[PDF] La régulation de lexpression des gènes

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La régulation de O·H[SUHVVLRQ des gènes

Présentée par: Dr DAHMANI. D.I

GENERALITES

Ilyadeuxraisonquipeuventjustifiercela.

réalisable.

CHEZ LES PROCARYOTES

1.INTRODUCTION

1 extracellulaires 2 ‡Transmis aux gènes par des protéines régulatrices 3 5 deviennentnécessaires

1.1. 4X·HVP-ce-que la REGULATION GENETIQUE ?

Les gènes codant ces protéines sont appelés les gènes régulateurs. Il yadeux types de protéines régulatrices : transcriptiondugène transcriptiondugène 6

O·HQYLURQQHPHQPimmédiat

donnédansunenvironnementdonné.

1.2.Pourquoi LO \ M UpJXOMPLRQ GH O·H[SUHVVLRQ GHV JqQHV"

7

1.3.Niveauxderégulation

Quelques constats

environnement. quelquesminutes). lemêmecompartimentcellulaire. 8 effectivement 9

2.Régulation de la transcription

transcription promoteur protéinesrégulatrices 10

Quelques définitions

Facteur

transcriptionnelle.

Activateur

favoriseO·H[SUHVVLRQG·XQgène.

Répresseur

O·H[SUHVVLRQG·XQgène.

Opérateur

11

Gène

enzymeouuneprotéinerégulatrice.

Gène

4XHOTXHV GpILQLPLRQV"

12 Trans (activateur,répresseur) Cis (promoteuretopérateur)

4XHOTXHV GpILQLPLRQV"

NotionG·RSpURQ

généralement

Plathelminthes).

chez

Opérateur : contrôle de la transcription

Promoteur IL[MPLRQ GH O·$51 SRO\PpUMVH

+1 : début de la transcription

Terminateur : fin de la transcription

codonstop. mêmeséquencebiochimique. NB : -Un cistron est une séquence codante encadrée par AUG puis STOP -Certains ARNm peuvent avoir plus de 2 cadres de lectures

Induction

" Opéron Lactose » Synthèse des enzymes nécessaires au métabolisme du lactose

Répression

" Opéron Tryptophane »

Synthèse des enzymes impliquées dans la

biosynthèse du tryptophane

Induction

" Opéron Lactose » mammifères) Régulation GH O·H[SUHVVLRQ GHV JqQHV LPSOLTXpV GMQV OHV YRLHV cataboliques assurerlacroissanceetdivisioncellulaire. danslecatabolismedessucres. etsecondairementdugalactose.

Glucose

Energie + Carbone

Lactose

Glucose

Galactoseǀ-galactosidase

Métabolisme du glucose et lactose

Membrane bactérienne

Glucose

perméase glucose

Lactose

Perméase au lactose

Croissance

Glycolyse

¾I·XPLOLVMPLRQ GX OMŃPRVH LPSOLTXH OHV PrPHV HQ]\PHV TXH ŃHOOHV nécessaires pour le glucose mais aussi une perméase et la ǀ-galactosidase

STRUCTURE DU LACTOSE

Liaison ǀ-galactosidique.

ǀ-galactosidase

lactose galactose glucose

ALLOLACTOSE EST L'INDUCTEUR

allolactoseǀ1-6partransglycosylation lactose ǀ1-4 allolactose ǀ1-6 Analyse génétique du métabolisme du lactose ¾5HŃOHUŃOH GH PXPMQPV LQŃMSMNOHV G·XPLOLVHU OH OMŃPRVH SOpQRP\SH LOMŃ-]

GlucoseLactose

Glucose

Incubation à 37°C

Mutagenèse UV

Réplique sur velours[lac-

lac+ )· OMŃ+ lacZ- IH PpURGLSORwGH )·OMŃ+)/lacZ-) a le phénotype [lac+]

¾La mutation lacZ-est récessive

Test de dominance

lacY- )· OMŃ+ LacZ-

Le mérodiploïde a le phénotype [lac+]

¾Les mutations lacZ-et lacY-affectent des gènes différents

Tests de complémentation

Conclusion analyse génétique

2 gènes impliqués dans le métabolisme du lactose : lacZet lacY

Les mutations sont récessives : perte de fonction du gène Mutant lacZ-: incapable de métaboliser le lactose quelle que soit la [C]lactosedans le milieu de culture. Des expériences avec du lactose UMGLRMŃPLI PRQPUHQP TX·LO HVP PUMQVSRUPp GMQV OM ŃHOOXOHB 3MV G·MŃPLYLPp ǀ-galactosidase : le gène lacZŃRGH OM ǀ-galactosidase Mutant lacY-peut métaboliser le lactose si [C]lactosedans le milieu de ŃXOPXUH HVP IRUPHB I·MŃPLYLPp ǀ-galactosidase est alors normale (même SMUMPqPUHV ŃLQpPLTXHV TXH OM ǀ-galactosidase sauvage) : le gène lacY code la perméase au lactose. Les analyses de croisements entre les mutants montrent que ces deux

JqQHV VRQP PUqV SURŃOHV O·XQ GH O·MXPUHB

lac Zlac Y

6PUXŃPXUH GH O·RSpURQ © OMŃ ª

encis. localiséenamontdeO·RSpURQlac.

