Le matériel génétique est constitué d ADN Morgan a démontré que les gènes sont situés sur les chromosomes mais la nature chimique du matériel génétique proprement dit restait inconnue : ADN, ARN ou protéines?? C est la recherche sur les microorganismes qui a permis de découvrir que l ADN était le support du matériel génétique. La transformation est l assimilation par une cellule d un ADN qui lui est étranger, modifiant ainsi son génotype et son phénotype. 1
Le matériel génétique est constitué d ADN Les virus sont constitués d ADN entouré d une capside (protéines). Lors de l infection virale, seul l ADN pénètre dans les cellules infectées. Cet ADN est capable de reprogrammer les cellules à faire de nouvelles particules virales. 2
La découverte de la structure de l ADN E. Chargaff : - les proportions des quatre bases diffèrent d espère à espèce - les proportions de A et de T sont toujours égales ainsi que les proportions de C et de G 1950 : la structure chimique de l ADN est connue R. Franklin : radiographie de l ADN par diffraction de rayons X Watson et Crick 3
La structure de l ADN L ADN est une double hélice anti-parallèle : les squelettes phosphatedésoxyribose sont à l extérieur alors que les bases pointent vers l intérieur et s apparient 2 à 2. deux liaisons hydrogène trois liaisons hydrogène 4
La réplication de l ADN Watson et Crick «Nous avons remarqué que les appariements spécifiques permettent d entrevoir directement un mécanisme possible de recopiage du matériel génétique». Lors de la réplication, les deux brins se séparent et chacun d eux sert de matrice pour la formation d un brin complémentaire par appariement des bases. ainsi la séquence des paires de bases est reproduite de façon exacte. --> = modèle semi-conservateur 5
Evidence expérimentale en faveur du modèle semi-conservateur Synthèse d ADN en présence d isotopes 15 N («lourd») 6
Mécanisme de la réplication de l ADN Le génome humain contient 6 milliards de paires de bases, or il suffit de quelques heures à la cellule pour tout recopier ET avec très peu d erreurs! --> rapidité et précision remarquables! La réplication de l ADN nécessite de nombreuses enzymes et protéines qui assurent cette rapidité et cette précision. Le point de départ : les origines de réplication Chez les bactéries : un seul chromosome circulaire et UNE origine de réplication Chez les eucaryotes : plusieurs chromosomes et PLUSIEURS origines de réplication par chromosome A partir de cette origine, la réplication se poursuit dans les deux sens. 7
La réplication de l ADN : l élongation d un nouveau brin Au niveau de la fourche de réplication, l élongation du nouveau brin d ADN est catalysée par des enzymes appelées ADN polymérases. Au fur et à mesure que les nucléotides s alignent sur les bases complémentaires sur le brin qui sert de matrice, l ADN polymérase les attache un par un à l extrémité du brin d ADN en voie de formation. Chaque nucléotide ajouté est en fait un nucléoside triphosphate. Comme pour l ATP, l énergie stockée dans les liaisons phosphate fournit l énergie nécessaire à la polymérisation de l ADN. 8
La réplication de l ADN : l élongation anti-parallèle Les deux brins matrice sont anti-parallèles. L ADN polymérase ajoute toujours les nucléotides à l extrémité 3 --> le brin ne peut s allonger que dans la direction 5 --> 3. Donc, à partir de la fourche de réplication : - une ADN polymérase se loge dans la fourche, suit le brin matrice et synthétise un brin continu 5 --> 3 le long du brin = le brin directeur - Sur l autre brin, l ADN polymérase suit la matrice en s éloignant de la fourche de réplication. Le brin d ADN ainsi formé est discontinu : de courts fragments sont synthétisés (fragments d Okazaki) avant d être reliés par une enzyme, une ADN ligase. 9
La réplication de l ADN : l amorçage L ADN polymérase (pol III) est incapable d amorcer la synthèse d un polynucléotide, elle ne peut qu ajouter des nucléotides à une chaîne préexistante. Il faut donc une amorce. Amorce : court brin d ARN (10 nucléotides chez les eucaryotes) dont les nucléotides sont assemblés par une primase. Le brin d ARN est ensuite remplacé par son équivalent ADN par une ADN polymérase I (procaryotes) ou béta (eucaryotes). Brin directeur : une amorce Brin discontinu : une amorce par fragment d Okazaki 10
La réplication de l ADN : résumé 11
La correction des erreurs et la réparation de l ADN Des enzymes effectuent une «correction» pendant la réplication et réparent les dommages subis par l ADN. La précision de la réplication est liée à la spécificité de l appariement ET à des enzymes de réparation Nombre d erreurs final : 1/10 9 Nombre d erreurs à l appariement : 1/10000 L ADN polymérase relit elle-même les nucléotides ajoutés «correction d épreuves» ou «proof-reading». Réparation des mésappariements des bases et des dommages occasionnés à l ADN par des agents chimiques ou physiques (ex UV). On a identifié 130 enzymes de réparation (excision-resynthèse) chez l humain. Il faut au moins une endonucléase puis une polymérase et une ligase pour réaliser la réparation. 12
La réplication des extrémités des molécules d ADN Lorsque l ADN est linéaire comme dans le cas des chromosomes eucaryotes, le fait que l ADN polymérase ne puisse ajouter des nucléotides qu à l extrémité 3 d un brin d ADN existant pose problème : si aucun mécanisme n intervenait, à chaque mitose, les chromosomes raccourciraient! 13
La réplication des extrémités des molécules d ADN : les télomères Les extrémités des molécules d ADN sont constituées de séquences nucléotidiques nommées télomères : il s agit d une même séquence de 6 nucléotides (TTAGGG) répétée de 100 à 1000 fois. Ces télomères raccourcissent effectivement au fur et à mesure des mitoses. Dans les cellules germinales, une enzyme particulière, la télomérase, produit l élongation des télomères dans les cellules reproductrices, restaurant ainsi la longueur originale des chromosomes. 14