BIOLOGIE MOLECULAIRE ET EXERCICES

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1 SCEANCE 4 BIOLOGIE MOLECULAIRE ET EXERCICES LA REPLICATION Nous avons vu lors de la séance précédente de biomol les caractéristiques de l ADN et des différents ARN. Nous allons aujourd hui voir la réplication. La réplication est la duplication du contenu en ADN d une cellule. Elle est semi conservative c est-àdire que chaque brin d ADN parental sert de matrice pour la formation d un nouveau brin complémentaire. Chaque molécule bicaténaire fille renferme donc un brin parental et un brin néosynthétisé. La synthèse est bidirectionnelle et asymétrique. Elle a lieu sur les 2 brins de l ADN après ouverture de la molécule d ADN. La synthèse est polarisée et ne peut se réaliser que dans le sens 5 ->3 Les 2 brins parentaux étant anti parallèles, la croissance des brins néosynthétisés se fait de façon continu sur un brin et discontinu sur l autre brin. Pour le brin qui se fait de façon discontinu, un petit

2 fragment (nommé fragment d Okazaki) est synthétisé puis on revient en arrière pour synthétiser la suite (cf plus bas). A) Schéma de la réplication 1) Initiation Il y a tout d abord une synthèse d amorce d ARN. Ce sont de courtes séquences complémentaires de l ADN matrice synthétisés par des primases qui sont des ARN polymérases ADN dépendantes. (c està-dire qu elles fabriquent de l ARN en prenant pour modèle de l ADN). Des molécules appelées hélicases ouvrent au fur et à mesure la fourche de réplication. Les régions d ADN devenus simple brins sont stabilisé par des protéines SSB (single strand binding). Il y a recrutement d enzymes nécessaires à la réplication. 2) Elongation Synthèse des 2 molécules d ADN fille par un complexe de plusieurs protéines 3) Terminaison Elle a lieu à l extrémité 5 de la molécule d ADN matrice,en présence de protéines spécifiques.

3 B) Les différentes polymérases Les polymérases sont des protéines capables d enchainer des nucléotides pour former de l ADN ou de l ARN. De nombreuses polymérases interviennent dans la réplication. 1) 3 types d activités polymérasiques : Activité polymérasique 5 -> 3 c est l activité de base pour l élongation. Activité exonucléasique 5 -> 3 permet à l enzyme de poursuivre sa progression lorsqu elle rencontre une extrémité 5. C est pour le déplacement de coupure. Activité exonucléasique 3 ->5, polymérase dites de relecture, autocorrection. Il est en direction inverse des autres pour revenir en arrière en cas de problème pour permettre l excision du nucléotide mal apparié et de recommencer. 2) Les ADN polymérases eucaryotes (vous verrez également rapidement les ADN polymérases chez les procaryotes en cours). Polymérase α/primase : elle ne possède pas d activité d autocorrection (elle est donc peu fidèle). Elle possède une double activité ADN et ARN polymérasique et forme un hybride, qui sert d amorce à la polymérase ᵹ qui assure l élongation Polymérase ᵹ possède une activité d autocorrection d épreuve. Son rôle est d assurer l élongation de l ADN lors de la réplication. Elle n a d activité notable qu en présence de la protéine PCNA. Polymérase ε : elle a une haute processivité (incorpore rapidement des nucléotides), assure l élongation comme la polymérase ᵹ. Elle possède une activité d autocorrection et est active même en l absence de PCNA

4 3) Déroulement de la réplication Initiation par la reconnaissance d une séquence spécifique de l ADN par une protéine T. Ouverture de la double hélice par l hélicase RPA se fixe sur l ADN simple brin, ce qui permet l association de la polymérase α/primase avec l ADN Synthèse d une amorce d ARN Polymérase α/primase est chassée par RFC Fixation d un trimère de PCNA Le complexe RFC/ PCNA permet la fixation de la polymérase ᵹ/ε qui réplique l ADN Pour le brin retardé : Il y a synthèse de brin de fragments d okasaki. A la fin de l a synthèse d un fragment d okazaki, il rencontre l amorce du fragment d okazaki précédent. L amorce ARN et le court fragment d ADN généré par l ADN poymérase α vont être retirés grâce à l action d une RNAse H. La lacune engendrée par ce retrait vas être comblée par la polymérase ᵹ/ε. La cassure est supprimée par une ADN ligase.

