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UNIVERSITÉ DES ANTILLES-GUYANE PREMIÈRE ANNÉE DES ETUDES DE SANTÉ
DR MARYSE ETIENNE-JULAN-OTTO
ENSEIGNEMENT DE BIOLOGIE CELLULAIRE : BIOLOGIE
MOLÉCULAIRE
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BIBLIOGRAPHIE • Gènes VI
B. LEWIN DeBoeck Université • Biologie moléculaire et Médecine JC KAPLAN et M. DELPECH Médecine-Sciences, Flammarion • Biologie moléculaire de la cellule B ALBERTS et al Médecine-Sciences, Flammarion
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I- INTRODUCTION : HISTORIQUE ET DÉFINITIONS
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HISTORIQUE
• L’histoire de la biologie moléculaire est basée : • Sur les résultats de l’observation des faits de
transmission des caractères, avec ses avantages et ses limites
• Suivie de l’identification des supports biologiques des mécanismes de l’hérédité
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HISTORIQUE
• Quelques étapes clés : • Théorie de l’Evolution de Charles Darwin • Lois de Mendel • La théorie de la mutation (H. de Vries) • La théorie chromosomique de l’hérédité (Morgan) • Découverte de l’ADN • Elucidation de la structure de l’ADN et
l’identification des règles de fonctionnement de l’ADN
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LA THÉORIE DE CHARLES R. DARWIN (1809-1882)
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C.R. DARWIN
• Biologiste britannique • 1836 : analyse des spécimens rapportés de son tour du
monde : • Similitudes entre fossiles et espèces vivantes prélevés dans la
même zone géographique (tortues, oiseaux,…) èConclusions : • Espèce commune à l’origine • Adaptation à la vie de manière différente sur chaque île, donc
en fonction du milieu
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C.R. DARWIN
• 1859 : Origine des espèces par la sélection naturelle • Première théorie expliquant l’évolution des espèces par un
mécanisme biologique : la sélection naturelle
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LES THÉORIES ANTÉRIEURES À CELLE DE DARWIN
• Avant le XIXème siècle : le catastrophisme • Extinction des espèces à cause des catastrophes
• Puis formation de nouvelles espèces ex nihilo (créées à partir de rien)
• Début XIXème : plusieurs scientifiques remettent en cause le catastrophisme (Lamarck, Lyell ,…)
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LA STRUCTURE DE LA THÉORIE DE DARWIN
• Tous les individus d’une population sont différents les uns des autres (variabilité)
• Certains sont mieux adaptés que d’autres à leur environnement
• Meilleure chance de survie • Meilleure chance de se reproduire
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LA STRUCTURE DE LA THÉORIE DE DARWIN (2)
• Caractères avantageux
• Sont hérités par les générations suivantes • deviennent dominants dans la population : • Sélection naturelle
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LA STRUCTURE DE LA THÉORIE DE DARWIN (3)
• Evolution des espèces est un processus progressif et évolutif (plusieurs milliers à plusieurs millions d’années) : • Une seule forme de vie à l’origine • Puis apparaissent différentes espèces : la spéciation
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LES LOIS DE GRÉGOR MENDEL
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GREGOR MENDEL : 1865 • Natif de l’empire austro-hongrois (tchèque) • Travaux méconnus lors de leur publication • Redécouverts en 1900 • Travaux sur les petits pois : nombreux avantages dont fécondité
importante • Choix de 7 caractères transmissibles dont les différentes versions
faciles à distinguer les unes des et qui différaient entre variétés : • La taille et la couleur des graines • La longueur des tiges,….
