1. PRINCIPES DE BASE DE LA BIOLOGIE MOLECULAIRE
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- Marie-Laure Lucile Turgeon
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1 Liste d articles pour exercices EPSC à télécharger! BiolMol PRINCIPES DE BASE DE LA BIOLOGIE MOLECULAIRE 1.1. Les acides nucléiques Structure et expression des acides nucléiques Réplication du DNA (MBC , , ) - réplication semi-conservatrice du DNA - propriétés des DNA polymérases - amorces et synthèse discontinue du brin traînard, fr. d'okazaki - étapes de l'initiation de la réplication du DNA Réparation du DNA et mutations (MBC ) - bases moléculaires de la mutagenèse et mutagènes - réparation par photoréactivation - réparation par excision - xeroderma pigmentosum BiolMol 2-2
2 Réaction catalysées par les ADN polymérases RAPPEL Croissance de la chaîne dans le sens - 2 liaisons riches en énergie cassées 1 liaison formée BiolMol 2-3 Réplication semi-conservatrice double hélice d ADN parental Chacun des 2 brins d ADN est utilisés comme matrice pour la formation d un brin d ADN complémentaire. Les brins d origine conservent leur intégrité au travers de nombreuses générations cellulaires. Hélices «!filles!» d ADN BiolMol 2-4
3 Les trois règles de synthèse du DNA : Les DNA polymérases : synthétisent le DNA en direction -> (= enzymes ) ont besoin d une amorce (primer) ont besoin d une matrice de DNA (template) MBC 5-7 non!oui! X X non X non BiolMol 2-5 Les DNA polymérases!: Plusieurs sortes de DNA polymérases cellulaires de fonctions différentes. Certaines DNA polymérases ont une activité de dégradation des liaisons phosphodiester appelée exonucléase : hydrolyse -> (activité de correction/proofreading) hydrolyse -> (dégradation des amorces). (GMP Table 3-2, 3-5) E. Coli DNA polymerases initiation chaîne -> polym. -> exo. -> exonucl. DNA Pol I DNA Pol II (réparation) DNA Pol III Primosome (helicase + primase) Eucaryotic DNA polymerases DNA Pol!"primase DNA Pol # (réparation) DNA Pol $ (mitochondrie) DNA Pol % DNA Pol & BiolMol 2-6
4 Synthèse discontinue du DNA. Une partie du DNA nouvellement synthétisé existe sous forme de fragments de quelques centaines (eucaryotes) ou quelques milliers (procaryotes) de nucléotides = fragments d Okazaki. L amorce des fragments d Okazaki est un court brin de RNA apparié au brin matrice. MBC 5-8 ou CoG fourche d élongation BiolMol 2-7 Synthèse discontinue du DNA. Une partie du DNA nouvellement synthétisé existe sous forme de fragments de quelques centaines (eucaryotes) ou quelques milliers (procaryotes) de nucléotides = fragments d Okazaki. L amorce des fragments d Okazaki est un court brin de RNA apparié au brin matrice. ouverture fourche d élongation brin conducteur (leading strand) ou chaîne précoce brin traînard (lagging strand) ou chaîne tardive BiolMol 2-8
5 Synthèse discontinue du DNA. Une partie du DNA nouvellement synthétisé existe sous forme de fragments de quelques centaines (eucaryotes) ou quelques milliers (procaryotes) de nucléotides = fragments d Okazaki. L amorce des fragments d Okazaki est un court brin de RNA apparié au brin matrice. ouverture brin conducteur (leading strand) ou chaîne précoce brin traînard (lagging strand) ou chaîne tardive BiolMol 2-9 Synthèse discontinue du DNA. Une partie du DNA nouvellement synthétisé existe sous forme de fragments de quelques centaines (eucaryotes) ou quelques milliers (procaryotes) de nucléotides = fragments d Okazaki. L amorce des fragments d Okazaki est un court brin de RNA apparié au brin matrice. ouverture L enzyme responsable de la progression de la fourche d élongation est appelée hélicase BiolMol 2-10