5 CORRECTION DES EXERCICES Exercice 1 : Répondez aux QCM ci-dessous concernant les séances de biomol. 1) Concernant les composants de l ADN A) Un nucléoside = nucléotide + acide phosphorique B) Cytosine, thymine et uracile sont des bases puriques C) L uracile est pour les ARN alors que la thymine est pour l ADN D) A et T sont reliés par 3 liaisons hydrogènes E) C et G sont reliées par 3 liaisons hydrogènes. 2)A propos de l ADN A) Un nucléotide est relié au nucléotide précédent (sur le même brin) par une liaison hydrogène B) On lit toujours un brin d ADN dans le sens 5 -> 3 C) L ensemble des compactions permet de compacter 100 fois l ADN D) Le nucléosome est un complexe formé de 8 protéines et d ADN entouré autour E) Aucunes des réponses ci-dessus n est exacte. 3)Les ARN A) Les ARN ont le même ose que les ADN B) Les ARNr forment avec des protéines le ribosome. C) les ARNr forment dans l espace une feuille de trèfle D) l ARNm est tout d abord synthétisé sous forme d un transcrit primaire ou pré messager. E) aucunes des réponses précédentes n est exactes. 4) Dans la réplication A) La synthèse est bidirectionnelle et symétrique B) Les fragments d okazaki sont synthétisés sur le brin retardé C) Il existe 2 type d activité polymérasique : exonucléasique 3 -> 5 et exonucléasique 5 -> 3 D) il existe une polymérase spécifique pour l ADN mitochondriale E) aucune des réponses précédentes n est exacte. Exercice 2 : Dessiner les molécules suivantes : Adénosine Thymine Guanosine-5 -diphosphate

6 Exercice 3 : Concernant le schéma ci-dessous, nommer les processus numérotés de 1 à 14. LIPIDES GLUCIDES PROTEINES Triglycéride Glycogène Acide gras Glucose 3 Protéine Acide Aminé 1 : 2 :. 3 :. 4 :. 5 :. 11 Pyruvate 4 5 Lactate 6 :. 7 :. 8 :. Corps cétoniques Cholestérol Acetyl-CoA Cycle de Krebs 9 :. 10 :. 11 :. 12 :. Chaine respiratoire 8 ENERGIE 13 :. 14 :. Exercice 4 : Caractériser énergétiquement les 4 réactions symbolisées ci-dessous. (Réaction exergonique/endergonique? Produit/réactif plus stable? G > ou < à 0?)

7 Exercice 5 : Répondez aux 5 QCMs suivants concernant les séances de biochimie : Concernant les glucides, réponse(s) exacte(s) : a. Le fructose est un pentose b. L amidon est un hétéroside c. Le saccharose est composé de deux molécules de glucose d. Le glycogène est un polymère d unités de glucoses liés par des liaisons peptidiques Concernant la liaison phosphodiester, réponse(s) exacte(s)? a. Elle lie deux acides aminés entre eux b. Elle lie deux nucléosides entre eux c. C est une liaison ester d. C est une liaison amide Concernant les vitamines, réponse(s) exacte(s) : a. Les vitamines liposolubles sont les vitamines A, D, E et C b. La carence en vitamine C peut conduire au scorbut c. La vitamine K est un anti-coagulant d. La vitamine D est un puissant anti-oxydant Concernant les voies du métabolisme énergétique, réponse(s) exacte(s) : a. Les glucides, les lipides et les vitamines sont des substrats énergétiques b. L utilisation des acides aminés comme substrat énergétique est permanente c. L ensemble de leurs réactions se déroule dans la mitochondrie d. La production d énergie sous forme d ATP n est réalisée exclusivement qu au cours de la chaîne respiratoire La transformation de l acide glutamique en glutamine est une réaction endergonique. Quelle(s) affirmation(s) peut-on faire? a. L acide glutamique est plus stable énergétiquement que la glutamine b. La variation d énergie libre de cette réaction (G) est positive c. Elle est dite : thermodynamiquement impossible d. On peut la coupler à une réaction exergonique pour qu elle se fasse

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