Transfert de l'information génétiqueg

Transfert de l'information génétiqueg ADN RETRO TRANSCRIPTION TRANSCRIPTION REPLICATION ARN ARN REPLICATION TRADUCTION PROTEINES MODIFICATIONS POST TRADUCTIONNELLES PROTEINES ACTIVES Données généralesg La séquence de bases de l'adn détermine la séquence des acides aminés de la protéine = le message est contenu dans l'ordre d'enchaînement des bases message double d'un acide nucléique à un autre des acides nucléiques aux protéines double nécessité du maintien des caractères héréditaires d'une régulation des erreurs peuvent persister Réplication de l ADNl Biosynthèse d une double chaîne d'adn identique au double brin d'adn parental Eléments nécessaires Mécanisme Caractères Transfert expression génétique 1

Réplication : éléments nécessairesn ADN qui sera répliqué (copié) = ADN matrice sous forme simple brin Polynucléotide qui sera prolongé = ARN amorce Enzymes : complexe "réplicase" principales : ADN polymérases ADN dépend. autres : primase gyrase (topo-isomérase) hélicase ligase RNase (exonucléase 5' 3') Cosubstrats (ou coenzymes) = désoxyribonucléotides tri P datp, dgtp, dctp, dttp l'élément transféré est le reste nucléotidyl Protéines auxiliaires spécifiques liant et stabilisant l'adn monobrin ADN polymérases Différentes chez procaryotes et eucaryotes Caractères toutes nécessitent un modèle-support simple brin une amorce avec un group t OH libre toutes assurent la synthèse de la chaîne dans le sens vers certaines ont une activité de relecture - correction ADN polymérase Amorce ARN ADN nouvellement synthétisé Transfert expression génétique 2

Topoisomérases Caractères Agissent sur l enroulement ou le désenroulement 2 possibilités Coupure d un brin - Coupure des 2 brins Topoisomérase I Topoisomérase II Double hélice Liaison Topo I Double hélice Coupure ADN Passage du brin sous le monobrin intact Dissociat Topo I 3 super tours Intermédiaire ADN-enzyme 2 super tours Topoisomérase II Topoisomérase I Coupure du double brin Passage par devant et ligation Réplication : mécanismem Energie dépendant : ATP Importance des interactions ADN-protéines 7 étapes Reconnaissance de(s) l'origine(s) de la réplication, intervention de protéines d initiation Protéines d initiation origine Transfert expression génétique 3

Détorsion et séparation des brins par la gyrase et l hélicase protéines SSB Synthèse des amorces d ARN par la primase hélicase Stabilisation des simples brins par des protéines spécifiques ARN primase gyrase polymérase RNase Hydrolyse des amorces ARN et remplac t par des dxtp ligase Amorce ARN Addition des désoxyribonucléosides = polymérisation de l'adn Soudure et assemblage des fragments Réplication : caractères res Fidélité : auto-correction Semi-conservative Sens d'élongation 5' 3' Bidirectionnelle Continue sur 1 brin (brin 3' vers 5') = brin précoce ou direct Discontinue sur 1 brin (brin 5' vers 3') = brin retardé ou indirect Transfert expression génétique 4

Caractère re semi-conservatif Replication 2 ADN double brin constitué de 1 brin parental et 1 brin néosynthétisé = mécanisme semi-conservatif Caractère re bidirectionnel ADN circulaire : 1 origine ADN linéaire : n origines Origines tous les 150 kb Progression dans les deux directions Fusion des boucles brin direct brin retardé - au niveau d une origine, 2 fourches de réplication progressant dans des directions opposées. - au niveau de chaque fourche, un brin direct et un brin indirect Fourche de réplicationr Brin ADN parental Direction de progression de la fourche Synthèse des amorces ARN Brin indirect Brin direct Synthèse du brin indirect Amorce ARN Elongation des amorces par ADN Hydrolyse des amorces ADN Fragment d Okazaki Fermeture par ligase Ligation Transfert expression génétique 5