6 Synthèse discontinue du DNA. Une partie du DNA nouvellement synthétisé existe sous forme de fragments de quelques centaines (eucaryotes) ou quelques milliers (procaryotes) de nucléotides = fragments d Okazaki. L amorce des fragments d Okazaki est un court brin de RNA apparié au brin matrice. fourche d élongation Leading strand ouverture amorce RNA DNA répliqué L enzyme responsable de la synthèse de l amorce est appelée primase Lagging strand BiolMol 2-11 Animation quicktime MBC 5-1 (modèle de fonctionnnement d une hélicase) BiolMol 2-12
7 Etapes de la réplication du DNA (chez E. coli) initiation - élongation terminaison réplication chez E. coli : plus de 15 protéines impliquées, origines sur le DNA connues. eucaryotes : plus de 30 protéines connues, origines inconnues (excepté levure). Élongation : E. coli : DNA Pol. III et DNA Pol. I, primosome, etc. mammifères : DNA Pol.!-primase, DNA Pol. % et DNA Pol. &, hélicase, RNAse, etc. BiolMol 2-13 Animation CoG, Ch. 11, DNA replication Part 5 ( DNA Pol I -> summary) BiolMol 2-14
8 CoG 11-13, Modèle de synthèse couplée des brins conducteur et trainard (procaryotes) La boucles est allongée au cours de la synthèse du fr. d Okazaki, puis relachée lorsque la synthèse est arrêtée suite à la collision avec le fr. précédent BiolMol 2-15 Les origines de réplication Mammifères E. coli OriC In procaryotes, DNA replication begins at a unique site along the circular chromosome. BiolMol 2-16
9 Initiation de la fourche de réplication E. coli (modèle): DNA Pol III (2x) synthétise fr. d Okazaki et brin conducteur DNA Pol I détruit les amorces en finissant la synthèse des fragments Mammifères (modèle) DNA Pol!-primase synthétise amorces d ARN et le début des fragments d Okazaki (ADN), qui sont ensuite terminés par DNA Pol% DNA Pol!-primase débute la synthèse du brin conducteur, qui est terminée par DNA Pol& Brin conducteur Brin traînard Brin traînard Brin conducteur BiolMol 2-17 Animation quicktime intiation de la réplication d un virus eucaryote (papillome) Site web Uni Wisconsin: start Modèle à deux DNA Polymérases (parasitage des DNA Pol. Cellulaires par le virus) BiolMol 2-18
10 Hors polycopié BiolMol 2-19 MBC 5-28, Modèle actuel de synthèse des brins conducteur et trainard (cellules eucaryotes) & 3 DNA Pol contribuent simultanément à la réplication du DNA eucaryote? BiolMol 2-20
11 Animation : Modèle de synthèse couplée des brins conducteur et trainard (eucaryote) Modèle à trois DNA polymérases % &! + primase %! + primase & Modèle actuel : Brin conducteur: DNA Pol!-primase : début synthèse (une seule fois à l origine, amorce de RNA par la primase), puis une seule DNA polymérase, la DNA Pol &, synthétise le brin conducteur en continu. Brin traînard: 1. DNA Pol!-primase : début de la synthèse de chaque fragment d okazaki (ARN puis ADN) 2. DNA Pol %: allongement de chaque fragment d Okazaki. Deux polymérases sont nécessaires. BiolMol 2-21 Animation CoG, Ch. 11, DNA replication Part 5 (Quizz) BiolMol 2-22
12 Activité de correction des DNA polymérases Les DNA polymérases cellulaires sont souvent très fidèles (activité de correction d épreuves ou proofreading). Elles peuvent vérifier la base précédente avant d ajouter un nouveau nucléotide. Si la base précédente est mal appariée, elle est enlevée grâce à l activité exonucléase -> (! ->!). Taux d erreur : 1 / 10 6 à 1 / paires de bases par réplication. D ou proviennent les erreurs des DNA Pol.!? BiolMol 2-23 CoG 16-2, structures tautomériques des nucléotides BiolMol 2-24
13 CoG 16-2 BiolMol 2-25 MBC 5-9 BiolMol 2-26
14 Les trois règles de synthèse du DNA : RAPPEL Les DNA polymérases : synthétisent le DNA en direction -> (= enzymes ) ont besoin d une amorce (primer) ont besoin d une matrice de DNA (template) MBC 5-7!Oui! X X X BiolMol 2-27 Utilité de la réplication du DNA!? La réplication du DNA in vitro par PCR (polymerase chain reaction) trouve de nombreuses applications en recherche et en sciences forensiques. Principe détaillé de la PCR Site Dolan DNA learning center on STRprofiling in forensics: BiolMol 2-28
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