• En croisant différentes variétés, étude de la transmission, au cours des générations, de ces caractères
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GREGOR MENDEL
• En croisant différentes variétés • Établissement des principales lois de l’hérédité
• Caractères dominants et récessifs • Pas de mélange des déterminants des caractères • Transmissions de déterminants non altérés • Transmission aléatoire • Transmission de manière indépendante de caractères différents
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PREMIÈRE LOI DE MENDEL
• Loi de l’uniformité des hybrides de première génération et de la ségrégation indépendante des caractères
• Croisement de 2 races pures (homozygotes pour tous les gènes) qui
diffèrent par 1 caractère • Couleur du petits pois : coloré, non coloré
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PREMIÈRE LOI DE MENDEL (2)
• 2 parents homozygotes pour la couleur du pois : AA (dominant) et aa (récessif)
• 1ère génération d’hybrides (F1) homogène : tous identiques (Aa) et
ayant le phénotype du caractère dominant A
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PREMIÈRE LOI DE MENDEL (3)
• 2ème génération d’hybrides (F2) hétérogène (phénotypes différents): 25% AA, 50% Aa, 25% aa
• Hétérogénéité de F2 = disjonction (ségrégation) indépendante des
allèles : les gamètes sont purs = ils ne portent qu’un seul allèle de chaque gène
• F2 : réapparition du phénotype récessif
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PREMIÈRE LOI DE MENDEL (4)
• Basée sur la dominance complète d’un allèle sur l’autre • Non universalité de cette loi (1ère exception) : Ce que
MENDEL n’a pu mettre en évidence : il existe différents degrés de dominance (partielle, absence de dominance ou codominance). Dans ces cas, cette loi ne s’applique pas
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DEUXIÈME LOI DE MENDEL
• Loi de l’indépendance des couples de caractères
• Croisement de 2 individus de race pure différant par plusieurs caractères (ou gènes)
• Constat : ces différents caractères sont hérités de façon indépendante les uns des autres
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DEUXIÈME LOI DE MENDEL (2)
• 2 individus homozygotes • 1 pour 2 caractères dominants : AABB (coloré et lisse) • 1 pour 2 caractères récessifs : aabb (incolore et ridé)
• F1 : individus AaBb : phénotype parent dominant • F2 : 2 grands groupes de descendants:
• 1 groupe : phénotypes parentaux • 1 groupe : nouveau phénotype : 1 caractère dominant associé à
un caractère récessif
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DEUXIÈME LOI DE MENDEL (3)
• = Association au hasard entre 1 allèle d’un caractère et 1 allèle de l’autre = indépendance des couples de caractères = chaque caractère a un support biologique différent
• Non universalité de cette loi (2nde exception) : gènes liés = gènes portés par le même chromosome. N’étaient pas connus de Mendel
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NOTIONS INTRODUITES PAR LES TRAVAUX DE MENDEL
• Les lois de Mendel impliquent l'existence: • d'éléments autonomes et reproductibles, • qui contrôlent les caractères héréditaires de génération en
génération. • Chaque caractère est représenté dans l'œuf fécondé par
deux - et seulement deux - éléments, provenant l'un du père, l'autre de la mère.
• Chez les hybrides F1, • les éléments correspondant aux différentes versions d'un caractère
donné sont distincts, • se séparent à nouveau lors de la formation des cellules germinales. • Ces unités de l'hérédité seront dénommés gènes en 1909 par le
biologiste danois Wilhem Johannsen
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NOTIONS INTRODUITES PAR LES TRAVAUX DE MENDEL
• Différence entre • L’apparence d’un organisme (ce qui est observé, ce qui
est mesurable) : le phénotype • et le support génétique sous-jacent : le génotype
• Notion d’un facteur qui passe inchangé d’un parent à sa progéniture : futur gène
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NOTIONS INTRODUITES PAR LES TRAVAUX DE MENDEL (2)
• Différentes formes d’un même gène : les allèles
• Organisme diploïde : 2 copies de chaque gène • 2 allèles identiques dans le même organisme : homozygotie è
phénotype reflète directement le génotype
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NOTIONS INTRODUITES PAR LES TRAVAUX DE MENDEL (3)
• 2 allèles différents : hétérozygotie • Phénotype fonction de la relation entre les allèles
• Le plus souvent : 1 allèle dominant et 1 allèle récessif è phénotype déterminé par l’allèle dominant : phénotype de l’hétérozygote = phénotype du parent homozygote dominant
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• En 1945 : gène = support de l’hérédité • Identification des gènes uniquement par le biais des mutations
(aberrations phénotypiques) • Nature physique du gène? Relation entre défauts biochimiques
observés et nature physique?
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LA THEORIE DE LA MUTATION (H DE VRIES)
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• H. DE VRIES (1848 – 1935) : néerlandais • Rédécouverte des lois de Mendel en 1900 • Théorie de l'hérédité impliquant des particules
élémentaires qu'il baptise "pangènes » • Théorie de l’évolution par mutation (1903)
• Mise en culture d’un nombre considérable d'espèces de plantes herbacées,
• D'après sa théorie, les espèces apparaissent en une seule génération, après qu'une variation de grande ampleur - une mutation - est apparue.
