Le génome bactérien : structure et organisation Chapitre I

Chapitre I : Le génome bactérien : structure et organisation

• La base monocycle s'apparie avec une base bicyle.
• Le génome bactérien porte l'information génétique des microorganismes.
• L'unité fondamentale et fonctionnelle est le gène.
• La sous-unité répétitive de base de la molécule d'ADN est un désoxyribonucléotide composé d'un sucre (désoxyribose à 5C), d'un phosphate et d'une base azotée.
• Chez les procaryotes, le noyau n'est pas délimité par une membrane nucléaire.
• Les bactéries ne possèdent qu'un seul chromosome.
• La taille du génome varie d'une bactérie à une autre et est exprimée en pb/molécule.
• En général, chez les bactéries, le chromosome est circulaire (en double hélice) et comprend 4,6 millions de pb.

Chapitre II : Réplication de l'ADN chez les procaryotes

• La réplication est semi-conservative.
• Les doubles hélices résultantes sont constituées chacune d'un brin nouvellement formé et d'un brin parental (matrice).
• La réplication se fait toujours dans le sens 5'—3'.
• Les polymérases intervenant dans la réplication catalysent toujours dans le sens 5'—3'.
• La fourche de réplication est bidirectionnelle.
• L'initiation de la synthèse d'ADN chez les procaryotes commence toujours à un endroit bien précis appelé : origine de réplication.
• La synthèse des nouveaux brins est simultanée.
• Au cours de la réplication, les protéines SSB se fixent au brin monocaténaire pour éviter la formation de liaisons hydrogène entre les brins parentaux et aussi la formation de liaisons intra-brins.

Enzymes intervenant dans la réplication

• Protéine d'initiation : donne le signal d'accessibilité de l'origine de réplication.
• ADN Gyrase : déroulement.
• Hélicase : déroulement en amont ; enroulement en aval.
• SSB : maintient des deux brins séparés.
• Primase : initiation.
• ADN Pol III : ajout de nucléotides à l'amorce d'ARN.
• ADN Pol I : 3'—5' : activité polymerasique. 5'—3' : enlève les amorces d'ARN et synthèse des bases.
• Ligase : liaison.

Chapitre III : Les mutations et les agents mutagènes

• Une mutation est une modification ou un changement dans l'information génétique.
• Les mutations spontanées sont généralement dues à des erreurs lors de la réplication.
• Les mutations induites sont dues à l'action d'agents mutagènes physiques ou chimiques.
• Caractéristiques des mutations :
  • Spontanéité
  • Rareté (10−7 à 10−11)
  • Spécificité (spécifique à un ou plusieurs caractères)
  • Hérédité
• Mutations ponctuelles :
  • Substitution
  • Transversion : remplacement d'une base purique par une base pyrimidique.
  • Délétion (délétion/µdélétion)
  • Insertion (insertion/µinsertion)
  • Transition : remplacement d'une base purique par une base de la même catégorie.

Chapitre IV : Réparation des mutations

• La réparation des mutations ou des lésions de l'ADN est à la base du maintien de l'intégrité de l'information génétique.
• La constance d'une molécule d'ADN est obtenue aussi bien grâce à la réplication qu'à la réparation des mutations.
• La réparation des mutations ponctuelles n'affecte pas la réplication ni la transcription.
• Il y a par contre un changement de séquence.
• Les lésions subies par l'ADN constituent des inducteurs de gènes de réparation.

Réparation des lésions de l'ADN

• Réparation par réversions des lésions :

  • Photo-réactivation : les photolyases sont des enzymes activées par l'énergie lumineuse et qui participent à la réparation de l'ADN par coupure des liaisons covalentes au niveau des dimères de thymine.
  • Réversion de dépurination par une purine insertase : restaure la liaison osidique.
  • Réparation des ruptures simples brins : grâce aux ligases.
  • Désalkylation : mécanisme faisant intervenir les alkyltransférases.

• Suppression de la zone endommagée : ce mécanisme est présent chez les procaryotes et les eucaryotes.

  • Reconnaissance de la lésion.
  • Excision de la partie altérée.
  • Réparation par réplication pour combler la lacune (ADN Pol et ligase).### Réparation de l'ADN

• Il existe de nombreuses glycosylases dans la cellule, chacune reconnaît une (ou plusieurs) base(s) modifiée(s) différentes.

Réparation par excision de nucléotides (NER)

• La distorsion ou l'erreur présente sur l'un des deux brins est reconnue.
• L'erreur est ensuite excisée par une nucléase.
• L'excision laisse une brèche sur un des deux brins de l'hélice.
• L'ADN Pol intervient pour combler le vide.
• Les nucléotides ainsi insérés par l'ADN Pol sont complémentaires de ceux du brin intact.
• L'ADN ligase soude les deux extrémités de la séquence.

Correction des mésappariements

• Réparation par les Topoisomérases (ADN Pol I et III) : correction d'épreuves.
• L'ADN Pol I grâce à son activité exonucléasique dans le sens 3'—5' corrige les erreurs de mésappariement des bases durant la réplication.

Système de réparation guidée par les CH3 : système MMR (Methyl Mismatch Repair)

• Chez les procaryotes, le système de réparation repère la méthylation des adénines des séquences GATC.
• Le système enzymatique de réparation est multi-protéique.
• Il est capable de reconnaitre un mésappariement et une séquence GATC située dans l'environnement du mésappariement.
• La reconnaissance du brin matrice par rapport au brin nouvellement synthétisé est basée sur la présence de méthylations spécifiques dans le premier.
• Ce complexe multienzymatique est codé par les gènes MUT et constitué des enzymes MUT.

Réparation par recombinaison homologue

• La réparation intervient sur le brin néosynthétisé lors de la réplication.
• La molécule qui servira de matrice est le 2ème résultat de la réplication du 2ème brin néosynthétisé.
• C'est un système de réparation constitutif, basé sur la recombinaison homologue.
• Il intervient quand les systèmes précédents n'ont pas pu réparer les lésions.

Tolérance de la zone endommagée

• La lacune est laissée sur le brin fils en face du dimère.
• La lacune est remplie par la séquence du brin parental opposé identique à ce brin fils qui est prélevée par la protéine Rec A.
• Cela va fournir la séquence correcte et créer une deuxième lacune sur le brin parental opposé.
• Le dimère est excisé par des enzymes d'excision.
• Les deux lacunes sont ensuite corrigées grâce à l'ADN polymérase qui synthétise la séquence complémentaire et antiparallèle de chaque brin parental.

Réparation par le système SOS

• Lex A : répresseur des gènes de réparation.
• Lésion => Activation de Rec A => Lyse de Lex A => Expression des enzymes de réparation.
• Si les dommages dans l'ADN sont trop importants, le système SOS se met en place.
• C'est le dernier système pour tenter de réparer les dommages de l'ADN.
• Le système SOS se met en place et active la deuxième fonction de la protéine Rec A : son activité protéolytique.

La protéine RecA

• Enzyme bifonctionnelle.
• Activité d'échange de brins d'ADN, d'où son rôle dans la recombinaison.
• Activité protéolytique intervenant dans le mécanisme de réparation par le système SOS.