BM- PROCARYOYTES 1

Biologie moléculaire

• La biologie moléculaire est une discipline scientifique qui étudie les mécanismes moléculaires du fonctionnement cellulaire, et plus particulièrement la transmission du message génétique et son expression
• Elle englobe l'ensemble des techniques de manipulation des acides nucléiques (ADN et ARN), aussi appelées techniques de génie génétique
• Ces techniques sont utiles dans différents domaines dont la recherche, l'industrie pharmaceutique, la médecine, l'agronomie, l'écologie, la sécurité alimentaire et la police scientifique.

Support de l'information génétique : L'ADN

• L'ADN est le support de l'information génétique (excepté chez certains virus)
• Découvert en 1869 par Johan Frierich Miescher
• La théorie de l'hérédité de Mendel, proposée quelques années plus tôt, n'avait pas encore établi de lien direct avec l'ADN. À la fin du XIXe siècle, il était admis que l'hérédité était transportée par les chromosomes
• L'expérience de Fred Griffith en 1928 a jeté les bases pour démontrer le rôle de l'ADN dans l'hérédité.

Découverte de l'ADN

• L'ADN a été découvert en 1869 par Johan Frierich Miescher.
• L'expérience de transformation de Fred Griffith en 1928 a mis en évidence le rôle de l'ADN comme support de l'information génétique
• En 1944, Oswald Avery et ses collaborateurs ont confirmé que l'ADN était le facteur transformant.
• La détermination de la structure en double hélice de l'ADN par Watson et Crick dans les années 1950 a pleinement établi l'ADN comme support de l'information génétique.

Structure de l'ADN

• L'ADN est une double hélice antiparallèle composée de deux brins complémentaires.
• Les deux brins sont constitués de nucléotides, chacun comprenant une base azotée (adénine, guanine, cytosine, thymine), un sucre (désoxyribose) et un groupe phosphate.
• Les bases azotées sur chaque brin sont liées par des liaisons hydrogène, selon la règle de complémentarité: A avec T et C avec G.

Caractéristiques essentiels de l'information génétique

• L'information génétique est contenue dans les gènes, qui s'expriment via la transcription en ARN
• L'ARN codant est traduit en protéines
• L'ARN non codant, tels que l'ARN ribosomal et l'ARN de transfert, joue des rôles importants dans la synthèse protéique
• L'ADN est organisé en chromosomes.
• La conservation de l'information génétique est assurée par la réplication, les recombinaisons, les mutations et l'évolution.
• L'expression de l'information génétique passe par la transcription et la traduction.

Universalité de l'ADN

• L'ADN est le support de l'information génétique chez la plupart des organismes vivants, excepté certains virus.
• Chez les procaryotes (bactéries et archéobactéries), l'ADN est généralement circulaire et se trouve dans une zone appelée le nucléoïde.
• Chez les eucaryotes, l'ADN est linéaire et contenu dans le noyau cellulaire
• Les virus peuvent avoir un génome d'ADN ou d'ARN, simple ou double brin, linéaire ou circulaire

Localisation des génomes

• Chez les procaryotes, le génome est libre dans le cytoplasme, dans une région appelée nucléoïde.
• Chez les eucaryotes, le génome est localisé dans le noyau, organisé en chromosomes.
• Les plasmides sont de petites molécules d'ADN circulaires qui peuvent se trouver chez les procaryotes et conférer des avantages aux bactéries (ex : résistance antiobiotiques)

Organisation du génome nucléaire eucaryote

• Le génome eucaryote est composé de gènes (codant ou non), de séquences non codantes (pseudogènes, séquences régulatrices, ARN non codants) et de séquences répétées (dispersées ou en tandem). Les gènes sont dispersés parfois organisés en groupes ou clusters.
• La plupart des gènes sont morcelés en exons et introns chez les eucaryotes. La transcription crée un pré-ARNm qui est ensuite transformé en ARNm mature par élimination des introns.

Les chromosomes

• Les chromosomes sont des structures composées d'ADN enroulé et condensé autour de protéines histones
• Ils sont classés selon la position du centromère (métacentrique, submétacentrique, acrocentrique)
• Les chromosomes peuvent être visualisés et étudiés en microscope pendant la metaphase.

Hétérochromatine

• L'hétérochromatine est une forme très condensée de l'ADN, généralement inactive
• L'hétérochromatine constitutive est présente à des endroits précis du chromosome, tandis que l'hétérochromatine facultative peut varier.

Taille, nombres de gènes et densité génétique

• La taille des génomes varie considérablement selon les espèces.
• Les eucaryotes ont généralement des génomes plus grands que les procaryotes, avec une densité génétique plus faible
• En règle générale, la taille du génome ne coïncide pas directement avec la complexité d'un organisme

Éléments mobiles (transposons)

• Les transposons sont des séquences d'ADN qui peuvent se déplacer dans le génome
• Ils sont classés en deux catégories principales: transposons ADN et rétrotransposons.
• Les rétrotransposons utilisent l'ARN comme intermédiaire et nécessitent une enzyme inverse transcriptase.

Pseudogènes

• Il s'agit de copies de gènes qui ont perdu leur fonction lors de l'évolution. Ils sont généralement inactivés.

Séquences répétées

• Les séquences répétées sont des séquences d'ADN qui sont répétées plusieurs fois dans le génome
• Elles peuvent être dispersées ou en tandem.
• Elles ont plusieurs rôles importants dans le maintien de la structure du génome, et dans la régulation de l'expression génique.

Empreintes génétiques

• Les empreintes génétiques utilisent les variations dans le nombre de répétitions de séquences courtes d’ADN (microsatellites) pour identifier individuellement les individus.