De L'ADN à la protéine - Structure de l'ADN PDF

De l'ADN à la protéine -- La structure de l'ADN 1 Le dogme central  ================= - Idée : l'**information génétique** (contenue dans l'ADN) est transmise à l'ARN puis traduite en protéines (« principe actif ») - La structure de la molécule d'ADN donne info sur la façon de fonctio...

De l'ADN à la protéine -- La structure de l'ADN 1 Le dogme central  ================= - Idée : l'**information génétique** (contenue dans l'ADN) est transmise à l'ARN puis traduite en protéines (« principe actif ») - La structure de la molécule d'ADN donne info sur la façon de fonctionner - ADN (acide désoxyribonucléotique) **contient l'info génétique** Purifier chimiquement l'hérédité 1. **Localisation et propriétés (chez les eucaryotes)** Condensé dans le fuseau mitotique -\> prêt à être séparés en 2 cellules filles - Ceci va les rendre **visible** Expériences qui ont permis de prouver que l'ADN est porteur de l'information génétique (ADN comme substance génétique) ====================================================================================================================== - (Miescher (1869) découvre dans noyau cell une **substance** gélatineuse, acide, riche en phosphore et composée de 70% de protéines à « nucléin ») Le principe transformant : expérience de **Griffith** (1928) ------------------------------------------------------------ Il travaille sur des bactéries très pathogènes pour l'homme (pneumonie) qui, en culture, donne des colonies avec une **surface lisse** (capsule sucre pour se protéger du syst imm)type S Injectées à une souris, celle-ci meurt. Il y a aussi des colonies rugueuses (type R) il les a alors injectées dans une souris qui n'en n'est pas morte à Il y a une **perte du caractère pathogène**/pas de capsule donc pas de protection Il a ensuite tué les bactéries S en les **chauffant** et la souris survit après injection. Puis, il a **mélangé les bactéries S mortes avec les R** qu'il a injecté à la souris à celle-ci meurt et on retrouve des bactéries S vivantes. **[Interprétation]** : le caractère pathogène de bactéries S mortes est passé dans les bactéries R ce qui les a rendues pathogènes : c'est le **principe transformant** (permet à une cell de léguer ses propriétés à une autre)caractère héréditaire **Principe transformant : transfert de matériel génétique horizontal**  Expérience de Oswald **Avery** / **Mc Carty et McLeod** (1943) -------------------------------------------------------------- En prenant des colonies de bactérie S et en les chauffant et broyant : 1. Ils obtiennent le même résultat : rien n'enlève Avec une **endonucléase** à ça supprime l'ADN des S et donc elles vivent. C'est donc bien l'ADN qui porte l'information génétique. Expérience **Hershey et Chase** : l'approche virale (« the blender experiment ») -------------------------------------------------------------------------------- La solution vient des virus : les bactériophages (constitués de protéines et d'ADN. *Des parasites de bactéries*). La tête contient l'**ADN** (32phosphore radioactif). Le corps contient les **protéines de phage** (35souffre radioactif). - Seul l'ADN du phage rentre dans la bactérie en les **infectant** - Il y a ensuite une séparation des phages « vides » qu'on centrifuge (migrent vers le haut car légers) (80% contiennent du **35s**) - Les bactéries sont infectées à 70% par du **32p** donc **ADN**. - **Les nouveaux phases** contiennent 30% de 32p d'**ADN** et presque 0% de protéine Les phages infectent la bactérie, et on observe. àQuand les protéines sont marquées, on les retrouve à l'extérieur des bactéries à Quand c'est l'ADN qui est marqué, c'est la bactérie qui est marquée **[Conclusion] **: La démonstration est faite que l'ADN pénètre la bactérie et sert d'information génétique au bactériophage (virus) La composition de l'ADN : polymère linéaire =========================================== - Unité de base : nucléotide **Convention** : on note arbitrairement les carbones à partir du 1' qui commence au premier OH L'ADN (polymère) est formé par un enchainement de nucléotide (monomère) 2 types de pentose : beta-d-ribose (ARN) / beta-D-2-ribose (ADN) Sucre = **désoxy** car il n'y a pas de OH en 2' mais seulement H Alors que pour un **ribose** il y a un OH en 2' (comme pour l'ARN) Les 4 bases : réparties en 2 sortes (purine et pyrimidine) -------------------------------------------------------------------------------- - **Purines** (2 cycles aromatiques) : adénine et guanine (A G) - **Pyrimidines** (1 cycle aromatique) : thymine et cytosine (T C) - **Les bases se « branche » sur le carbone 1'** *NB : toujours une purine en face d'une pyrimidine (A-T et G-C)* ### Nomenclature : - Base = base + rien - Nucléoside= base + sucre - Nucléotide= base (1') + sucre + phosphate (5') *On nomme donc différemment suivant le nombre de phosphate* *Un nucléotide peut être mono, di ou tri-phosphorylé (phosphate nommé alpha, beta et gamma) )* Les liaisons au sein du nucléotide ---------------------------------- - *Entre un phosphate et deux sucres : liaison **phosphodiester*** ***-\> lien covalent*** - *Entre deux bases complémentaires : liaison hydrogène avec les ponts hydrogènes*  ***-\> non covalent*** La structure de l'ADN  ====================== La quantité de nucléotides : ---------------------------- Chargaff (1949) = tableau avec quantité similaire AT & CG --------------------------------------------------------- La double hélice : Franklin, Watson et Crick : À partir des photos de Rosalind Franklin, **Watson et Crick** construisent un modèle de l'ADN. Ils créent deux **hélices** antiparallèles où les phosphates sont à l'extérieur et les bases à l'intérieur. L'appariement des bases est **complémentaire**. Si les deux hélices se séparent chaque brin peut agir comme une matrice et former une nouvelle hélice. Les phosphates sont chargés **négativement.** La complémentarité des ponts hydrogènes et l'antiparralélité ------------------------------------------------------------ Appariement est possible grâce aux **ponts hydrogènes** qui assurent la complémentarité Ces ponts se font avec de l'azote ou de l'oxygène. **(N-H ou O-H)** Charge partiellement négative de l'azote et positive de l'hydrogène. Les brins sont antiparallèles. Ils ont des liaisons **covalentes** entre eux. ----------------------------------------------------------------------------- On remarque que les sucres sont en position opposée (tête-bêche) ce qui suggère que les 2 chaînes sont **antiparallèles** ce qui veut dire que l'autre brin/ruban est dans le sens 3' à 5', donc leur **polarité est inversée**. - **1 nm de large** ----------------- Sucre + phosphate = **squelette** sucre-phosphate La complémentarité se montre également lorsque les brins de l'hélice **parentale** se séparent et peuvent former de nouveaux brins en formant donc deux nouvelles hélices descendantes. La liaision phosphodiester donc covalentes ! -------------------------------------------- - **Entre A-T : 2 liaisons hydrogènes** - **Entre G-C : 3 liaisons hydrogènes** Un brin : monocaténaire Double brin : bicaténaire **Structure et propriétés biochimiques de l'ADN** **Comment reconnaître les bases s'ils sont dans la double hélice ?** **Les sillons** -\> reconnaissance de l'ADN par des protéines La plupart des contacts ADN-protéines sont dans le **sillon majeur plus grand et facile d'accès** Comment lire une information qui est cachée à l'intérieur ? Comme nous pouvons le remarquer ci-dessus, certains atomes sont des **donneurs de pont hydrogène** d'autres des **accepteurs** ainsi que d'autres sont des **protubérances hydrophobes.** Finalement, **certains hydrogènes sont attachés à des carbones (blanc)** et sont donc pas disponibles pour former un pont hydrogène. ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- La limite externe du squelette sucre-phosphate se situe à l'extérieur de la double hélice Les bases azotées vont recruter des acides aminés tels que (Asn51, Arg53...). Ils vont former des liens hydrogènes. Les protéines vont reconnaître l'ADN malgré ses liens **non covalents.** - **Les régulateurs de transcription** vont amener des acides aminés qui vont aider à former le grand sillon en formant des liens hydrogènes donc **non covalents** **La dénaturation et renaturation** Les brins peuvent être séparés par la **perte des ponts H et la chaleur.