UE2.2S1 LMD infirmier. Bases moléculaires de l organisation du génome. Dr F. Maupas-Schwalm Toulouse-Rangueil Septembre 2012

UE2.2S1 LMD infirmier Bases moléculaires de l organisation du génome. Dr F. Maupas-Schwalm Toulouse-Rangueil Septembre 2012

Plan du cours I. Bases moléculaires de l organisation du génome. A. otions générales B. AD C. AR II. Transmission et utilisation de l information génétique. A. Replication B. Transcription C. Traduction

Ouvrages utilisés Biochimie & biologie moléculaire pour les sciences de la vie et de santé. Collège national des enseignants des facultés de Médecine. Omniscience. Biologie moléculaire et médecine. J-C. Kaplan & M. Delpech. Médecine-Sciences, Flammarion. Génétique moléculaire humaine. T. Strachan & H.P. Read. Médecine-Sciences, Flammarion.

Plan du cours I. Bases moléculaires de l organisation du génome. A. otions générales B. AD C. AR

I.. A. otions généralesg Génome : ensemble du matériel génétique d une cellule. Il contient des informations qui définissent les caractéristiques d un individu (gène = unité d information génétique). Support de l information génétique : les acides nucléiques AD : acide desoxyribonucléique Eucaryotes : AD nucléaire et mitochondrial AR : acide ribonucléique AR messagers (mar) AR ribosomiques (rar) AR de transfert (tar)

I. A. otions généralesg Les acides nucléiques participent à la transmission et l organisation de l information génétique La réplication La transcription 1er transcodage DA DA La traduction 2ème transcodage rra (ribosome)

I. A. otions généralesg Les acides nucléiques sont constitués par des molécules relativement simples : les nucléotides. ucléotide = base azotée + ose + acide phosphorique nucléoside 2 sortes de bases azotées oyau pyrimidique 3 4 5 oyau purique 6 7 5 1 8 thymine (T) 5-méthyl-uracile AD 2 1 cytosine (C) AD/AR 6 uracile (U) AR 2 3 4 guanine (G) AD/AR adénine (A) AD/AR 9

I. A. otions généralesg Exemple d un nucléotide à base purique O 1 2 6 3 5 4 7 9 8 Base HO P O H 2 C 5 O Acide phosphorique O 4 3 OH 2 1 OH Ribose

I. A. otions généralesg Autant de nucléotides que de bases ucléotides à base purique Base adénine guanine ucléoside adénosine guanosine ucléotide AMP (A. adénylique) GMP (A. guanylique) ucléotides à base pyrimidique Base cytosine uracile thymine ucléoside cytidine uridine thymidine ucléotide CMP (A. cytidylique) UMP (A. uridylique) TMP (A. thymidylique) Les nucléotides sont reliés entre eux : forment un brin d AD/AR (ou une chaîne).

I. A. otions généralesg Les nucléotides participent aussi au métabolisme et à la signalisation cellulaire. Certains analogues des nucléotides peuvent être des médicaments Antibiotiques Anticancéreux

I. B. AD L AD est un polynucléotide (enchaînement de desoxyribonucléotides)

I. B. AD L AD est bicaténaire (le plus souvent) 2 chaînes complémentaires : appariées au niveau des bases par des liaisons hydrogène (A:T G:C) P S 5 6 1 CH 3 T 3 2 4 O O H H 1 2 A 6 3 5 4 H 7 9 8 S P H H H 1 2 O 6 G 3 5 4 7 9 8 S P antiparallèles 5 3 3 5

I. B. AD L AD a une structure en double hélice (1953 Watson et Crick). DA A DA B DA Z

I. B. AD L AD est associé à des protéines spécifiques, qui peuvent jouer un rôle protecteur : les Chromosome histones. Fibre de 110 A 110 A nucléosomes Fibre de 300 A AD+ protéines forment la chromatine. Boucle de chromatine

I. B. AD L AD est le support de l hérédité. Transmission des gènes aux cellules filles : réplication du DA avant la division cellulaire. Lecture et transmission de l information contenue dans les gènes pour synthétiser des protéines conformes (grâce aux différents AR). DA DA transcodage Transcription Traduction protéines

I. C. AR AR messager (mar) : enchaînement de ribonucléotides «copie» du gène. l AR messager permet d exporter le message génétique du noyau vers le ribosome (cytoplasme) où se réalisera la synthèse de la protéine.

I. C. AR AR ribosomiques (rar) : AR qui constituent, avec certaines protéines, les ribosomes. Les ribosomes servent à synthétiser les protéines à partir de l information portée par l ARm.

