ORGANISATION MOLÉCULAIRE DES GÈNES ET RÉPLICATION DE L ADN

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1 ORGANISATION MOLÉCULAIRE DES GÈNES ET RÉPLICATION DE L ADN

2 I- Définition moléculaire du gène Génos qui donne naissance Classe II (structure) Classe III Classe I Gène A Gène B Gène C mrna trna rrna 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 Eucaryotes Homme II- Organisation des gènes 1- Virus = particules infectieuses - acide nucléique (DNA ou RNA) - capside protéique - enveloppe (membrane ) Compactage ++

3 - parasites obligatoires (produisent pas d énergie, pas de synthèse protéique) - infection des bactéries (bactériophages), plantes, animaux hommes (spécificité d espèces, cellulaires) Ex1 Bactériophages BactériophageT Destruction chromosome de l hôte Phage T E. Coli adsorption DNA E.coli DNAdb du phage (20kb) Pénétration du DNA Réplication du DNA + expression moléculaire Protéines virales Libération des virus Cycle lytique multiplication

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

5 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 Infection par un rétrovirus ADN monocaténaire ADN db viral ARN viral ARN Synthèse de protéines rétrovirus Transcriptase inverse ADN chromosomique de l hôte ADN mrna viral ADN viral ADN db

6 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 Lymphocytes T4 membrane Transcriptase inverse ARN viral Autre exemple : rétrovirus tumorigènes (virus du sarcome de Rous : responsable du sarcome du poulet = oncogènes) ADN db Gènes cellulaires = proto-oncogènes oncogènes (ex gène src : tyrosine kinase)

7 2- génome bactérien DNA chromosomique = DNA db circulaire (4700 kb, 1,7 mm) 2 µm DNA extrachromosomique = plasmides Gènes de résistance Vecteur de gènes 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 n n n Gamètes ou cellules germinales Spermatozoïde + ovule Cellule 2 n Développement d un organisme Expression différentielle des gènes

8 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 Gènes morcelés - séquences des télomères Ex: gène de l ovalbumine A 1 B 2 C 3 D 4 E 5 F 6 G 7 Introns (80%) exons Autre ex : gène du collagène de type I (>50 introns) Séquençage du génome : 3 milliards pb, gènes. DNA extra-chromosomique DNA des mitochondries et des chloroplastes (cellules végétales) = DNA circulaire

9 4 - différentes formes topologiques du DNA Les différents niveaux de structure Structure primaire (séquence en AA) Protéines Structure secondaire (hélice α ou feuillet plissé ß) Structure tertiaire (repliement) Structure primaire (séquence nucléotidique) DNA Structure secondaire (double hélice) Structure tertiaire (super-enroulement) Exemple : combiné téléphonique super-enroulement enroulement Cas du DNA Topo-isomérase Topo-isomérase DNA relaché DNA super-enroulé Association DNA + protéine (histones) = chromatine

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

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

12 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 base PPi base C h a î n e γ ß α base - DNA polymérase III Rque : Réaction de polymérisation en chaîne (PCR) et Taq polymérase base m a t r i c e

13 T A G T A G C T A G C A A T C dgtp PPi A T C G dttp PPi A T C G T P P OH P P P OH P P P P OH La réplication chez les eucaryotes Identique : bidirectionnelle, sens Différence : multiples points d initiation, discontinue pour l un des brins, avec amorce Points d initiation 2n G2 M Synthèse de DNA 4n S G1 2n

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