** Nous avons donc notre ADN double brin. Nous allons le **dénaturer** en le chauffant. Ceci va déstabiliser les ponts hydrogènes et les liaisons non covalentes. La stabilité de la double chaîne dépend du **% de GC** plutôt que d\'AT étant donné qu'il y a **3 ponts hydrogènes** chez eux et **seulement 2** chez les AT. La **stabilité** de la double chaîne peut aussi augmenter en parallèle avec l'augmentation du % de GC. Puis, il y aura deux types de liaisons les covalentes et les non **covalents. Les liaisons non convalentes sont celles qui sont complémentaires ou hydrophobes**. La renaturation va se passer lorsqu'on va refroidir tranquillement ces deux brins ce qui va nous amener au résultat final -\> **ADN renaturaté** La spécificité de ce processus est qu'on puisse **retrouver nos paires initiales** après les avoir chauffées et refroidies. Il y a un mixte d'ADN qui se dissocient en chauffant et qui se réapparie quand on refroidit -\> Technologie Les structures alternatives de l'ADN  ------------------------------------- *L'ADN génomique peut se présenter sous différentes structures. La forme canonique **(B)** est celle qui est **la plus stable donc la plus maintenue**.* *Certaines autres structures comme la **H, B et la Z** sont possibles et ont déjà été **visualisées in vivo**.* *Elles sont toutefois difficiles à en connaître l'entendue et prédites dans certaines régions du génome comme répétitions.* *Par exemple la **Z** s'agit d'une **alternance entre purine et pyrimidine*** *La **H** de **répétitions** ce qui va créer une formation de partielle* *La **G** soit un stretch de 3 ou plus G ainsi que des **ponts hydrogènes entre 4 guanines*** - *Créent de **grande déstabilisation*** *Elles peuvent avoir de l'influence sur* - *Initiation et la vitesse de réplication* - *Apparition de variations génétiques* - *La densité des histones* - *La vitesse de transcription* ***Principes d'organisation du génome humain*** 1. *Les chromosomes* 3. ***Milliard de paires de bases** dans le génome humain **haploïde*** ***ADN dans le noyau*** ***La chromatine*** 1. ***Fragmenter** le génome et insérer les fragments dans des clones* 2. ***Ordonner** les clones* 3. ***Fragmenter** en plus petits fragments* 4. ***Générer** des milliers de séquences et les assembler* 5. ***Assembler** les clones se chevauchant* *La technologie était mure à cette époque mais pas l'échelle donc on a commencé par faire sur les **drosophiles puis sur les vers**.* *Une initiative publique (**NIH**) s'en est occupée puis une initiative privée (**CELERA**)* Généralités  ------------ 1. Annotations 4. Milliard de bases donc de **code** -\> 20\'000 gènes codants (moins qu'attendu) - Beaucoup de **répétitions** - Des millions de séquences **régulatrices (disent si gène est activé)** 2. Développement - Technologie permet le **séquençage de masse** - **PACBIO et nanopore sequencing** pour les lectures longues (5k-1mio pbs) -  Pour lecture courte 50-500 pbs = paire de bases - Le prix du séquençage a drastiquement chuté de **100'000\$ en 2001 à 600\$ de nos jours** 3. Applications médicales **But : trouver origine des maladies héréditaires** - Certains gènes sont liés à des maladies rares **monogéniques** (mucovisidose, myopathie de duchenne) d'autres fréquentes **polygéniques**. (Diabète, schizophrénie\...) - Permet de trouver **un variant** dans les gènes et les mutations liées à des syndromes connus - Maladies fréquentes polygéniques - Trouver des variants et chaque mutation a un petit effet - Les statistiques permettent de cartographier - Le **séquençage** permet de trouver rapidement des **médicaments adaptatés** pour des nouveaux nés ayant une maladie potentiellement génétique **Nouveau-né** Trouver si c'est une cause génétique la maladie car les parents qui sont **cousins germains** - Un nourrisson âgé de 5 semaines admis pour pleurs inconsolables, atypiques Trouver des tumeurs et les gènes liés avec des traitements personnalisés et adaptés pour l'oncologie. - **Séquençage du génome de tumeurs** - Faire des médicaments avant le génome humain on ne connaissait pas la protéine cible mtn oui-\> beaucoup plus facile à produire