Chapitre 1 - Les génomes procaryote et eucaryote

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1 Partie Biologie IA -- Partie Le IV - La biodiversité et sa dynamique A - Génomique structurale et fonctionnelle Chapitre 1 - Les génomes procaryote et eucaryote

2 1. L information génétique portée par l ADN 2

3 L ADN : rappel Une double hélice formée par : - un axe pentose-phosphate = squelette stable indépendant de la séquence - des bases azotées en une séquence spécifique 3

4 L ADN : rappel 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 4

5 Les pneumocoques Bactéries Streptococcus pneumoniae (= pneumocoques) colonies rugueuses (rough R) colonies lisses (smooth S) bactéries à capsule 5 bactéries sans capsule

6 L ADN porte l information génétique Expérience de Griffith (1928) sur les pneumocoques Cytosol de bactéries S webapps.fundp.ac.be Expérience de Avery, Mac Leod et Mac Carthy (1944) + protéase + ARNase + ADNase Ajout dans une culture de bactéries R transformation 6 pas de transformation d après edu.upmc.fr

7 La transformation bactérienne ADN 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. 7

8 Noyau et information génétique des eucaryotes 8

9 La transmission de l ADN à l identique Une bactérie E.coli lac - Amp S mise en culture des millions de bactéries E.coli lac - Amp S répliques sur velours toutes les bactéries sont E.coli lac - Amp S sauf 1 colonie devenue Amp R fréquence de variants très faible : 10-6 à

10 La duplication de l ADN Principe universel 10

11 Différents types de séquences - 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 brin abscisses = log du produit de la concentration initiale de l ADN en mol.l -1 par le temps écoulé en s : C0t

12 Les séquences codantes E.coli Levure Arabette Homme taille du génome en 10 6 pb 4, nombre de gènes % de fraction codante 88 % 68 % 29 % 1,4 % 12

13 La synthèse protéique : mécanisme universel Transcription Traduction 13

14 Le séquençage : méthode de Sanger Principe : une copie de l ADN à séquencer est réalisée en présence d un di-désoxynucléotide phosphate qui bloque la polymérisation 14 site snv.jussieu

15 Lecture de la séquence 15 bioinfo.org.cn

16 Automatisation du séquençage séparation des brins synthétisés par chromatographie lecture de l ADN marqué par fluorescence A T C G 16

17 Méthode de Maxam et Gilbert (1) Hydrolyse ménagée par des réactifs spécifiques qui coupent à des bases précises. 17 Université de Montréal

18 Méthode de Maxam et Gilbert (2) le brin d ADN purifié à séquencer marquage au 32 P Tube1 : Traitement au sulfate de diméthyl + pipéridine => cassure du brin d ADN au niveau de G. 3 G dans la séquence => 3 brins écourtés possibles 18 Université de Montréal

19 Méthode de Maxam et Gilbert (3) Séparation des brins coupés par électrophorèse. 19 Université de Montréal

20 Les séquences codantes et non codantes 20

21 2. Organisation moléculaire du génome 21

22 Chromosome d Escherichia coli Observation au MET du chromosome bactérien étalé après éclatement du colibacille 22 Inserm

23 Séquences de chromosome bactérien séquences codantes (couleurs selon la fonction) OriC Génome de Hémophilus influenzae 23

24 Carte des opérons d E. coli Les opérons sont des groupes de gènes transcrits sur le même ARN et contrôlés par le même processus. 24

25 Les plasmides plasmide vu au MET futura-sciences.com 25

26 Le noyau des cellules eucaryotes Au microscope photonique Au microscope électronique hétérochromatine euchromatine nucléole acinus pancréatique Composition de la chromatine 30% ADN 5% ARN 30% protéines histones 25% protéines autres 26

27 Observation de l euchromatine fibre nucléosomique de 30 nm de diamètre nucléofilament de 11 nm de diamètre nucléosome = noyau d histone + ADN enroulé autour 27

28 Organisation structurale du nucléosome 28 Alberts

29 Le nucléosome Noyau du nucléosome = 8 histones igbmc.fr ADN 150 pb enroulées + 50 pb linker 29 Alberts les queues interviennent dans le compactage

30 La chromatine ADN Nucléofilament ADN raccourci d un facteur 7 Fibre nucléosomique = euchromatine nucléofilament raccourci d un facteur 6 Euchromatine = fibre nucléosomique enroulée en solénoïde, de diamètre 30 nm Hétérochromatine = repliement encore plus compact de la fibre nucléosomique. 30

31 Des boucles liées par un squelette protéique boucle condensée (microconvule) fibre nucléosomique La fibre nucléosomique est liée à une squelette protéique (scaffold) 31

32 La chromatine est liée sur un support protéique fibre de 30 nm 300 nm hétérochromatine euchromatine 32 Alberts

33 Bilan raccourcissement d un facteur 7 raccourcissement d un facteur 6 raccourcissement d un facteur 9 raccourcissement d un facteur 4 raccourcissement total d un facteur

34 Les 3 types de séquences 34

35 L ADN satellite des télomères Organisme Nature des répétitions Longueur du télomère Levure Saccharomyces cerevisae TGGG 400 pb Caenorhabditis elegans TTAGGC pb souris Mus musculus TTAGGG pb Arabidopsis thaliana TTTAGGG pb Homo sapiens TTAGGG pb Des séquences répétées très conservées 35

36 Les télomères, une architecture de stabilité protéines associées protéines TRF Les motifs répétés sont reconnus par des protéines TRF1 qui stabilisent l extrémité des chromosomes 36 journal.frontiersin.org

37 Les éléments transposables séquence longue = LINE : pb, riche en AT, copies séquence courte = SINE : 300 pb (séquence Alu), copies Un élément transposable est encadré par des séquences opposées 37

38 Principe de la transposition Le transposon est un élément d ADN qui peut se déplacer transposition de type «couper-coller» transposition de type «copier-coller» 38

39 Principe de la rétro-transposition Traduction 39

40 Les gènes des ARNr 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. 40

41 Les familles multigéniques chromosome 22 chromosome 16 chromosome 11 41

42 Des gènes morcelés : mise en évidence Micrographie d un appariement entre l ADN et l ARNm du gène d ovalbumine de poule boucle = ADN non codant = intron régions appriées = séquences codantes = exons 42 bio3400.nicerweb.com

43 Les gènes morcelés des eucaryotes 43

44 Le génome extra-nucléaire 200 nm Mitochondrie avec marquage de l ADN chromosome de chloroplaste isolé et étalé observé au MET 44 bio3400.nicerweb.com

45 Le génome chloroplastique ADN long de 70 à 200 kb quelques séquences répétées 50 gènes de protéines + 4 gènes des ARNr (23S, 16S, 4,5S et 5S) en groupes répétés + 30 gènes d ARNt 45

46 Le génome des mitochondries ADN de taille très variable 13 gènes de protéines + 2 gènes des ARNr + 22 gènes d ARNt 46

47 Un exemple d hérédité cytoplasmique Transmission de la maladie LHON (neuropathie optique héréditaire de Leber) 47

48 Un exemple d hérédité cytoplasmique 48