I. C. AR AR de transfert (tra) : AR intermédiaires dans la traduction du message génétique en protéine. Porte un Acide Aminé (unité constitutive de la protéine) L acide Aminé correspond au codage porté par l ARm Le tra et le mra se «côtoient» dans le ribosome.

Plan du cours II. Transmission de l information génétique. A. Replication B. Transcription C. Traduction

II. A. Réplication R de l ADl Survient avant la division d une cellule en 2 cellules filles. Elle se fait selon un modèle semi-conservatif. Permet de doter les cellules filles d un patrimoine génétique identique à celui de la cellule parentale.

II. A. Replication de l ADl Elle s effectue à partir du brin d AD parental qui sert de matrice. Exemple de replication chez les procaryotes Elle nécessite une «machinerie» complexe, par exemple, l enzyme de synthèse du nouveau brin est capable de lire et corriger les erreurs.

II. B. Transcription Première étape du transcodage du message génétique porté par l AD. Machinerie de transcription complexe DA mra Cap 5' Poly-A 3' mra mature

II. B. Transcription Chez les eucaryotes : un gène est transcrit en un mra (qui code ensuite pour une protéine) La transcription est très finement régulée et modulée en fonction des besoins : Au cours de l évolution sont apparus des gènes répétitifs stables dans le génome (histones). Il peut aussi exister une amplification génique transitoire (cellules cancéreuses résistantes au méthotrexate) Il peut exister une modulation selon un besoin qualitatif en certaines protéines (par ex. immunoglobulines).

Il peut exister des transcrits différents selon les tissus (promoteurs alternatifs) La décompaction de la chromatine joue sur la possibilité de transcrire un gène La machinerie enzymatique (par ex. RA polymérase II) est régulée. La maturation des transcrits primaires d ARm peut varier (épissage alternatif, queue poly A etc.), la sortie du noyau, le stockage La demi-vie des ARm est modulable Etc.

II. C. Traduction Bibliothèque AD Livre de recettes oyau Code génétique Règles de Transcodage (correspondance) entre message du DA et du mra (séquence de t) et la structure primaire des protéines (séquence d'acides aminés). Cuisine Cytoplasme mar ribosomes Transcription + UstensilestAR Ingrédients AA mar Traduction Photocopie d une recette Protéine Les trois types d AR sont impliqués dans la traduction, mais de manière différente : - ARm : seuls AR traduits en protéines - ARr et ARt : auxiliaires lors de la traduction de l ARm. Ils ne sont eux-mêmes pas traduits. Gâteau réalisé selon la recette

Le transcodage lors de la transcription est relativement aisé : les constituants de l AD et AR sont biochimiquement proches : polynucléotides (à une base azotée du brin d AD transcrit correspond la mise en place de la base azotée complémentaire constituant l AR). AD Bibliothèque oyau Transcription Livre de recettes mar Photocopie d une recette

Pour la traduction, le transcodage est plus compliqué : chaque protéine est composée d acides aminés (polypeptide) alors que l ARm est composé de nucléotides (bases). Et il n existe pas de correspondance directe de type «un acide aminé de la protéine avec une base de l ARm» : il y a plus d acides aminés que de bases azotées. Un triplet de bases de l ARm code pour un acide aminé donné (on l appelle codon). Certains codons ne codent pas pour un acide aminé codons stop.

Tableau du Code génétique Correspondance des codons (du mra) avec les acides aminés Codons particuliers : AUG, codon d'initiation; UAA, UAG, et UGA, codons stop

II. C. Traduction AA mar tra Cuisine Cytoplasme ribosomes protéine + UstensilestAR Ingrédients AA Protéine mra Ribosome (rra+protéines) Gâteau réalisé selon la recette

II. C. Traduction La traduction se fait selon 3 étapes Initiation Elongation Terminaison

II. C. Traduction Différences entre eucaryotes et procaryotes Procaryote pas de noyau individualisé (DA dans le cytoplasme) Eucaryote noyau individualisé (membrane nucléaire) mra Transcription et traduction simultanées mra Transcription dans le noyau Sortie du noyau >> possibilité de régulation croisée entre transcription et traduction Traduction sur les ribosomes, localisée dans. Cytoplasme pour les mra nucléaires. Mitochondrie pour les mra mitochondriaux

A l issue de la traduction : La protéine synthétisée peut : rester dans la cellule où elle a été synthétisée (structure, second messager etc.) sortir de la cellule (protéine sécrétée) Les protéines produites par les ribosomes eucaryotes sont susceptibles de subir plusieurs transformations avant de pouvoir jouer leur rôle. On parle de modifications post-traductionnelles. Les protéines peuvent être : -Coupées ou clivées -Glycosylées -Phosphorylées -Sulfatés -Associés à des lipides

Merci de votre attention!