Chapitre Matériel Génétique 2021-2022 PDF

UNIVERSITE DES SCIENCES ET DE LA TECHNOLOGI E HOUARI BOUMEDIENE FACULTE DES SCIENCES BIOLOGIQUES Saida BOUDERBA, Radia CHEMLAL, Farida LAMRANI, Nadia HADJALI, Majda LOUNICI, Ilham SAHKI, Fethia BOUCHELILT, Farida TEBTOUB,Khadidja KHORSI, Assia GALLEZE. Année uni...

UNIVERSITE DES SCIENCES ET DE LA TECHNOLOGI E HOUARI BOUMEDIENE FACULTE DES SCIENCES BIOLOGIQUES Saida BOUDERBA, Radia CHEMLAL, Farida LAMRANI, Nadia HADJALI, Majda LOUNICI, Ilham SAHKI, Fethia BOUCHELILT, Farida TEBTOUB,Khadidja KHORSI, Assia GALLEZE. Année universitaire 2021-2022  Introduction Le matériel génétique est présent dans toutes les cellules vivantes. Il doit contenir l’information nécessaire au développement et au fonctionnement de l'être vivant. L'information génétique est transmise par hérédité des parents aux descendants. https://coramh.org/genetique-et-heredite/  L’ADN est Le support De L’héréDité Chez la majorité des organismes, la substance de l’hérédité correspond à de l'ADN présent dans les cellules.  chez certains virus (rétrovirus ) le matériel génétique est de l'ARN (exemple :VIH).  Le matériel génétique des virus qui infectent les bactéries (appelés bactériophages ) est constitué d’ADN.  I. STRUCTURE et COMPOSITION des ACIDES NUCLEIQUES Les acides nucléiques sont constitués d'un enchaînement de nucléotides.. Les nucléotides se composent d’un groupement phosphate , d’un pentose et d’une base azotée (A, T, C, G,U). Le nucléotide http://brussels-scientific.com/wp-content/uploads/2015/11/nucleotide-1.jpg  Les bases azotées Bases puriques : adénine A et guanine G Bases pyrimidiques: thymine T, cytosine C et uracile  sucres 2-Désoxyribose Ribose http://brussels-scientific.com/wp- Nucléoside = base + pentose content/uploads/2015/11/nucleotide-1.jpg http://pratclif.com/biologie-moleculaire/dna/images/Fig.0207.jpg  1. ADN ou acide désoxyribonucleique Watson et Crick (1953) proposent le modèle de la double hélice : 2 brins (polymères)de nucléotides. Ces brins sont complémentaires , antiparallèle , et d'orientation inversée. La complémentarité des 2 brins est liée à l’association ou l’appariement des bases : une purine avec une pyrimidine (A- T; C-G) reliées par des liaisons hydrogène. http://profsvt71.e-monsite.com/medias/images/20.png?fx=c_400_400 5’P 3’OH double hélice 3’OH 5’P (2 brins) Chargaff a analysé la proportion des bases dans l'ADN de plusieurs organismes différents et a tiré deux conclusions : Chaque espèce a sa propre composition d'ADN Dans les brins complémentaires, autant d'adénine que de thymine (%A =% T), et autant de guanine que de cytosine (%G =% C). Dans un ADN bicaténaire, le rapport de Chargaff A+ G / C+ T est égal à 1 ∑(A+G)purines = ∑( C+T) pyrimidines = 50% de la molécule le rapport A+T/C+G est variable selon les espèces mais constant entre les membres d'une même espèce. 2. ARN ou acide ribonucléique Comme l’ADN, l’ARN est un polymère formé de l’enchainement d’unités appelés nucléotides. Le pentose est le ribose et les bases azotées sont l’adénine, la guanine, la cytosine et l’uracile. Tableau comparatif de la composition des acides nucléiques https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/95/Composition_compar%C3%A9e _des_Acides_nucl%C3%A9iques.png II. PROPRIETES PHYSICO-CHIMIQUES de l'ADN -Concentration cellulaire: chez les eucaryotes, le nombre chromosomique est caractéristique de l'espèce. Dans les cellules haploïdes ( n) la quantité d’ADN représente la moitié de la quantité contenue dans les cellules diploïdes (2n). -Stabilité métabolique: L ’ADN reste stable pendant le cycle cellulaire contrairement aux autres substances comme les protéines, les sucres et les lipides qui peuvent être dégradées ou synthétisées selon les besoins. Sensibilité à la température Le chauffage progressif atteignant la Température de fusion ou Tm entraine la dénaturation de l'ADN par rupture des liaisons hydrogène et séparation des