• Opposé à Darwin pour lequel les nouvelles espèces liées à des modifications progressives
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THÉORIE CHROMOSOMIQUE DE L’HÉRÉDITÉ (T. MORGAN)
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THOMAS MORGAN (USA : 1866-1945)
• Travail sur la mouche du vinaigre (Drosophila melanogaster) : cycle de reproduction très court (9 jours à 25°C), 4 paires de chromosomes, descendance nombreuse
• 1ère mutation observée : • 1 mâle aux yeux blancs au lieu de rouges : caractère
retrouvé uniquement chez les mâles è le facteur déterminant ce caractère est porté par le chromosome sexuel :
• un facteur mendélien est pour la première fois expérimentalement assigné à un chromosome défini. Morgan définit ainsi l'hérédité liée au sexe.
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THOMAS MORGAN (USA : 1866-1945) - 2
• Morgan et Sturtevant à partir de 1910 • Nombreuses mutations : étude de leur transmission
(ségrégation) è cartes génétiques superposables aux chromosomes
• 4 groupes de liaison correspondant aux 4 paires de chromosomes
• Conclusion de ces travaux (1915) : • Chromosomes = support physique des gènes • Théorie chromosomique de l’hérédité : les gènes sont
organisés en série linéaire le long du chromosome (Prix Nobel de physiologie et de médecine en 1933)
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L’ADN, SUPPORT DE L’INFORMATION GENETIQUE
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• L’information génétique est transmise sous deux formes d’une génération à l’autre : • soit sous la forme d’Un œuf fécondé (reproduction sexuée) qui reçoit un
exemplaire de chaque gène parental Ou • soit sous la forme d’Une cellule fille (reproduction asexuée) qui
reproduit à l’identique la cellule-mère
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• La découverte de l’ADN (Griffith, 1928)
• Les travaux de Hershey et Chase (1952)
DEUX EXPÉRIENCES CLASSIQUES ONT PROUVÉ QUE L’ADN EST LE MATÉRIEL GÉNÉTIQUE
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LA DÉCOUVERTE DE L’ADN (GRIFFITH, 1928)
• Pneumocoque : plusieurs types * Pneumocoques lisses qui sont virulents : virulence liée à la présence d’un polysaccharide capsulaire (surface cellulaire) è mort des souris infectées (bactéries non détruites par la cellule hôte) Si les Pneumocoques lisses sont tués par la chaleur è inoffensifs pour les souris * Pneumocoques rugueux : absence de polysaccharide è non virulents
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LA DÉCOUVERTE DE L’ADN (GRIFFITH, 1928) (2)
• Si Pneumocoques lisses tués par la chaleur et pneumocoques rugueux injectés simultanément à la souris
• mort de la souris +
• présence de bactéries lisses virulentes chez la souris morte de même type que les bactéries lisses tuées qui avaient été
injectées.
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LA DÉCOUVERTE DE L’ADN (GRIFFITH, 1928) (3)
• Ceci suggère donc qu'il existe chez les bactérie L un "facteur ou principe transformant", • probablement résistant et libéré par la chaleur, • susceptible d'être intégré par d'autres bactéries comme les
bactéries R • Et qui leur confère de façon héréditaire de nouvelles
propriétés génétiques (comme la virulence). • Nature de ce matériel?
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LA DÉCOUVERTE DE L’ADN (GRIFFITH, 1928) (4)
• Avery et coll, en 1944, ont montré que chimiquement ce p r i n c i p e t r a n s f o r m a n t i s o l é e s t l’ a c i d e désoxyribonucléique ou ADN.
• Autre apport : l’ADN était connu comme composant
essentiel des chromosomes eucaryotes . Cette expérience a montré qu’il est le matériel génétique des procarytotes : unification des fondements de l’hérédité chez les bactéries et les organismes supérieurs.
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Pneumocoques lisses pathogènes
Pneumocoques rugueux non virulents
ADN
ADN purifié Addition de l’ADN purifié de la souche lisse
Pneumocoque lisse
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LES TRAVAUX DE HERSHEY ET CHASE (1952)
• Il s’agissait de démontrer que l’ADN est aussi le matériel génétique d’un autre système : le virus bactériophage T2
• Le phage T2 infecte la bactérie Escherichia coli.
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LES TRAVAUX DE HERSHEY ET CHASE (1952) (2)
• Cycle viral normal :
1- particules phagiques s’adsorbent (se fixent) à la surface des bactéries
2- du matériel viral pénètre dans la bactérie 3- 20 minutes plus tard, la bactérie éclate (elle est
lysée) en libérant de nombreuses particules virales filles.