6PUXŃPXUH GH O·RSpURQ © OMŃ ª

3gènesstructuraux:

constitutifs(clivelelactoseenGlu+Gal).

1gènerégulateur:

lactose. Les enzymes du métabolisme du lactose sont inductibles

En amont :

ƒun site CAP fixant une protéine CAP activée par l'AMPc: la fixation induit l'activation du promoteur et donc la transcription des gènes de structure.

En aval :

Le promoteur de ces trois gènes possède

l'organisation de l'opéron lactose.

I·RSpURQ OMŃPRVH

Régulation négative par un répresseur =>En absence de lactose : Le UpSUHVVHXU HVP IL[p VXU O·RSpUMPHXU HP PMLQPLHQP OM PUMQVŃULSPLRQ GMQV XQ

état réprimé.

(Q SUpVHQŃH GH O·LQGXŃPHXU OMŃPRVH OH UpSUHVVHXU HVP LQMŃPLYp HP TXLPPH

O·RSpUMPHXU Ń·HVP O·LQGXŃPLRQ

Régulation positive par un activateur => En absence de glucose [AMPc@ HVP IRUPHB IM SURPpLQH F53 IL[H O·AMPcet devient capable de UHŃRQQMvPUH XQH UpJLRQ SURŃOH GX SURPRPHXUB (OOH LQPHUMJLP MYHŃ O·$51 polet facilite sont recrutement en -10 et -35 du promoteur. IH PRGqOH RSpURQ GH -MŃRN HP 0RQRG pPMNOL G·MSUqV O·RSpURQ OMŃPRVH Un opéron comprend un certain nombre de gènes régulés par un seul SURPRPHXU HP pYHQPXHOOHPHQP XQ RSpUMPHXUB I·$51P SURGXLP HVP SRO\ŃLVPURQLTXHB I·H[SUHVVLRQ GHV JqQHV ŃRQPHQXV GMQV O·RSpURQ QpŃHVVLPH O·LQPHUMŃPLRQ HQPUH GHV VpTXHQŃHV ŃLV SURPRPHXU HP RSpUMPHXU HP GHV séquences trans(facteurs de transcription).

Comment VH IMLP O·LQGXŃPLRQ "

Une propriété très intéressante GH ŃHUPMLQHV SURPpLQHV HVP O·allostérie :

Llostérie

Des protéines sont dites peuvent modifierleurs

conformations et ainsi leurs sites deliaison. Exemples de protéines allostériques: activateurs, répresseurs,etc.

Opérateur

Inducteur

Répresseur

I·LQGXŃPLRQ

(Q MNVHQŃH GH OMŃPRVH GMQV OH PLOLHX GH ŃXOPXUH SMV G·MŃPLYLPp ǀ- galactosidase détectable : il existe un inducteur

¾le lactose lui même?

¾produit de dégradation du lactose?

I·H37* LVRSURS\O POLRJMOMŃPRVLGH HVP XQ MQMORJXH QRQ PpPMNROLVMNOH GX OMŃPRVHB HO Q·HVP GRQŃ SMV ŃOLYp SMU OM ǀ-JMOMŃPRVLGMVH SRXUPMQP Ń·HVP XQ LQGXŃPHXU GH O·H[SUHVVLRQ GH OM ǀ-galactosidase : on parle G·LQGXŃPHXU gratuit

La dominance en cis et en trans

Certaines mutations peuvent exercer leur action sur G·MXPUHV gènesadjacents GMQV O·RSpURQ XQ effet connu sous le nom de dominance en cis. La dominance en cis implique O·LQPHUMŃPLRQ SO\VLTXH G·XQ élément, avec des gènes directement en contact avec lui. Par opposition, la dominance en trans implique O·MŃPLRQ G·XQ produitdiffusible.

