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[COURS GENETIQUE M. NADJI D] Année universitaire2020/2021

Chapitre I

Le Matériel génétique

Plan du cours

I-Découverte du matériel génétique

II-Composition et structure du matériel génétique

III-Réplication des acides nucléiques

VI -Polarité de la molécule d"ADN

V-Règle de CHARGAFF

IV -Organisation en chromosome

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L"ADN est une macromolécule qui est le constituant essentiel des chromosomes. Il représente

l"information génétique qui englobe les gènes. Un gène est un segment d"ADN qui contient

l"information nécessaire pour la synthèse d"un produit biologique fonctionnel, une protéine ou un

ARN . Donc, la fonction unique de l"ADN est le stockage et la transmission de l"information génétique. I-ADN est le matériel génétique : voir les expériences de GRIFFITH et AVERY

La première expérience, qui a montré que les gènes sont capable de ce transformer, était mené par

monsieur GRIFFITH en1928 et la preuve importante que les gènes sont faits d"ADN a été apportée

en 1944, quant il fut prouvé qu"en ajoutant de l"ADN purifié à une bactérie, les propriétés de celle-ci

étaient modifiées et que ces changements étaient fidèlement transmis aux générations suivantes de

bactéries (Fig.1). Fig. 1 : Expérience montrant que l"ADN est le matériel génétique II-Structure et composition du matériel génétique

L"ADN, acide désoxyribonucléique est une molécule composée de deux longues chaines (brins)

polynucléotidiques antiparallèles faites de quatre types de sous-unités nucléotidiques. (Fig.2).

[COURS GENETIQUE M. NADJI D] Année universitaire2020/2021 a) Les unités nucléotidiques b) deux brins antiparallèles Fig. 2 : Molécules d"ADN : deux brins complémentaires antiparallèles Un

nucléotide est composé d"un pentose (désoxyribose pour l"ADN ou ribose pour l"ARN) attaché à

un groupent phosphate (5") et d"une base azotée (1"). Les bases azotées sont au nombre de quatre : deux bases purines ; adénine (A) et guanine (G), et deux bases pyrimidines ; cytosine (C) et la thymine (T) (uracile (U) pour l"ARN) (Fig. 3). Fig. 3: Les bases azotées du matériel génétique [COURS GENETIQUE M. NADJI D] Année universitaire2020/2021

Le sucre, qui est un pentose à 5 carbones cyclique (Fig. 4). Note: le sucre de l"ARN est un ribose.

Fig.4 : le sucre du matériel génétique

Les carbones du sucre sont notés de 1" à 5". Un atome d"azote de la base azotée se lie au C1" (liaison

glycosidique), et le phosphate se lie au C5" (liaison ester) pour former le nucléotide. Le nucléotide

est donc: phosphate - C5" sucre C1" - base. (Fig.5) . Fig. 5 : structure des nucléosides et des nucléotides

Les deux chaines sont maintenues par des liaisons hydrogènes entre les bases azotées. 2 liaisons

entre A et T (A=T) et 3 liaisons hydrogènes entre C et G (C≡G) avec A+C/T+G= 1. Les nucléotides sont reliés entre eux sur chaque brin par des liaisons covalentes (liaisons phosphodiesters entre un groupe phosphate et deux molécules de désoxyribose de nucléotides adjacents). (Fig .6).

Des liaisons faibles (liaisons hydrogène) maintiennent les deux brins complémentaires; (ces liaisons

peuvent être rompues par simple augmentation de température. [COURS GENETIQUE M. NADJI D] Année universitaire2020/2021

Fig.6 : les liaisons de la molécule d"ADN

Lors de la synthèse d"un brin d"ADN, les

sous unités nucléotidiques sont liées entre elles par une liaison phospho-diester. La polymérisation des nucléotides se fait dans la direction 5" du nouveau nucléotide vers le 3" de l"ancien nucléotide ce qui confère une polarité à cette molécule d"ADN.

III - Réplication de la molécule d"ADN

Au moment de la division cellulaire, la cellule doit copier son génome afin de le transmettre aux

cellules descendantes. La réplication doit se faire sans aucune erreur ce qui explique que toutes les

cellules de l"organisme contiennent le même génome (correction sur épreuve de l"ADN

polymérase).

Lors de sa

réplication, chacune des doubles hélices d"ADN filles est constituée de l"un des brins originel matrice (brin ancien) et d"un brin nouveau : on dit que la réplication de l"ADN est semi- conservatrice (Expériences de MESELSON ET STAHL (1957) (Fig. 7). [COURS GENETIQUE M. NADJI D] Année universitaire2020/2021 Fig. 7 : Réplication semi-conservatrice d"une molécule d"ADN III.1.Expérience du marquage génétique a l"azote N15

Watson et Crick ont proposé un modèle de réplication de l"ADN un mois après avoir proposé le

modèle de la structure de l"ADN. Ce modèle est celui de la réplication semi- conservative. Une des

chaînes filles de l"ADN est nouvellement synthétisée à partir d"une des chaînes parentales qui s"est

séparée de l"autre chaîne. Néanmoins, deux autres modèles ont été proposés: le modèle conservateur et le modèle dispersif. L"expérience réalisée par Meselson et Stahl (1957) a permis de fournir la preuve en faveur du modèle semi-conservatif.