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LES TRAVAUX DE HERSHEY ET CHASE (1952) (3)
• - Marquage des phages au 32P (marquage de l’ADN) et au 35S (marquage des protéines)
• - Infection des bactéries è centrifugation è 2 fractions : 1 contenant les enveloppes vides des phages libérées à la surface des bactéries (marquées au 35S) et 1 constituée des bactéries infectées
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LES TRAVAUX DE HERSHEY ET CHASE (1952) (4)
• Le 35S est retrouvé quasi exclusivement au niveau des enveloppes virales vides
• Le 32P se retrouvait en grande partie dans les bactéries infectées (70%) et en partie dans les particules virales filles (environ 30%)
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LES TRAVAUX DE HERSHEY ET CHASE (1952) (4)
• Conclusions : • Ce ne sont pas les protéines virales qui pénètrent
dans la bactérie mais l’ADN • L’ADN des phages parentaux entre dans la
bactérie et intègre les particules virales filles : preuve directe de transmission du matériel génétique
• Démontrent également la nature chimique des gènes puisque marquage radioactif possible
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LES TRAVAUX DE HERSHEY ET CHASE (1952) (5)
• Conclusion : L’ADN est aussi le matériel génétique du phage T2.
• L’ADN est le matériel génétique quasi universel • Exception : virus à ARN : virus de la grippe,
rétrovirus,…
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• 1953 : découverte de l’ADN et de sa structure
è révolutionné la génétique, la biologie è répercussions majeures en Médecine (origine et cause des maladies, modalités du diagnostic de certaines maladies,… )
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QUELQUES DÉFINITIONS
![Page 51: Bm historique structure_2013_2014](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022051609/54660bdfb4af9f533f8b536b/html5/thumbnails/51.jpg)
• Génotype : ensemble de l’information génétique héritée par un organisme
• Phénotype correspond à l’expression du génotype (aspect physique de l’organisme)
• Génome : quantité totale d’ADN ou d’ARN contenue dans chaque cellule (gènes + séquences non codantes)
![Page 52: Bm historique structure_2013_2014](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022051609/54660bdfb4af9f533f8b536b/html5/thumbnails/52.jpg)
DÉFINITIONS (2)
• Allèles : différentes formes d’un même gène • Organisme ayant deux allèles identiques d’un même gène :
homozygote • Organisme ayant deux allèles différents d’un même gène :
hétérozygote
![Page 53: Bm historique structure_2013_2014](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022051609/54660bdfb4af9f533f8b536b/html5/thumbnails/53.jpg)
DÉFINITIONS (3)
• Type sauvage : génotype et phénotype courants
• Un gène sauvage è protéine fonctionnelle
• Mutations : changements transmissibles de l’information
génétique
• Mutants : organismes portant la mutation
• Type sauvage : organisme portant le gène non modifié
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DÉFINITIONS (4)
• Les procaryotes : organismes dans lesquels il y a théoriquement 1 seul compartiment cellulaire délimité par une ou plusieurs membranes qui le protègent du milieu extérieur : Bactéries ;
![Page 55: Bm historique structure_2013_2014](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022051609/54660bdfb4af9f533f8b536b/html5/thumbnails/55.jpg)
DÉFINITIONS (5)
• Les Eucaryotes sont définis par la division de chaque cellule en : • un noyau contenant le matériel génétique entouré par : • le cytoplasme qui est délimité par une membrane
plasmique marquant la périphérie de la cellule. Le cytoplasme contient également d’autres compartiments cellulaires individuels entourés eux aussi par des membranes.
![Page 56: Bm historique structure_2013_2014](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022051609/54660bdfb4af9f533f8b536b/html5/thumbnails/56.jpg)
DÉFINITIONS (6)
• Virus : particules minuscules. • Comme les organismes, une génération donne naissante
à la suivante. • Contrairement aux autres organismes, pas de structure
cellulaire propre, ce qui les oblige à infecter une cellule hôte.
