupes phosphates sont à l’extérieur et les bases azotées occupent une position centrale.

1953, J.D. Watson et F. Crick regroupent un ensemble de données physicochimiques et proposent un modèle pour la structure de l’ADN. C’est une double hélice formée de deux chaînes polynucléotidiques complémentaires maintenues ensemble par des liaisons hydrogènes. Ils suggèrent immédiatement un mécanisme possible de réplication. Ils reçoivent le prix Nobel en 1962 avec M. Wilkins pour leur découverte.

D - 1957 : Le mode de réplication de l’ADNFranklin W Stalh

Avant Meselson et Stahl trois modèles de doublement de l’ADN étaient proposés.

Ces deux chercheurs de l’institut de technologie de Californie tranchent parmi les 3 hypothèses concernant ce processus de doublement : la réplication de l’ADN s’effectue suivant un mode semi-conservatif. Chaque brin de la double hélice d’ADN initiale sert de modèle à la construction d’une nouvelle molécule d’ADN, en respectant la complémentarité des bases. Des bactéries cultivées depuis longtemps en présence de molécules azotées 15N sont repiquées sur un milieu contenant des molécules azotées 14N et permettant la synchronisation des divisions. Des fractions sont prélevées après différents temps correspondant à 1, 2, 3, ... divisions. L'ADN est extrait, placé dans la solution de chlorure de Césium et centrifugé 24 H à 100 000 g. La position des ADN est repérée par une mesure de la densité optique.

Matthew Meselson

Représentation schématique de la population de fragments d'ADN au cours des générations. Après la 1ère génération tout l'ADN est "hybride" et constitué d'un brin "lourd" (15N) et d'un brin "léger" (14N).

Position des différentes bandes d'ADN au cours du temps. Les chiffres donnent le nombre de divisions.

E - 1961: la découverte de l’ARN messager

En 1961, plusieurs observations ont conduit à proposer l’existence d’un intermédiaire entre gènes et protéines : l’ARNm. Par exemple, on sait qu’après infection par un bactériophage, une bactérie synthétise de nouvelles protéines : celles du phage. Ce processus s’accompagne de la production d’une petite quantité d’ARN dont la composition correspond à l’ADN du phage. Deux séries d’expériences vont démontrer formellement l’existence et le rôle de des ARNm. Brenner, Jacob et Meselson montrent que, lorsqu’une bactérie synthétise de nouvelles protéines, on observe la présence d’ARN nouvellement synthétisés sur des ribosomes plus « anciens », où la synthèse des nouvelles protéines est en cours. Simultanément, F. Gros et J. D. Watson marquent pendant un temps bref les ARN bactériens avec des précurseurs radioactifs, puis les séparent suivant leur taille et suivant leur liaison ou non aux ribosomes. Ils montrent ainsi qu’il existe une population hétérogène d’ARN à courte durée de vie, qui se fixent sur les ribosomes et permettent la synthèse des protéines.

Ces trois biologistes français montrèrent que l’ARN messager joue un rôle d’intermédiaire entre l’ADN et la synthèse des protéines. Ils sont les premiers à proposer un modèle moléculaire de l’expression des gènes, ce qui leur vaudra le prix Nobel en 1965.

La transcripti

on de l’ADN

F - 1961 : de l’ARN m à la protéineUne preuve expérimentale du code à trois lettres

Le système de correspondance entre ADN et. Protéines, ou code génétique est d’abord un concept élaboré par F. Crick et G. Gamov avant d’être validé par l’expérience. L’étude du bactériophage T4 muté pour le gène rII a apporté la preuve expérimentale qu’un triplet de nucléotides code un acide aminé. L’addition ou la perte d’un ou deux nucléotides dans la séquence du gène rII entraîne la production d’une protéine non fonctionnelle alors que l’addition ou la perte de trois nucléotides permet de reformer une protéine active.

1961: le déchiffrage du code génétique Nirenberg et Matthaei réalisent une

expérience qui ouvre la voie au déchiffrage du code génétique. Ils mettent au point une méthode de synthèse protéique avec des extraits d’Escherichia coli, de l’ATP, les 20 acides aminés et un ARN messager synthétique. En utilisant un ARN de synthèse poly U, poly A ou poly C, ils obtiennent respectivement un polymère de phénylalanine, de lysine ou de proline. Khorona et son équipe finissent ensuite le déchiffrage du code avec des ARN messagers synthétiques.

Le code génétique est entièrement décrypté en 1966.

FIN