deux brins  le refroidissement progressif permet la renaturation ou le rétablissement des liaisons hydrogène de la double hélice. -Sensibilité aux UV: les bases de l’ADN absorbent fortement la lumière ultraviolette à 260 nm (maximum d'absorption).. Les radiations peuvent entrainer des cassures à l'origine de mutations. III. REPLICATION DE L'ADN La réplication d'une molécule d'ADN est un processus permettant d'obtenir deux molécules filles identiques à la molécule mère. -Elle a lieu lors des divisions cellulaires. -Elle débute en un point précis appelé «origine de réplication» (Ori). -L’origine de la réplication est la séquence de bases où démarre la synthèse d’ADN.  Les procaryotes ont une seule origine de réplication.  Les eucaryotes ont plusieurs origines de réplications. https://www.medicinus.net/wp-content/uploads/2018/08/replication_3.jpg  La molécule mère d'ADN se déroule et se sépare en deux brins qui vont servir chacun de modèle (matrice) pour la synthèse de nouveaux brins désignés brins néoformés, et qui leur seront complémentaires. Molécule mère Brin matrice ou modèle Molécules Brin filles néoformé Réplication semi conservative. www.edu.upmc.fr/sdv/masselot_05001/ aller dans introduction / Caractéristiques du vivant/ propriétés de l'ADN). L'ADN polymérase est l'enzyme de réplication qui catalyse la polymérisation des nucléotides dans le sens 5'....3' sur le nouveau brin (brin néoformé). L’enzyme accroche au brin en cours de synthèse le nucléotide complémentaire À une extrémité 3’- OH libre. http://univ.ency-education.com/uploads/1/3/1/0/13102001/genetique1an-replication_adn2017.pdf La synthèse se fait de manière complémentaire et anti parallèle à l’ADN parental. 5’ 3’ 3’ 5’ 5’ 3’ https://www.afterclasse.fr/fiche/267/reproduction-conforme-de-la-cellule-et-replication-de-ladn/schema a) Mode de réplication de l’ADN ? 3 Hypothèses:c, sc et d… Lequel de ces 3 modèles correspondrait à la réplication ? https://www.svt-biologie-premiere.bacdefrancais.net/meselson1.gif L’ADN se réplique selon le mode SEMI CONSERVATIF: chaque molécule d'ADN fille contient un brin parental et un brin néoformé. Ce mode de réplication a été proposé et confirmé par l’expérience de Meselson et Stahl (1958) https://docplayer.fr/7714163-Replication-de-l-adn.html  b) Mécanisme de la réplication chez les procaryotes Elle débute en un point précis appelé "origine de réplication (ORi).  Elle est bidirectionnelle faisant intervenir 2 fourches de réplication (FR). https://encrypted- https://docplayer.fr/18889177-Genetique-des-procaryotes- tbn0.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcQcW6y43xoOpyrXozTtUzDpec cours-proposes-par-dr-saidi-niveau-l3.html KgjlGVr_O8Aw&usqp=CAU -Fourche de réplication est la région où les brins parentaux se séparent et les nouveaux brins sont en train d’être synthétisés. -A partir de l’origine, la réplication se fait dans 2 directions opposées jusqu’à la formation de 2 molécules filles dédoublées.  Qu’est-ce qui se passe au niveau de la fourche de réplication FR ? https://sienceduvivant.files.wordpress.com/2017/01/figures-1314.jpg?w=680 La FR se déplace dans la direction des brins non séparés (flèche );  si on part de l’extrémité 5’…….3’ (nouveau brin) la synthèse est continue (brin avancé) et présente la même direction que la FR. A l’inverse , le brin néoformé qui se dirige dans la direction opposée à la FR, la synthèse se fait par petits fragments ou synthèse discontinue (brin retardé). Sur ce brin retardé, l’initiation de la réplication nécessite une amorce (primer), constitué d’une petite séquence d’ARN suivie d’un morceau d’ADN, et l’ensemble constitue le fragment d’Okazaki (OK). La taille du fragment serait de 1000-2000 nucléotides.  