Eléments de biologie moléculaire et de microbiologie

Transcription

1 L3 Informatique, Option Bioinformatique, 2015 Eléments de biologie moléculaire et de microbiologie Samuel Blanquart, chargé de recherche Inria Equipe Bonsai http :// http ://bioinfo.lifl.fr/

2 Recopier l ADN : la réplication Le replisome, complexe d enzymes assurant la copie de l ADN en ADN : Les origines de réplication sont les régions du génome dédiées à l initiation de la réplication. Les yeux de réplication, extensions de la réplication :

3 Recopier l ADN : la transcription La transcription est la recopie d un gène (ADN) en un ARN messager (ARNm ou transcrit). On parle aussi d expression du gène : Initiation de la transcription et élongation du transcrit :

4 Régulation de la transcription La formation du complexe initiateur de transcription est régulée. Les facteurs activateurs (protéines) peuvent se fixer aux motifs enhancer de la région promotrice, et favoriser la transcription. Les facteurs inhibiteurs peuvent se fixer aux motifs silencer du promoteur, et empêcher la transcription.

5 Organismes : les virus Les virus possèdent des génomes à ADN ou à ARN, simple brin ou double brin. Les rétro-virus sont capables d insérer leur génome (ARN simple brin, ou ADN double brin) dans le génome de leur hôte. Les virus à ADN double brin et leurs hôtes :

6 Le virus : un organisme complet Corps (ou virion) et génome du virus Ebola (famille des Filoviridae), diamètre 80 nm, génome de bases et 7 gènes :

7 Cycle de vie d un virus a : fixation à la membrane de la cellule hôte. b : endocytose (enveloppement par la membrane de l hôte). c : réplication du génome et synthèse des protéines virales. d : assemblage de la capside et de l ADN/ARN viral. e : relargage des particules virales.

8 Les virus géants : megavirus et pandoravirus Taille des virus comparée à celle des cellules bactériennes et eucaryotes : Bactéries : de 700 à 5000 gènes environ, génome de 1 à 5 Mbp. Pandoravirus : environ 2500 gènes (ORF), génome 2,5 Mpb.

9 Organismes : les bactéries Organismes unicellulaires, libres ou pouvant s associer sous forme de biofilm bactérien. Présentes dans tous les écosystèmes, dont l hôte humain (bactéries pathogènes ou auxiliaires).

10 L enveloppe des bactéries La membrane plasmique : Le mur cellulaire et la capsule :

11 Exemple d organelles bactériens Les flagelles, mobilité : Les pili, adhésion aux supports, mobilité, conjugaison :

12 Echange de matériel génétique chez les bactéries Entre générations, par reproduction assexuée ou clonale (croissance de la bactérie, réplication du génome, puis division cellulaire). Par transferts horizontaux (HGT) depuis d autres espèces : La conjugaison, échange de plasmide entre deux bactéries :

13 Métabolismes bactériens et chemins métaboliques Phototrophe, photosynthèse ; Cyanobacteria, Chlorobi (Green sulfur bacteria), Chloroflexi, Rhodobiaceae (Purple bacteria). Lithotrophe, composés inorganiques (nitrate, sulfure, méthane...) ; Thermodesulfobacteria, Hydrogenophilaceae, Nitrospirae. Organotrophe, composé organiques (sucres...) ; Bacillus, Clostridium, Enterobacteriaceae :

14 Bactéries pathogènes et antibiotiques

15 Bactéries pathogènes et antibiotiques

16 Organismes : les eucaryotes Unicellulaires ou pluricellulaires, autotrophes (algues et plantes) ou hétérotrophes (champignons, animaux). Libres ou parfois parasites obligatoires. Ecosystèmes oxygènés.

17 Maturation des ARNm chez les eucaryotes Le transcrit primaire (l ARN pré-messager, ARNpm ou pmrna) est composé d introns et d exons. Les introns sont éliminés durant le processus d épissage (modifications post-transcriptionnelles). Des transcrits alternatifs peuvent être produits. Les transcrits alternatifs sont traduits en protéines.