Schéma Brin direct Brin matrice du brin direct Point de départ du prochain fragment d Okazaki Amorce d ARN Fragment d Okazaki Brin matrice de la chaîne retardée ADN polymérase ADN polymérase ADN primase Hélicase Protéines stabilisant l ADN simple brin ADN double brin parental d après MBoC 3, B. Alberts et al, ed. Garland inc. Organisation Brin matrice du brin direct Protéines stabilisant l ADN simple brin Amorce ARN Nouveau brin direct Primase Fragment d Okazaki d après MBoC 3, B. Alberts et al, ed. Garland inc. ADN polymérase (coté direct) ADN plymérase (coté retardé) Hélicase Nouveau brin retardé Double hélice ADN parental Brin matrice du brin retardé Réplication : spécificit cificités s chez les eucaryotes Initiation simultanée en de nombreux sites ADN polymérases (α, β, γ, δ, ε) Nécessité pour le brin retardé de reconstituer les extrémités Transfert expression génétique 6

Transcription de l ADNl Biosynthèse d'un brin d'arn complémentaire d'un fragment d'adn ou gène Eléments nécessaires Mécanisme Caractères Transcription : éléments nécessairesn ADN qui sera transcrit (copié) = ADN matrice sous forme simple brin (brin antisens) Enzyme : complexe transcriptionnel principale : ARN polymérases ADN dépend. autres : hélicases Cosubstrats (ou coenzymes) = ribonucléotides triphosphates ATP, GTP CTP, UTP l'élément transféré est le reste nucléotidyl Protéines auxiliaires spécifiques liant l'adn stabilisant le complexe transcriptionnel régulant l'activité Transfert expression génétique 7

Transcription : mécanismem Phénomène sélectif Importance de la reconnaissance du début du gène : organisation des promoteurs 4 étapes Soumise à une régulation Gènes procaryotes : promoteur Organisation des promoteurs de procaryotes Promoteur ADN Séquence consensus Liaison des protéines à action régulatrice Principaux points de contact de l'arn polymérase Séquence consensus ARNm Région codante du gène Début transcription Brin sens Brin antisens Gènes eucaryotes : promoteur Organisation des promoteurs d eucaryotes ADN Région régulatrice amont Séquence consensus Séquence consensus régions reconnues par l'arn polymérase II Région codante du gène Séquence initiation Région régulatrice aval Début transcription Promoteur ARNm 5' Brin sens Brin antisen s Liaison du complexe transcriptionnel Principaux points de contact de l'arn polymérase 3' Transfert expression génétique 8

Transcription : mécanismem Promoteur Complexe transcriptionnel Signal de terminaison (épingle, polyu) ARN Reconnaissance de l'origine de la transcription = promoteur Séparation de la double hélice Formation de la première liaison Addition des ribonucléotides élongation de vers Terminaison Transcription : polymérase Chaîne d ARN en élongation Double hélice d ADN Site pour le ribonucléotide rentrant ARN polymérase Site de réenroulement Région duplex ADN-ARN XTP Site de déroulement d après MBoC 3, B. Alberts et al, ed. Garland inc. Transcription : caractères res Synthèse complémentaire par rapport à l'adn Sens d'élongation 5' 3' Unidirectionnelle Pas d'amorces nécessaires Pas auto-corrective d où possibilités d'erreurs Complexe transcriptionnel Amplification 8 Maturation post-transcription des ARNr & Transfert expression génétique 9

Complexe transcriptionnel Polymérase ne peut agir que associée à : des facteurs de transcription de base (TFII) des protéines régulatrices (activateur, répresseur ) des protéines adaptatrices permettant le contact entre les protéines et le repliement de l ADN. ARN polymérase II TATA box enhancer activateur adaptateur ATP, GTP, CTP, UTP Maturation des ARN Polymérase I Polymérase II Polymérase III TRANSCRIT ARN r 45S hn ARN précurseur sn ARN précurseur ARN mature ARN r 28S ARN r 18S ARN r 5,8S ARNm sn ARN ARN 5S ARN t sn ARN Spécificit cificités s chez les eucaryotes Trois ARN polymérases I, II et III Initiation et terminaison plus complexes Maturation des ARN messagers : chapeau ou cap 5' queue poly A en 3' excision-épissage des introns cap 7mGppp région non traduite région traduite introns région non traduite exons AAUAAA signal de polyadénylation initiation AUG UGA terminaison (A) ~200 queue poly(a) Transfert expression génétique 10