Les principales Protéines impliquées dans la réplication de l’ADN chez les Procaryotes -Hélicase : enzyme qui sépare les 2 brins d’ADN par rupture des liaisons hydrogènes. -Gyrase: une topoisomérase qui empêche le super enroulement de la double hélice. - Les topo-isomérases diminuent considérablement le taux d’enroulement de l’ADN. -Proteines SSB : maintiennent le brin modèle ou matrice sous forme monocaténaire. https://www.medicinus.net/wp-content/uploads/2018/08/replication_5.jpg -Primase (ARN polymérase): enzyme catalysant de courtes séquences d’amorces d'ARN qui fournissent l'extrémité 3'OH nécessaire à l’ADN polymérase. -ADN polymérases III: enzyme principale catalysant la polymérisation des désoxyribonucléotides (5'..3') dans le brin direct ou avancé et les fragments OK. - ADN polymérase I: élimination des amorces ARN (par activité exonucléasique 5'..3') et leur remplacement par de l'ADN. - ADN ligase : enzyme catalysant la liaison entre les fragments d'ADN , permettant la liaison phosphodiester entre les nucléotides. https://www.shmoop.com/images/biology/biobook_dna_graphik_30.png  Propriétés de l’ADN polymérase Chez les procaryotes, il existe 3 ADN polymérases: I, II et III L’ADN polymérase possède en général 2 activités:  la polymérisation: Elle ajoute de nouveaux nucléotides libres à l'extrémité 3 ‘OH du brin nouvellement formé, l'allongeant dans une direction 5‘ 3‘. Activité exonucléasique: -dans le sens 3‘ 5‘, hydrolyse du nucléotide incorrect et son remplacement par le nucléotide correct. -dans le sens 5‘ 3‘, retrait de l’ARN sur fragments OK. L’activité exonucléasique 3’…5’ de la fonction de relecture https://fr.wikipedia.org/wiki/ADN_polym%C3%A9rase  Réplication de l’ADN chez les eucaryotes Le mécanisme général de réplication est comparable à celui des procaryotes.  La réplication a lieu pendant la phase S du cycle cellulaire. Il existe plusieurs origines de réplication ou réplicons.  Plusieurs polymérases sont impliquées α, β, δ, γ, ɛ. Yeux de réplication https://mystidia.com/wp-content/uploads/2020/01/word-image-961.jpeg Les différentes polymérases: -α: synthèse des amorces d’ARN. - β: impliquée dans la réparation de l’ADN. - δ: polymérase principale et possède une activité exonucléasique 3‘-5‘. - ɛ : activité polymérasique et activité exonucléasique 3'-5' et 5'-3'. -γ : impliquée dans la synthèse de l’ADN mitochondrial. Les fragments (OK) sont plus courts (100 à 200 nucléotides). Lorsque la fourche de réplication progresse, l’ADN doit être déroulé du nucléosome pour que la réplication puisse avoir lieu. Ceci ralentit la fourche de réplication et pourrait expliquer la faible longueur des fragments.  Webographie 1-http://univ.ency-education.com/uploads/1/3/1/0/13102001/genetique1an-replication_adn2017.pdf 2-https://mystidia.com/wp-content/uploads/2020/01/word-image- 961.jpeg 3-https://www.shmoop.com/images/biolog y/biobook_ dna_graphik_30.png 4-https://www.medicinus.net/wp-content/uploads/2018/08/replication_5.jpg 5-https://sienceduvivant.files.wordpress.com/2017/01/figures-1314.jpg?w=680 6-https://encrypted-tbn0.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcQcW6y43xoOpyrXozTtUzDpecKgjlGVr_O8Aw&usqp=CAU 7-https://docplayer.fr/18889177-Genetique-des-procaryotes-cours-proposes-par-dr- saidi-niveau-l3.html 8-https://docplayer.fr/7714163-Replication-de-l-adn.html 9-https://www.svt-biologie-premiere.bacdefrancais.net/meselson1.gif 10-https://www.afterclasse.fr/fiche/267/reproduction-conforme-de-la-cellule-et-replication-de-ladn/schema 11-www.edu.upmc.fr/sdv/masselot_05001/ aller dans introduction / Caractéristiques du vivant/ propriétés de l'ADN). 12-https://www.medicinus.net/wp-content/uploads/2018/08/replication_3.jpg 13-https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/95/Composition_compar% C3%A9e_des_Acides_nucl%C3%A9iques.png 14-http://profsvt71.e-monsite.com/medias/images/20.png?fx=c_400_400 15-http://brussels-scientific.com/wp-content/uploads/2015/11/n ucleotide-1.jpg 16-http://pratclif.com/biologie-moleculaire/dn a/images/Fig.0207.jpg 17-http://brussels-scientific.com/wp-content/uploads/2015/11/nucleotide-1.jpg 18-https://coramh.org/genetique-et-heredite/