18 Maturation des ARNm, le spliceosome Le spliceosome est un complexe formé de protéines et d ARN fonctionnels (les small nuclear RNA ou snrna). Le spliceosome se fixe sur un des introns d un transcrit grâce aux sites donneurs (motif GT) et accepteurs (motif AG) d épissage. La région intronique est excisée de l ARNpm.

19 La synthèse des protéines chez les eucaryotes Noyau : transcription des gènes en ARNpm, régulation par les ARN interférant (small interfering RNA ou sirna) maturation et exportation des ARNm matures. Réticulum endoplasmique rugeux : traduction des ARNm en protéines. Appareil de Golgi : maturation des protéines (modifications post-traductionnelles).

20 Métabolisme : les mitochondries et la respiration Les mitochondries possèdent et expriment leur propre génome vestigial. Elles résultent de l endosymbiose d une protéobactérie chez l ancêtre des eucaryotes. Les mitochondries réalisent la respiration :

21 Métabolisme : les chloroplastes et la photosynthèse Les chloroplastes possèdent et expriment un génome vestigial. Ils résultent de l endosymbiose d une cyanobactérie chez l ancêtre des algues vertes. Les chloroplastes réalisent la photosynthèse :

22 Le cytosquelette, forme et transport Maintient de la structure et déformation de la cellule. Mobilité des organelles, vésicules et chromosomes.

23 La réplication de la cellule, ou mitose La mitose crée, à partir d une cellule mère, deux cellules filles dont les génomes sont identiques (aux mutations près). Les centrioles et des microtubules séparent les chromosomes au niveau de l équateur de la cellule, et les déplacent vers les pôles.

24 La reproduction sexuée et la meiose Une génome diploïde possède chaque chromosome en deux exemplaires différents, dits paire de chromosomes homologues. La phase 1 de la meiose sépare aléatoirement les chromosomes d une paire homologue dans l une et l autre des cellules filles. Des évènements de recombinaison homologue permettent des échanges de chromatine entre deux chromosomes homologues.

25 La reproduction sexuée et la meiose On a obtenu deux cellules filles haploïdes (à n chromosomes) où les paires homologues ont été séparées. Les chromatides de chaque chromosome sont ensuite séparées. On obtient enfin 4 cellules haploïdes dont les génomes sont différents et qui produiront les gamètes.

26 Les différents cycles de vie, exemple des algues Durant sa phase haploïde ou haplophase, un individu possède un génome à n chromosomes. Durant sa phase diploïde ou diplophase, un individu possède un génome à 2n chromosomes (n paires homologues).

27 Les eucaryotes unicellulaires Tous les écosystèmes, sol, océan, etc. ; Solitaires ou communautaires, symbiotiques ou parasites ; Autotrophes (protistes, protozoaires) ou hétérotrophes (algues brunes, rouges, vertes). Certain possèdent d autres types d endosymbiotes/plastes que les mitochondries et les chloroplastes. Par exemple, l apicoplaste des Apicomplexes (Alveolata) est une algue unicellulaire issue d une endosymbyose secondaire.

28 Les pluricellulaires, plantes, champignons, animaux L organisme est constitué de plusieurs cellules. Toutes ont le même génome et sont issues d une cellule initiale ou zygote. Les cellules de l organisme se spécialisent en fonction du tissus / organe dont elles font partie (intestin, muscles, tissus nerveux, etc.). Selon les tissus, les gènes sont exprimés différemment. Exemple des Copépodes (Metazoa) :

29 Les métazoaires, ou animaux Exemple de Caenorhabditis elegans (ver nématode). Organes et anatomie : L embryogénèse : du zygote à la forme adulte :

30 Régulation de l embryogénèse chez les métazoaires Durant l embryogénèse, les différents gènes homeobox contrôlent la différenciation cellulaire dans les différents segments du corps.