ORGANISATION MOLÉCULAIRE DES GÈNES ET RÉPLICATION DE L ADN.

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ORGANISATION MOLÉCULAIRE DES GÈNES ET RÉPLICATION DE L ’ADN

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ORGANISATION MOLÉCULAIRE DES GÈNES ET RÉPLICATION DE L ’ADN

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I- Définition moléculaire du gène

Gène A Gène B Gène C5 ’ 3 ’

3 ’ 5 ’

mRNA tRNA rRNA

Protéines

“ Génos ” qui donne naissance

Génome = ensemble des gènes d ’un organisme

Localisation : chromosomes = ADN taille variable (procaryotes ≠ eucaryotes)

organisme Paires de base (en millier ou kb) Longueur (µm)

virusVirus du polyome 5, 1 1,7 BactériesE. coli 4700 1760 EucaryotesHomme 2 900 000 990 000

II- Organisation des gènes

1- Virus = particules infectieuses

- acide nucléique (DNA ou RNA)

- capside protéique

- enveloppe (membrane )

Compactage ++

Classe II (structure) Classe III Classe I

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- parasites obligatoires (produisent pas d ’énergie, pas de synthèse protéique)

- infection des bactéries (bactériophages), plantes, animaux hommes (spécificité d ’espèces, cellulaires)Ex1 Bactériophages

BactériophageT

E. Coli

Phage T

DNAdb du phage (20kb)

DNA E.coli

adsorption

Pénétration du DNA

Destruction chromosome de l ’hôte

Protéines virales

Réplication du DNA + expression moléculaire

multiplicationLibération des virus

Cycle lytique

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Ex 2 : virus de l ’hépatite B = virus à DNA

E. Coli

Phage

DNAdb du phage

DNA E.coli

Bactériophage

Cycle lysogène

division

Brin long (3,2 kb) = brin - (= brin matrice)

DNA db partiel = 5kb (≠ DNA virus herpes = 100 kb)

Brin court = brin +(= brin codant)

Capside protéique (HBc)

Enveloppe (HbS)

Infecte les hépatocytes

Ex : UV

Cytolyse

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Ex 3 : Virus à ARN (cas des rétrovirus)

Définition : ARN monocaténaireTranscriptase inverse (rétro-transcriptase)

ADN db

ARN Hybride ADN-ARN

Transcriptase inverse

ADN monocaténaire

Transcriptase inverse

ADN db viral

rétrovirus

ARNTranscriptase

inverse

Infection par un rétrovirus

ADN chromosomique de

l ’hôte

ARN viral

ADN

ADN dbADN viralmRNA viral

Synthèse de protéines

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Exemples de rétrovirus : le VIH (virus de l ’immunodéficience humaine) responsable du SIDA(Syndrome de l ’Immuno Déficience Acquise)

Structure du virus

membrane

gp120

ARN viral

Transcriptase inverse

gp41

Interaction cellule hôte -VIH

Lymphocytes T4 membrane

Récepteur CD4

ARN viral

ADN dbTranscriptase

inverse

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)

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2- génome bactérien

DNA chromosomique

= DNA db circulaire

(4700 kb, 1,7 mm)2 µm

DNA extrachromosomique

= plasmides

3 - génome eucaryote

Gènes de résistance

Vecteur de gènes

DNA linéaire : longueur dans une cellule humaine ± 2m Compactage +++

Cellule pré-méiotique

1ère division méiotique (réductionnelle)

2n 2n

2n

n n n n

2ème division méiotique (équationnelle)

Chez l ’homme : 46 chromosomes (23 x 2 : cellules somatiques)

Cellules germinales : 23 chromosomes

Gamètes ou cellules germinales

Spermatozoïde + ovule Cellule 2 n Développement d ’un organisme

Expression différentielle des gènes

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Les chromosomes

Bras p

Bras q

télomères

télomères

centromère

Caryotype humain

chromatides

chromosome

Séquences uniques codantes = gènes de structure (protéines, ARN)

Séquences répétitives : - DNA satellite non codants :centromère

- séquences des télomères

Séquences régulatrices (interaction ADN + facteurs protéiques)

3 ’ 5 ’

5 ’ 3 ’A B C D E F G1 2 3 4 5 6 7

Gènes morcelés

Introns (80%) exons

Ex: gène de l ’ovalbumine

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

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4 - différentes formes topologiques du DNA

Protéines

Structure primaire (séquence en AA)

Structure secondaire (hélice ou feuillet plissé ß)

Structure tertiaire (repliement)

DNA

Structure primaire (séquence nucléotidique)

Structure secondaire (double hélice)

Structure tertiaire (super-enroulement)

Exemple : combiné téléphonique

enroulementsuper-enroulement

Topo-isomérase

DNA super-enroulé

Cas du DNA

Topo-isomérase

DNA relaché

Les différents niveaux de structure

Association DNA + protéine (histones) = chromatine

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III - Réplication du DNA

Cellule mère

Cellules filles : même patrimoine génétique

Réplication selon un mode semi-conservateur (Meselson et Stahl 1957)

E.coli

15NH4ClDNA avec 15N = DNA“lourd”

ADN parental DNA “lourd” 15N

DNA hybride

E.coli 14NH4Cl DNA avec 14N

Molécules filles à la première génération

Molécules filles à la deuxième génération

DNA hybride

DNA“léger”

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Mécanisme de la réplication (chez les procaryotes)

origine

origine

Fourche de réplication

Fourche de réplication

bidirectionnelle

Où débute la réplication ? Dans quel sens ?

5 ’

3 ’

5 ’

3 ’

hélicase

5 ’

3 ’Direction du mouvement de

la fourche de réplication

5 ’

3 ’

Brin directeur

Brin retardé

Fragments d ’Okazaki1

2

3

DNA ligase

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Mécanisme biochimique de la réaction d ’élongation

Chaîne amorce

ß

Chaîne matrice

base

base

PPi

Chaîne matrice

base

base

(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

- DNA polymérase III

3 ’

5 ’

5 ’

3 ’

Rque : Réaction de polymérisation en chaîne (PCR) et Taq polymérase

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dGTP PPiA T C

T A G

P P OH

5 ’3 ’

P P

A T C

T A G

P OH

G

C

dTTP PPi

P P

A T C

T A G

P

G

C

T

A

P OH

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

G1

M

S

G2

Synthèse de DNA2n

4n

2n