![Page 57: Bm historique structure_2013_2014](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022051609/54660bdfb4af9f533f8b536b/html5/thumbnails/57.jpg)
• Le gène est l’unité de l’information génétique, de l’hérédité. • Il ne fonctionne pas de façon autonome : il a besoin des autres
composants cellulaires pour sa transmission et son expression. • Il est constitué d’ADN ou d’ARN et est porté par les chromosomes
• Structure des acides nucléiques? • Relation entre leur structure et leur fonction? • Comment ces molécules se reproduisent elles avec exactitude d’une
génération à l’autre? • Comment est utilisée l’information génétique par la cellule : expression,
régulation, réparation,… • Comment évolue t-elle au cours du temps (variation de l’ADN)
![Page 58: Bm historique structure_2013_2014](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022051609/54660bdfb4af9f533f8b536b/html5/thumbnails/58.jpg)
II- LA STRUCTURE DES ACIDES NUCLÉIQUES
![Page 59: Bm historique structure_2013_2014](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022051609/54660bdfb4af9f533f8b536b/html5/thumbnails/59.jpg)
LA STRUCTURE DES ACIDES NUCLÉIQUES
• Le matériel génétique est constitué d’acide nucléique • 2 types d’acides nucléiques
• Acide désoxyribonucléique ou ADN • Acide ribonucléique ou ARN
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STRUCTURE DES ACIDES NUCLÉIQUES
• Acide nucléique : succession de nucléotides reliés chimiquement par des liaisons covalentes.
• Un nucléotide : une base azotée (noyau hétérocyclique d’atomes d’azote et de carbone) + un sucre pentose (à 5 carbone en forme d’anneau) + un groupement phosphate • ADN : désoxynucléotides • ARN : ribonucléotides
![Page 61: Bm historique structure_2013_2014](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022051609/54660bdfb4af9f533f8b536b/html5/thumbnails/61.jpg)
LES BASES AZOTÉES : 4 PAR ACIDE NUCLÉIQUE
• 2 catégories • Les pyrimidines : noyau à 6 sommets : cytosine (C), uracile (U),
thymine (T) (CH3 en position C5/uracile) è cytosine et thymine pour l’ADN, cytosine et uracile dans l’ARN ;
![Page 62: Bm historique structure_2013_2014](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022051609/54660bdfb4af9f533f8b536b/html5/thumbnails/62.jpg)
![Page 63: Bm historique structure_2013_2014](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022051609/54660bdfb4af9f533f8b536b/html5/thumbnails/63.jpg)
LES BASES AZOTÉES
• Les purines : noyaux à 5 et 6 sommets entrelacés : guanine (G), adénine (A) communes à l’ADN et à l’ARN
![Page 64: Bm historique structure_2013_2014](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022051609/54660bdfb4af9f533f8b536b/html5/thumbnails/64.jpg)
![Page 65: Bm historique structure_2013_2014](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022051609/54660bdfb4af9f533f8b536b/html5/thumbnails/65.jpg)
LE PENTOSE
• Dans l’ADN : 2’-désoxyribose • Dans l’ARN : ribose : présence d’un résidu hydroxyle en position
2’ du cycle du sucre • ‘ permet de différencier les atomes du pentose de ceux des bases.
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Pentose
![Page 67: Bm historique structure_2013_2014](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022051609/54660bdfb4af9f533f8b536b/html5/thumbnails/67.jpg)
• Le groupement phosphate est relié au pentose (C5’) • Liaison base –sucre : liaison entre un atome d’azote de la base et
un hydroxyle du sucre : N1 des pyrimidines, N9 des purines NUCLEOSIDE = BASE + SUCRE
![Page 68: Bm historique structure_2013_2014](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022051609/54660bdfb4af9f533f8b536b/html5/thumbnails/68.jpg)
NUCLÉOSIDES
• • Adénosine • • Guanosine • • Uridine • • Cytidine
• ADN : désoxynucléosides (désoxythymidine au lieu d’uridine)
ARN
![Page 69: Bm historique structure_2013_2014](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022051609/54660bdfb4af9f533f8b536b/html5/thumbnails/69.jpg)
Pentose
![Page 70: Bm historique structure_2013_2014](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022051609/54660bdfb4af9f533f8b536b/html5/thumbnails/70.jpg)
NUCLÉOTIDES
• NUCLEOTIDE = BASE + SUCRE + PHOSPHATE • Adénosine phosphate • Guanosine phosphate • Uridine phosphate • Cytidine phosphate • Désoxynucléotides : ADN (désoxythymidine phosphate)
![Page 71: Bm historique structure_2013_2014](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022051609/54660bdfb4af9f533f8b536b/html5/thumbnails/71.jpg)
![Page 72: Bm historique structure_2013_2014](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022051609/54660bdfb4af9f533f8b536b/html5/thumbnails/72.jpg)
![Page 73: Bm historique structure_2013_2014](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022051609/54660bdfb4af9f533f8b536b/html5/thumbnails/73.jpg)
• Acide nucléique : polynucléotides = chaîne polynucléotidique
• Le nucléotide terminal d’une extrémité de la chaîne possède un groupement 5’ libre ; Le nucléotide terminal de l’autre extrémité possède lui une extrémité 3’ libre.