Exemple de dominance entrans

Exemple de dominance encis

Une séquence cis est une

séquence d'ADN capable de moduler l'expression d'un gène présent (en général) sur le même chromosome. facteur transdésigne quant à elle les facteurs de transcription agissant sur ces séquences cis Chez ces mutants, en présence de glucose comme seule source de carbone, la ǀ-JMOMŃPRVLGMVH HVP SURGXLPH SHUPH G·LQGXŃPLRQ; les souches sont toujours de phénotype [lac+], car toujours capables de dégrader le lactose

Mutant lacI-

Mutation récessive (pas de ǀ-galactosidase produite dans une souche )·lacI-)/lacI+)= dans la souche lacI-, la protéine codée par lacIQ·HVP pas fonctionnelle (Q O·MNVHQŃH GH OM SURPpLQH IMŃH OHV JqQHV lacZet lacYsont transcrits quand il y a du glucose comme seule source de carbone. La protéine LacI est donc un répresseur. Ce répresseur ne fonctionne

TXH TXMQG LO Q·\ M SMV GH OMŃPRVH

BASE DU RAISONNEMENT EN GENETIQUE

lac ZlacYlac I

Effet direct?

La mutation dans le gène I

laprotéine(allèlenul). polymérasepeutsefixeraupromoteur.

Les mutants constitutifs =

Les mutants constitutifs 2 : Le mutant Oc

Le mutant Oca un phénotype constitutif

L'allğle Ocprésente une relation de dominance/récessivité originale vis à vis de l'allğle sauǀage pour le phĠnotype constitutif ͊

GénotypeActivité ɴ-

galactosidasePhénotypeDominance

F'(lacOc,lacZ+)/lacO+,lacZ-

F'(lacOc,lacZ-)/lacO+,lacZ+

Constitutive

Inductible

[lac+] [lac+] lacOCdominant/lacO+ lacO+dominant/lacOC lac Z-lac IO+ lac Z+lac IOC lac Z-lac IOC lac Z+lac IO+

Mérodiploïde 1 :

Mérodiploïde 2 :

lac Z+lac IOC

Activité

ɴ-GalactosidaseMutant :

constitutive constitutive inductible Chaque fois que Ocet lacZ+sont sur le mġme brin d'ADN (en cis),

Le phénotype est constitutif; idem avec lacY+

¾La mutation Ocest cis-dominante

lac Zlac IO+lacY

Transcription

Traduction

I·RSpUMPHXU lacO

¾La régionlacOest le site de fixation du répresseur. Dans le mutant lacOc OH UpSUHVVHXU IMŃH HVP LQŃMSMNOH GH VH IL[HU VXU O·RSpUMPHXU G·RZ O·MNVHQŃH GH UpSUHVVLRQ HP OH SOpQRP\SH ŃRQVPLPXPLIB OMŃ2 HVP GRQŃ XQH VpTXHQŃH G·$G1 UHŃRQQXH SMU XQH SURPpLQH Mutants non inductibles 1:la région P (promoteur)

Ces mutants ont un phénotype [lac-] :

¾La mutation lacP-est cis-dominante : lacPest le promoteur, site de

IL[MPLRQ GH O·$51 SRO\PpUMVH VRXV XQLPp ķ)

lac Zlac IO+lacYP lac Z+lac I+O+ lac Z-lacIsO+

Activité

ǀ-Galactosidase

Non inductible

[lac-]

Mutants non inductibles 2:

Le mutant lacIs

La mutation lacIsest dominante : en présence de lactose( )

Non actif en présence de lactose

I·MOOqOH lacIsest un répresseur "super actif». Contrairement à la protéine

LacI, LacIsest incapable de fixer le lactose

lactose P P

8Q SUHPLHU PRGqOH O·RSpURQ

Un ensemble de gènes régulés par un opérateur

En absence de lactose :

En présence de lactose :

lac Zlac IO+lacY

Transcription

Traduction

P lac Zlac I+O+

Non actif en présence de lactose

lactose P lacYlacA lacA lac Zlac IO+lacYP lacA

ǀ-galactosidase

perméaseacétylase Un seul ARNm, 3 protéines : ARNm polycistronique

DensitéOptique

temps

LeglucoseempêcheO·XPLOLVMPLRQ

desautressucres(même phénomèneaveclemaltose): répressioncatabolique.

LemodèleproposéQ·H[SOLTXH

pascela"

Synthèse du répresseur.

Régulation négative de la transcription.

Levée de l'inhibition de la transcription.

Répression catabolique, régulation positive. aiderlatranscription)

3-Lactoseprésent;pasdeglucose

transcription

RECAPITULATIF

1-Pas de lactose présent

I·RSpURQ HVP ´pPHLQPµAESMV G·ARNmsynthétisé

Répression

" Opéron Tryptophane » Régulation GH O·H[SUHVVLRQ GHV JqQHV LPSOLTXpV GMQV OHV voies anaboliques

Contextebiologique:

protéines.

Atténuationdelatranscription.

tryptophane(trpAettrpE) tryptophane(co-répresseur)

OPERON trp: Définition et structure

AE

Régulation Négative

Lorsque le tryptophane est absent, la transcription se produit Lorsque le tryptophane est présent, la transcription est bloquée.quotesdbs_dbs43.pdfusesText_43

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