Ces chercheurs ont

utilisé E. coli car sa culture dans un milieu minimal est facile et rapide et son

temps de génération est court, ce qui permet de suivre l"évolution de l"ADN à travers les générations

successives. E. coli est cultivé pendant plusieurs générations dans un milieu contenant comme seule

source d"azote le NH4Cl contenant du N15. Le résultat est que tous les composés cellulaires de la

bactérie contenant de l"azote entre autres les purines et les pyrimidines de l"ADN seront marqués par le N 15 , ce qui fait que son ADN est plus dense que l"ADN normal contenant le N14. La bactérie est ensuite transférée rapidement dans un milieu contenant le N14.

La distribution de N

14 et N15 est révélée par la technique de centrifugation sur gradient de densité.

Elle consiste à dissoudre une petite quantité d"ADN dans une solution concentrée de Chlorure de Césium qui a une densité proche de celle de l"ADN (1,7g /cm3). Cette solution est centrifugée

jusqu"à atteindre l"équilibre. Un gradient stable de densité est établi et qui varie de 1,66 à 1,76g/cm3.

Les molécules d"ADN formeront une bande à l"endroit du gradient qui correspond à leur densité. Un

mélange d"ADN N14 et d"ADN N15 a donné des bandes séparées parce que leur densité est différente

de 1%. Si on extrait l"ADN une génération après l"avoir transférée dans un milieu

contenant le N

14H4Cl, une seule bande apparaît qui est intermédiaire entre la bande contenant

seulement le N

15et celle contenant seulement le N14. Ceci indique que cette bande est formée d"un

hybride de N

15 et de N14, ce qui veut dire que la moitié de son ADN est parental et l"autre moitié

est nouvellement synthétisée. Si on extrait l"ADN deux générations après le transfert des bactéries

dans un milieu contenant le N

14, on trouve deux bandes: l"une est la bande intermédiaire que nous

avons déjà trouvée après la première génération et l"autre correspond à la bande qui contient

entièrement du N

14. (Fig.8).

[COURS GENETIQUE M. N

Fig.8: Expérience de

MESELSON ET STAHL

III.2. Principe de la réplication

La réplication qui est

asymétrique (expérience de Pulse-Chase, 1960) débute à partir d"une origines de réplication avec une vitesse de l"ordre de bactéries et 50nucl./sec chez les

On disting

ue ainsi au niveau de chaque synthèse continue et un brin tardif dans un sens opposé à celui de la progression de la fourche de réplication Fig. 9 : origine et Fourche de réplication dans une molécule d"ADN

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MESELSON ET STAHL

III.2. Principe de la réplication

asymétrique (rôle de l"ADN polymérase : direction 5" Chase, 1960) débute à partir d"une (procaryotes) ou plusieurs avec une vitesse de l"ordre de 1000 nucl./sec/fourche de réplication chez les chez les mammifères. ue ainsi au niveau de chaque fourche de réplication, un brin précoce brin tardif (d"Okazaki) dont la synthèse s"effectue de manière dans un sens opposé à celui de la progression de la fourche de réplication (Fig. 9). : origine et Fourche de réplication dans une molécule d"ADN

Année universitaire2020/2021

(rôle de l"ADN polymérase : direction 5"-3") et bidirectionnelle ou plusieurs (eucaryotes) /fourche de réplication chez les brin précoce qui subit une ) dont la synthèse s"effectue de manière discontinue (Fig. 9). [COURS GENETIQUE M. NADJI D] Année universitaire2020/2021 III.3. Les enzymes impliquées dans la réplication Plusieurs protéines coopèrent au niveau de la fourche de réplication pour former une

machine de réplication (Fig. 10). Elle se déroule en trois étapes: initiation, élongation et

terminaison. Fig. 10 : Machinerie protéique dans une fourche de réplication chez un eucaryote a)Les ADN polymérases ( I , II, III) ont besoin de 4 ingrédients :

1). Les 4 dNTP (ATP, GTP ,CTP ,TTP) qui sont les précurseurs activés des

nucléotides.

2). Les ions magnésium (Mg2+).

3). Un fragment d"ARN (a ARN) qui représente l"amorce (petit fragment d"ARN

synthétisé par une forme d"ARN polymérase)

La primase.