• Par convention on écrit les séquences d’acides nucléiques dans le sens 5’ è 3’ (5’ à gauche et 3’ à droite).
![Page 74: Bm historique structure_2013_2014](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022051609/54660bdfb4af9f533f8b536b/html5/thumbnails/74.jpg)
L’ADN EST UNE DOUBLE HÉLICE : ARGUMENTS UTILISES PAR WATSON ET CRICK
• Watson et Crick (1953) è modèle de la double hélice à partir de 3 notions : • Diffraction aux rayons X (Rosalind Franklin et Maurice Wilkins
Wilkins) è ADN a la forme d’une hélice régulière • tour complet tous les 34 Å (3,4 nm) = le pas de l’hélice • diamètre ≈ 20 Å (2 nm) • distance entre 2 nucléotides adjacents : 3,4 Å è ≈ 10 nucléotides / tour d’hélice
![Page 75: Bm historique structure_2013_2014](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022051609/54660bdfb4af9f533f8b536b/html5/thumbnails/75.jpg)
L’ADN EST UNE DOUBLE HÉLICE : ARGUMENTS UTILISES PAR WATSON ET CRICK (2)
La mesure de la densité de l’ADN suggérait que - l’hélice est constituée de 2 chaînes polynucléotidiques ; - le diamètre constant de l’hélice = les bases se font
face à l’intérieur de l’hélice et qu’une purine fait face à une pyrimidine
la liaison purine-purine serait trop volumineuse la liaison pyrimidine-pyrimidine trop peu volumineuse
![Page 76: Bm historique structure_2013_2014](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022051609/54660bdfb4af9f533f8b536b/html5/thumbnails/76.jpg)
L’ADN EST UNE DOUBLE HÉLICE : ARGUMENTS UTILISES PAR WATSON ET CRICK (3)
• Erwin Chargaff (1950) : Quelque soit la séquence de l’ADN,
• le rapport A+T/C+G est variable selon les espèces, mais constant pour tous les membres d'une espèce donnée • C/G ou A/T est à l'inverse constant et égal à un chez toutes les espèces étudiées
• quantité de G toujours = quantité de C • quantité de A toujours = quantité de T
![Page 77: Bm historique structure_2013_2014](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022051609/54660bdfb4af9f533f8b536b/html5/thumbnails/77.jpg)
DOUBLE HÉLICE D’ADN DE WATSON ET CRICK
• Modèle satisfaisant aux données disponibles : double hélice • Les 2 chaînes sont antiparallèles : orientation dans des sens opposés :
5’→3’ et 3’→5‘ • - Squelette sucre-phosphate à l’extérieur et les bases sont à l’intérieur
de la double hélice sous la forme de paires perpendiculaires à l’axe de l’hélice • Squelette = succession de sucres et de phosphates = succession de
liaisons 5’ –3’ phosphodiesters • Position 5’ du cycle d’un pentose est reliée à la position 3’ du
pentose suivant par l’intermédiaire d’un groupement phosphate
![Page 78: Bm historique structure_2013_2014](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022051609/54660bdfb4af9f533f8b536b/html5/thumbnails/78.jpg)
DOUBLE HÉLICE D’ADN
• Les 2 chaînes sont associées par des liaisons hydrogène entre bases azotées dites complémentaires
- G ne peut former de liaisons hydrogène qu’avec C (3 liaisons H) : c’est appariement des bases
- A ne peut former de liaisons hydrogène qu’avec T (2 liaisons H) : appariement des bases
• Les deux brins d’une molécule d’ADN sont complémentaires
• Crick, Watson, et Wilkins reçurent en 1962 le prix Nobel (R. Franklin décédée)
![Page 79: Bm historique structure_2013_2014](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022051609/54660bdfb4af9f533f8b536b/html5/thumbnails/79.jpg)
3
4 6
1
6
1 2
4
3
2
![Page 80: Bm historique structure_2013_2014](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022051609/54660bdfb4af9f533f8b536b/html5/thumbnails/80.jpg)
![Page 81: Bm historique structure_2013_2014](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022051609/54660bdfb4af9f533f8b536b/html5/thumbnails/81.jpg)
DOUBLE HÉLICE D’ADN
• Les liaisons hydrogène nécessitent peu d’énergie pour les briser mais leur multiplicité è forte cohésion de la molécule.