Epissage des ARNm site d épissage exon protéines Départ de l intron snrnp intron Formation du spliceosome Formation de la boucle d après MBoC 3, B. Alberts et al, ed. Garland inc. protéines Intron site d épissage exon pré ARNm Coupure en et ligation des exons ARNm mature Traduction des ARNm Synthèse de la chaîne d'acides aminés conforme au message présent au niveau de l'arnm Eléments nécessaires Mécanisme Caractères Traduction : éléments nécessairesn Un dictionnaire : code génétique Machinerie traductionnelle : ribosomes acides nucléiques : ARNr protéines ribosomales un ARNm mature transcrit du gène des Transfert expression génétique 11

1 ère base Code génétiqueg 3 bases = 1 codon qui spécifie un acide aminé caractéristiques : 3 lettres universel 2 ème base dégénéré non chevauché 3 ème base Enzymes : principales : - Aminoacyl-tARN synthétase double spécificité CoEnz : ATP - Peptidyl transférase Protéines Energie sous forme d'atp ou de GTP 4 temps Traduction : mécanismem Synthèse des aminoacyl-tarn Initiation = mise en place de la "chaîne de montage" Elongation = polymérisation Terminaison (+ maturation de la protéine) Transfert expression génétique 12

-O ATP C C PPi O P O N H 2 C H R N H 2 acide aminé COOH Adénine l ribose R l C CO O P O H amino-acyl AMP Traduction : 1) Synthèse des amino-acyl acyl N O NH 2 A N CH 2 O NH 2 R N N O O OH AMP N H 2 HO Liaison ester au niveau fonct alcool 2 nd en formée par transfert du reste amino-acyl hydrolysable C H R CO O ACC amino-acyl Au plan chimique 2 étapes Activation a.a. Transfert Amino-acyl Traduction : sites du ribosome Sites de liaisons entre les sous-unités liaison à l ARN messager liaison aux : peptidyl site P amino acyl site A Activité peptidyltarnsférase Site de liaison àl ARNm Site P Ribosome vide Site A Grande sous-unité Petite sous-unité Peptidyl Petite sous-unité Grande sous-unité UCA GCA GGG Aminoacyl ARNm Transfert expression génétique 13

Traduction : fidélit lité du message Spécificité enzymatique vis à vis de l acide aminé vis à vis de son Acide aminé (Trp) Aminoacyl synthétase assurent la concordance lors de la traduction Trp d après MBoC 3, B. Alberts et al, ed. Garland inc. Complémentarité codon-anticodon Gène Protéine anticodon Liaison de Interaction de l acide aminé l Trp chargé codon avec l ARNm par àl complémentarité codon-anticodon Petite sous-unité eif2 Dissociation des facteurs eif2 Grande sous-unité Traduction : 2) initiation Met init Association initiation + petite sous-unité GTP ATP Liaison à l ARNm ARNm Reconnaissance du codon initiation Liaison de la grande sous-unité init. dans site P Formation de la liaison peptidique Liaison du 2 nd 1 ère liaison peptidique Facteur EF1 d élongation Traduction : 2) élongation A Liaison de l suivant Formation de la liaison peptidique Déplacement du ribosome EF2 Facteur d élongation Départ de l vide Transfert expression génétique 14

Traduction : réaction r de transfert Peptidyl tarn liè à l extrémité carboxylique du peptide en croissance R" H H 2 N C CO N H R CH CO O formation de la liaison peptidique Site P Aminoacyl R' NH 2 CH CO O Site A Chaîne peptidique(n+1) liée à l extrémité carboxylique du peptide en croissance Peptidyl transférase OH tarn libéré R" H H 2 N C CO N H R CH CO NH R' CH CO O Site A Liaison du facteur de terminaison Polysomes Traduction : 3) terminaison Facteur de terminaison Hydrolyse de la liaison peptide- H 2 O Dissociation des éléments Traduction : caractères res Sens de lecture et de synthèse Lecture de l'arnm dans le sens 5' 3' Synthèse de la protéine à partir de l'extrémité N term. extrémité C term. Pas auto-corrective d où possibilités d'erreurs Rapidité Rendement proche de 100 % Transfert expression génétique 15

