Cours de Biologie moléculaire de Licence professionnelle 2011

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1 Cours de Biologie moléculaire de Licence professionnelle 2011 Sommaire 1. Introduction 2.1. La structure de l ADN 2.2. La structure de l ARN 2.3. Du gène à la protéine La réplication La transcription La traduction

2 3. Biotechnologie de l ADN 3.1. Technologie de l ADN recombinant Isolation d ADN et d ARN Fragmentation de l ADN (les Endonucléases) Analyse d ADN sur d agarose et d acrylamide Les vecteurs plasmidiques (et la ligase) Transformations de bactéries Techniques d hybridation d acides nucléiques 3.2. Le séquencage 3.3. La réaction en chaîne en présence de polymérase (PCR)

3 La réplication : Synthèse d un fragment d ADN sur le brin tardif Intervention de : - la primase - l ADN polymérase III - l ADN polymérase I - la ligase

4 La réplication de l ADN : La synthèse d une nouvelle molécule d ADN Il se forme une liaison entre le phosphate alpha du carbone 5 du dntp et le groupement 3 -OH du pentose à l extrémité de la chaîne.

5 La transcription : Synthèse d une molécule d ARN par l ARN polymérase -elle repère un site d initiation, le promoteur, - s attache à l ADN, - écarte les deux brins et - amorce la synthèse d un nouveau brin jusqu à - rencontrer un signal de terminaison.

6 La transcription : Le signal de terminaison L ARN adopte une structure secondaire qui provoque le détachement de la polymérase. Il s agit d une séquence autocomplémentaire qui forme une épingle à cheveux.

7 La transcription : le rôle du promoteur L ARN polymérase s attache à l ADN au niveau du promoteur promoteur Protéines régulatrices de l expression génique ou facteurs de transcription Les TF peuvent bloquer, déclencher ou modifier la vitesse de la transcription.

8 La transcription : modifications des extrémités de l ARN eucaryotes 7-méthylguanylate Les ARNm subissent deux modifications aux extrémités: - l addition du cap méthylé au 5 et - l addition d une queue polya au 3 extrémité 5

9 La transcription : La maturation de l ARN eucaryote L ARN primaire eucaryote possède des régions dépourvus de fonction codante, les introns. introns exon Dans le noyau, les introns sont excisés. L ARNm composé d une séquence codante non interrompue quitte le noyau.

10 La transcription : Comparaison d ARNm procaryote et eucaryote A ARNm procaryote (polycistronique) opéron B protéines destinées à la même fonction métabolique ARNm eucaryote (monocistronique) A : plusieurs gènes sont sous contrôle d un seul promoteur B : chaque gène possède un site d amorçage propre

11 La traduction : Structure de l ARNt Structure repliée (en "feuille de trèfle«) d une molécule d ARNt Chaque ARNt porte qu un des 20 acides aminés.

12 La traduction : Deux «adaptateurs»traduisent le code génétique Acide aminé (tryptophane) Aminoacyl-ARNt synthétase spécifique du tryptophane ARNt spécifique du tryptophane Premier adaptateur : l enzyme aminoacyl-arnt synthétase qui associe un acide aminé donné avec son ARNt correspondant. Deuxième adaptateur : la molécule d ARNt qui porte un acide aminé donné s apparie avec la séquence nucléotidique (codon) spécifique.

13 Petit glossaire génétique : Code génétique : manière dont les séquences nucléotidiques codent l information pour produire des protéines. Codon : Triplet de nucléotides qui spécifie ou code l information pour un seul acide aminé. 61 codons spécifient les acides aminés utilisés pour fabriquer les protéines et trois codons, appelés codons stop, signalent la terminaison de l élongation de la chaîne polypeptidique. Anticodon: la séquence de trois bases nucléotidiques dans un ARNt qui est complémentaire de la séquence d'un codon d'arnm mature. Un triplet nucléotidique de la molécule d'arnt s'apparie avec un codon particulier de l'arnm au sein du ribosome de telle sorte que l'acide aminé lié à l'arnt soit ajouté au polypeptide en croissance. Cadre de lecture : enchaînement de triplets nucléotidiques pouvant coder pour un peptide

14 La traduction : Le code génétique Le code génétique est dégénéré; il y a 61 codons pour 20 acides aminés. Pour quelques AA il y a plus d une molécule d ARNt. Quelques ARNt tolèrent un appariement non précis à la troisième position du codon (wobble-code).

15 La traduction : Modèle tridimensionnel d un ribosome bactérien fonctionnel L ARNr se combine à une série de protéines pour former un ribosome.

16 La traduction : Phase d initiation de la synthèse protéique chez les eucaryotes -l initiator ARNt se fixe sur la petite sousunité ribosomale -le complexe reconnaît le cap et s associe à l ARNm -il se déplace le long de la chaîne et s arrête au premier AUG -la grande sous-unité se fixe à la petite pour former un ribosome complet.

17 La traduction : Phase d élongation de la synthèse protéique sur un ribosome L élongation consiste de cycles répétitives de trois étapes successives : (1) (1) un aminoacyl-arnt se lient au codon (2) la chaîne polypeptidique est transférée sur l acide aminé suivant (3) le nouveau peptidyl-arnt est transloqué et le ribosome avance de trois nucléotides. Le premier ARNt est dissocié. (2) (3)

18 La traduction : Composition d un ribosome d eucaryote 60S 28S rrna 5.8S rrna 5S rrna 50 proteins 40S 18S rrna 35 proteins L ARNr représente environ 60% de la masse du ribosome.

19 La traduction : Les gènes organisateurs nucléolaire Le nucléole contient de grandes boucles d ADN qui proviennent de cinq chromosomes homologues (= 10). Chaque boucle contient un groupe de gènes d ARNr appelé organisateur nucléolaire.

20 La traduction : Fonction du nucléole dans la synthèse des ribosomes noyau nucléole protéines ribosomales fabriquées dans le cytoplasme cytoplasme petite sous-unité grosse sous-unité

21 La traduction : Micrographie électronique d une coupe de nucléole d un fibroblaste nucléoles composant fibrillaire dense composant granulaire centre fibrillaire peu dense Noyau entier Nucléole à haute résolution

22 La traduction : Le polyribosome La liaison de nombreux ribosomes à une seule molécule d ARNm engendre une structure particulière, le polyribosome. Chez les bactéries, plusieurs ribosomes se fixent à une seule molécule d ARNm déjà avant la fin de sa transcription.

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