• Les brins peuvent être séparés par chauffage ou par la soude : c’est la
dénaturation ou fusion de l’ADN. La séparation est un phénomène réversible
• Quand les brins se lient de nouveau l’un à l’autre, on parle de renaturation ou hybridation de l’ADN.
![Page 82: Bm historique structure_2013_2014](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022051609/54660bdfb4af9f533f8b536b/html5/thumbnails/82.jpg)
Chaleur
Soude
ADN natif ADN simple brin dénaturé ADN renaturé
![Page 83: Bm historique structure_2013_2014](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022051609/54660bdfb4af9f533f8b536b/html5/thumbnails/83.jpg)
DOUBLE HÉLICE D’ADN • L’enroulement des deux brins l’un autour de l’autre forme une
double hélice : • avec un petit sillon (≈ 12 Å de large)
• avec un grand sillon (≈ 22 Å de large). • double hélice droite. • enroulement se fait dans le sens des aiguilles d’une montre le long de l’axe
de l’hélice. è ADN de forme B.
![Page 84: Bm historique structure_2013_2014](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022051609/54660bdfb4af9f533f8b536b/html5/thumbnails/84.jpg)
DOUBLE HÉLICE DE WATSON ET CRICK
• § tour complet tous les 34 Å (3,4 nm) : pas de l’hélice • § diamètre ≈ 20 Å (2 nm)
• § distance entre 2 nucléotides adjacents : 3,4 Å è ≈ 10 nucléotides / tour d’hélice
![Page 85: Bm historique structure_2013_2014](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022051609/54660bdfb4af9f533f8b536b/html5/thumbnails/85.jpg)
Grand sillon Petit sillon
20 Å
34 Å
![Page 86: Bm historique structure_2013_2014](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022051609/54660bdfb4af9f533f8b536b/html5/thumbnails/86.jpg)
ACIDE RIBONUCLÉIQUE OU ARN (RNA)
• Polynucléotide simple brin • Appariemment de bases complémentaires à l’intérieur des chaînes è repliement des molécules : • Exemple : ARN de transfert
![Page 87: Bm historique structure_2013_2014](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022051609/54660bdfb4af9f533f8b536b/html5/thumbnails/87.jpg)
III- L’ADN EST LE SUPPORT DE L’INFORMATION GÉNÉTIQUE :
RELATION STRUCTURE FONCTION
![Page 88: Bm historique structure_2013_2014](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022051609/54660bdfb4af9f533f8b536b/html5/thumbnails/88.jpg)
LA STRUCTURE DE L’ADN DÉFINIT LES
MÉCANISMES DE L’HÉRÉDITÉ • La séquence des bases dans l’ADN est la forme sous
laquelle est transportée l’information génétique • Spécificité d’espèce
![Page 89: Bm historique structure_2013_2014](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022051609/54660bdfb4af9f533f8b536b/html5/thumbnails/89.jpg)
Organisme
Longueur du génome haploïde en paires de bases
Virus
103 à 105 E. coli
4,5 x 106
Levures
5 x 107 C a e n o r h a b d i t i s
elegans
8 x 107
Drosophile
1,5 x 108 Vertébrés
108 à 1010
Homme
3 x 109 Plantes
1010 à 1011
Longueur du génome de quelques organismes
![Page 90: Bm historique structure_2013_2014](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022051609/54660bdfb4af9f533f8b536b/html5/thumbnails/90.jpg)
LA STRUCTURE DE L’ADN DÉFINIT LES
MÉCANISMES DE L’HÉRÉDITÉ
• Structure en double hélice formée de 2 brins anti-parallèles • Le matériel génétique est reproduit fidèlement de
génération en génération : la réplication de l’ADN est semi-conservative • Chaque brin d’ADN sert de matrice pour la synthèse d’un brin fils
complémentaire • Assemblage du nouveau brin fils se fait avec le brin parental
complémentaire
![Page 91: Bm historique structure_2013_2014](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022051609/54660bdfb4af9f533f8b536b/html5/thumbnails/91.jpg)
3 MODES POTENTIELS DE RÉPLICATION
• Le mode semi-conservatif • Le mode conservatif • Le mode dispersé
![Page 92: Bm historique structure_2013_2014](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022051609/54660bdfb4af9f533f8b536b/html5/thumbnails/92.jpg)