4). Une matrice qui est de l"ADN simple brin ou double brin (ADN parental).

Cette réaction représente la catalyse par l"ADN polymérase d"une réaction d"addition d"un nucléotide à une chaîne d"ADN existante avec la libération d"un pyrophosphate inorganique (PPi). C"est une attaque nucléophilique de l"extrémité 3"OH de l"amorce sur l"atome de phosphore le plus interne du désoxyribonucléoside triphosphate. La liaison formée est une liaison phosphodiester. L"hydrolyse subséquente du pyrophosphate va donner l"énergie suffisante pour la polymérisation. L"élongation de l"ADN se fait toujours dans la direction

5" 3"

[COURS GENETIQUE M. NADJI D] Année universitaire2020/2021 b) Helicase (déroulase) : assure le surenroulement c)Topoisomerase (gyrase) : compense le sur enroulement on causant des cassures simple brin de l"ADN d) Ligase : comble les trous on assurant une liaison sucre-phosphate entre 2 fragments e)PSSB : protéine stabilisant simple brin

VI- La polarité de la molécule d"ADN

Les 2 brins sont antiparallèles: leurs orientations 5"->3" sont de direction opposée (Fig

11). L"apparence générale du polymère montre une périodicité de 3.4 A° correspondant

à la distance entre 2 bases, et une autre de 34 A° correspondant à 1 tour d" hélice qui contient 10 paires de bases (Fig.12). Fig .11.La Polarité de L"ADN Fig. 12 a. 1tour d"hélice (10 paires de bases)

Fig. 12b : les distances entre les bases

Fig. 12 : Les valeurs numériques de l"ADN type B [COURS GENETIQUE M. N

V- La règle de CHARGAFF

En 1950, Erwin CHARGAFF a étudié la quantité d d"ADN provenant d"organismes différents. Ces études ont mené aux déductions suivantes appelées la loi de CHARGAFF: La quantité totale des pyrimidines (T+C) est toujours égale à la quantité totale des purines (A+G). La quantité de T est toujours égale à la quantité de A, et la quantité de C est toujours égale à la quantité de G. Cependant, la quantité de A+T n"est pas toujours égale à G+C. Ce rapport est différent selon les organismes A+G /C+T=1 d"où VI-

Organisation en chromosome

Dans le noyau, l"ADN est donc extrêmement compacté, condensé gènes sont empaquetés dans la chromatine. L"ADN chromosomique est empaqueté à l"intérieur du noyau à des nucléosomes qui sont des complexes [ADN chargé négativement chargées positivement].

Un nucléosome est composé de

l"euchromatine

Les nucléosomes se replient pour former une

sont à leur tour compressées et repliées pour former une fibre les chromatides d"un chromosome

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CHARGAFF

En 1950, Erwin CHARGAFF a étudié la quantité de bases dans une large sélection d"ADN provenant d"organismes différents. Ces études ont mené aux déductions suivantes appelées la loi de CHARGAFF: La quantité totale des pyrimidines (T+C) est toujours égale à la quantité totale des purines (A+G). quantité de T est toujours égale à la quantité de A, et la quantité de C est toujours égale à la quantité de G. Cependant, la quantité de A+T n"est pas toujours égale à G+C. Ce rapport est différent selon les organismes

Organisation en chromosome

Dans le noyau, l"ADN est donc extrêmement compacté, condensé (chromatine) gènes sont empaquetés dans la chromatine. L"ADN chromosomique est empaqueté à l"intérieur du noyau à qui sont des complexes [ADN chargé négativement - est composé de huit protéines histone autour desquelles l"ADN C"est Les nucléosomes se replient pour former une fibre d"hétérochromatine sont à leur tour compressées et repliées pour former une fibre chromosome. (fig. 13)

Fig. 13 : organisation du chromosome

Année universitaire2020/2021

e bases dans une large sélection d"ADN provenant d"organismes différents. Ces études ont mené aux déductions La quantité totale des pyrimidines (T+C) est toujours égale à la quantité totale quantité de T est toujours égale à la quantité de A, et la quantité de C est toujours égale à la quantité de G. Cependant, la quantité de A+T n"est pas toujours égale à G+C. Ce rapport est différent selon les organismes (chromatine) et les L"ADN chromosomique est empaqueté à l"intérieur du noyau à l"aide protéines histone autour desquelles l"ADN C"est hétérochromatine et les boucles sont à leur tour compressées et repliées pour former une fibre qui est [COURS GENETIQUE M. NADJI D] Année universitaire2020/2021 Travail à faire : ce travail sera comptabilisé Donnez les différents types d"ADN et montrez la différence entre eux?

Citez les points

essentiels qui font la différence entre ADN et ARN Donnez le principe de l"hybridation de la molécule d"DNquotesdbs_dbs14.pdfusesText_20

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