Start Polyribosome Stop Sens de croissance Transcription sens ADN ARNm Ext Ext Sens d élongation ARNm Chaîne polypeptidique d après MBoC 3, B. Alberts et al, ed. Garland inc. Ext N terminale Traduction Ext C terminale Sens d élongation Maturation post-traductionnelle traductionnelle des protéines Protéine mature active Traduction P Repliement Formation des ponts disulfure Modifications co- ou posttraductionnelles Protéolyse Modif. extrémités Glycosylation Fixation lipides Phophorylation Addition grp ts prosthétiques Transfert expression génétique 16

Réparations des erreurs Ne concerne que l ADN Erreurs lors de la transcription ARN avec mutation quelques copies de protéines quelques ribosomes ou Erreurs lors de la traduction protéines avec mutation un exemplaire de protéine défectueux défectueux Altération d une base Dépurination Désamination et alkylation Insertion d un analogue Altération de 2 bases Formation de dimère Pontage Rupture de chaîne Désintégration Liaison entre chaînes Liaison entre bases Liaison avec des protéines Rayonnement UV ou X Agents chimiques (psoralènes) Radiations ionisantes Agents chimiques (bléomycine) Agents chimiques (mitomycine) Spontanée Agents chimiques (HNO 2, diméthylsulfate) Agents chimiques Réparation de l ADN Réparation immédiate par relecture-correction de l ADN polymérase 3 possibilités pour erreurs persistant ou apparaissant Renversement (réparation) direct des lésions Elimination remplacement (excision) des bases Réparation post-réplicative Renversement direct des lésions Cas des modifications "chimiques" des bases dimère de T photoréactivation O-méthyl G intervention d enzyme (méthyl transférase) Transfert expression génétique 17

Réparation par excision Cas d une base Exemple de présence de U (désamination de C) : 1. Intervention d une ADN glycosylase : coupure liaison N-osidique 2. Intervention d une AP endonucléase : coupure ADN 3. Comblement de la lacune par ADN polymérase et ligase Cas de plusieurs bases Famille de gènes XP (7 protéines) Intervenant au niveau des étapes 1. Reconnaissance du site 2. Détorsion de l ADN (hélicase) 3. Action des endonucléases et excinucléase oligonucléotide de 15-30 bases 4. Comblement par polymérase 5. Soudure par ligase Lésion Détorsion s ADN glycosylase AP endonucléase Polymérase Cas des mésappariements Rôles des protéines de la famille Mut 5 étapes dans le mécanisme avec excision d un fragment du brin néosynthétisé et resynthèse (ADN polymérase et ligase) Importance des méthylations (reconnaissance nouveau brin) 1 2 Erreur d appariement MutS MutL 3 4 5 MutH Réparations post-réplicatives Mécanisme par recombinaison 2 brins néo synthétisés corrects Réparation ultérieure du brin parental défectueux 1 2 Arrêt de la polymérase au niveau du défaut (dimère) Fragment d Okasaki suivant 3 4 Comblement de la lacune par recombinaison avec le fragment correspondant de l autre brin parental Les 2 néo brins sont corrects, le brin présentant le défaut sera réparé Transfert expression génétique 18

Persistance des erreurs Types d'erreurs Erreurs portant sur les bases ou mutations : erreur de copie de base : substitution oubli de base : délétion addition de base supplémentaire : insertion mutation d'une seule base = ponctuelle. Erreurs portant sur des fragments d'adn : Remaniements en bloc, ou réarrangements par transfert de chaînes d'adn, dans les phénomènes de crossing-over Types de mutation Mutations sans changement du cadre de lecture Mutations sans effet ou silencieuses Mutations conservatrices Mutations faux sens Mutations portant sur le codon stop ou non sens Mutations portant sur les séquences d épissage Mutations avec changement du cadre de lecture Transfert expression génétique 19