![Page 93: Bm historique structure_2013_2014](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022051609/54660bdfb4af9f533f8b536b/html5/thumbnails/93.jpg)
RÉPLICATION SEMI-CONSERVATIVE : MODÈLE ATTENDU
• Culture de cellules contenant l’ ADN parental dans milieu contenant des atomes lourds d’azote (15N) è 2 brins lourds
• Puis remplacement par du milieu « léger » (contenant de l’azote 14N) èpremière génération è duplex d’ADN de densité intermédiaire : 1 brin parental « lourd » et 1 brin fils « léger »
• 2nde génération : 50% des duplex de densité intermédiaire, 50% de duplex de densité légère
![Page 94: Bm historique structure_2013_2014](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022051609/54660bdfb4af9f533f8b536b/html5/thumbnails/94.jpg)
1ère génération 2nde génération
![Page 95: Bm historique structure_2013_2014](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022051609/54660bdfb4af9f533f8b536b/html5/thumbnails/95.jpg)
RÉPLICATION SEMI-CONSERVATIVE : PREUVE EXPÉRIMENTALE
• Expérience de Meselson et Stahl (1958) • Ont effectivement suivi la réplication d’E. coli pendant 3 générations • A chaque génération, mesure de la densité d’ADN par
centrifugation et comparaison des densités mesurées
![Page 96: Bm historique structure_2013_2014](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022051609/54660bdfb4af9f533f8b536b/html5/thumbnails/96.jpg)
![Page 97: Bm historique structure_2013_2014](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022051609/54660bdfb4af9f533f8b536b/html5/thumbnails/97.jpg)
RÉSULTATS
Léger Intermédiaire Lourd
Parental Génération 1 Génération 2
![Page 98: Bm historique structure_2013_2014](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022051609/54660bdfb4af9f533f8b536b/html5/thumbnails/98.jpg)
LA STRUCTURE DE L’ADN DÉFINIT LES
MÉCANISMES DE L’HÉRÉDITÉ
• L’information génétique est codée : le code génétique • Structure simple et universelle de l’ADN • Seule variable : ordre d’enchaînement des bases
(séquence) • Séquence d’ADN est traduit par une séquence
d’acides aminés dans les chaînes peptidiques • Code génétique lu par groupe de 3 nucléotides ou
codon. Chaque codon correspondant à un acide aminé (à l’exception de 3)
![Page 99: Bm historique structure_2013_2014](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022051609/54660bdfb4af9f533f8b536b/html5/thumbnails/99.jpg)
LA STRUCTURE DE L’ADN DÉFINIT LES
MÉCANISMES DE L’HÉRÉDITÉ • Le code génétique : les relations faisant correspondre les différents
codons avec les différents acides aminés • Chaque gène = une suite de codons
Séquence nucléotidique : 5’ è 3’
Peptide N-terminale è C-terminale
![Page 100: Bm historique structure_2013_2014](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022051609/54660bdfb4af9f533f8b536b/html5/thumbnails/100.jpg)
LA STRUCTURE DE L’ADN DÉFINIT LES
MÉCANISMES DE L’HÉRÉDITÉ
• Le code génétique est déchiffré par des mécanismes complexes situé entre gènes et protéines
![Page 101: Bm historique structure_2013_2014](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022051609/54660bdfb4af9f533f8b536b/html5/thumbnails/101.jpg)
LA STRUCTURE DE L’ADN DÉFINIT LES
MÉCANISMES DE L’HÉRÉDITÉ
• Les mutations è changement dans la séquence d’ADN) : preuve finale que l’ADN est le support de l’information génétique
• Ont permis d’identifier les protéines codées par certains gènes • Ont permis d’identifier la fonction de certaines protéines
![Page 102: Bm historique structure_2013_2014](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022051609/54660bdfb4af9f533f8b536b/html5/thumbnails/102.jpg)
• L’information portée par l’ADN doit : • pouvoir être lue à tout moment (transcription, traduction), • être protégée (noyau, protéines, superenroulé), • réparée en cas d’altération (mécanismes de réparation) • pérennisée dans les cellules filles (réplication, division cellulaire).