5. Organisation du genome

Question 1

Taille et complexité du génome

Answer 1

Mammifères: 3 milliards de paires de bases (3 Gb) , x 2 car diploïde.
donc 7 pg et 2 m d’ADN par cellule, et 10 11 cellules nucléées

Question 2

Taille et complexité du génome

Answer 2

Taille du génome augmente globalement avec l􀀁évolution
Mais pas simplement linéaire:
taille variable au sein d’un même phyllum ou autre classe biologique :
quantité variable d’ADN non codant, de fonction inconnue

Question 3

Chez vertébrés, pas de relation directe entre taille du

génome et complexité de l􀀁organisme

Answer 3

Taille du génome
reflète complexité
de l􀀁organisme chez les autres

Question 4

Nb de chromosomes n􀀁est pas essentiel

Answer 4

mais bien la quantitié totale
d’ADN = 3.10^9 bp (x 2),
chez ces deux espèces

Question 5

Fonctionnement du génome

= génomique fonctionnelle

Answer 5

• Séquences bien conservées, transcrites et traduites (<2% du total)
= gène codant les protéines
• Séquences bien conservées, transcrites
– ARN non codants, …
• Séquences bien conservées, non transcrites
– Promoteurs, enhancers
– ADN des centromeres et telomeres; ADN répété dispersé dans le génome; …
• Séquences peu conservées, non transcrites
– Rôle

Question 6

Structure de l􀀁ADN

Answer 6

• Double hélice, pentose et PO4
- à l’extérieur, bases azotées à
l’intérieur. Purines en face de pyrimidines, liaisons H • OH:
A === T G ººº C
• Orientée 5􀀁PO4 — 3􀀁OH, antiparallèle
• Séquence des bases A,T,G,C = message biologique
• Méthylation de certaines cytosines (épigénétique)
• Complémentarité des bases: tout le message est dans chaque brin
• Longueur physique de l􀀁ADN : bp, kb, Mb, Gb
– 1 kb = 1000 bp d􀀁ADN bicaténaire, ou 1000 b d􀀁ARN monocaténaire par exple.
• Dénaturation par alcalinisation; par chaleur;
• Renaturation suivant HYBRIDATION MOLÉCULAIRE

Question 7

orientation des hélices antiparallèles

Answer 7

Orientation des hélices: les brins d’acides nucléiques sont orientés :
Extrémité “gauche”: pentose libre en 5‘
Extrémité “droite”: pentose libre en 3‘
Par convention, les séquences sont écrites dans le sens
5’ à 3􀀁

Question 8

Brin d’acide nucléique

Answer 8

5􀀁aagtcga 3􀀁
3􀀁ttcagct 5􀀁

Par convention, les séquences
sont écrites dans le sens 5' à 3􀀁
– c'est le sens dans lequel les acides
nucléiques sont synthétisés in vivo
– c'est le sens dans lequel les ARN
messagers sont lus par la machinerie
de traduction
– extrémité 5’ codante º extrémité
amino-terminale du produit protéique.
On écrit le brin codant au-dessus:
TOP STRAND

Question 9

Brin complémentaire inversé

Answer 9

5􀀁aagtcga 3􀀁
3􀀁ttcagct 5􀀁

Par convention, les séquences sont écrites dans le sens 5’ à 3􀀁
Séquence ci-dessus s􀀁écrit aagtcga
Son brin complémentaire s􀀁écrit tcgactt
= complémentaire inversé

Question 10

Longueur du génome humaine (haploïde)

Answer 10

• 3 milliards de paires de bases (3 10 9 bp)
• 1 m
• 2 x 1 m dans chaque noyau cellulaire
• 2 x 10 11 m = 200 000 000 km

Question 11

Cas particulier du dinucléotide CpG

Answer 11

• 5􀀁 CG 3􀀁 « CpG »
• idem sur l􀀁autre brin ;-)
• Beaucoup sont en clusters =
« îlots CpG »
• La cytosine d􀀁un dinucléotide
CpG peut être méthylée ou non
(sur les 2 brins)
• Methyl-cytosine (met-C)
= « 5e base de l􀀁ADN «

Question 12

DNA (hemi-)

methylation

Answer 12

• metC = 5th base of DNA
• Methylated promoters inactive
(usually)
• Implication in gene silencing;
imprinting.
• Epigenetic heredity

Question 13

réplication de l’ADN

Answer 13

chaque brin, complémentaire de l’autre, sert de
modèle (template) à la synthèse d’un nouveau brin complémentaire:
réplication semi-conservative

Question 14

transcription de l’ADN

Answer 14

• L’ADN peut être TRANSCRIT en ARN. (transcription: ADN>ARN)

Question 15

traduction de l’ADN

Answer 15

• L’ARN peut être TRADUIT en protéine.
(traduction: ARN > prot; = translation)
par la machinerie des ribosomes, et suit le code génétique:
chaque TRIPLET de nucléotides (= codon) correspond à un acide
aminé (ou à un signal stop induisant l’arrêt de la traduction).
• Un triplet de nt dans un ARN messager = un CODON.

Question 16

code génétique

Answer 16

• Universel
• Ancêtre 15 AA + 1 stop??
• Mitoch légèrement différent
• NB: AA codé en 1 ou 3 lettres
A = Ala = Alanine
L = Leu = Leucine
R = Arg = Arginine
D = Asp = Aspartate
E = Glu = Glutamate
F = Phe = Phenylalanine
K = Lys = Lysine

Question 17

Expression des gènes, cellule animale

Answer 17

dia 25

Question 18

génome

Answer 18

Génome = ensemble des gènes d􀀁un organisme, ou d’une cellule.
Plus généralement : ensemble de l􀀁ADN d􀀁une cellule

Question 19

génome nucléaire

Answer 19

Ø Génome nucléaire = tout l􀀁ADN des chromosomes : 3 10^9 bp
– Gènes ; Séquences uniques intergéniques (y compris éléments
régulateurs: promoteurs, enhancers)
– ADN moyennement répétitif
– ADN hautement répétitif

« génome » sans plus de précision = génome nucléaire.
3 10^9 bp (génome haploïde)
Environ 1-2% encode protéines

Question 20

Organisation générale du génome

[nucléaire]

Answer 20

• 2 x 23 molécules
• Associées à protéines
– Histones
– Facteurs régulateurs de transcription
ADN + protéines associées = chromatine
• Chaque molécule, 1 – 23, occupe un domaine particulier du noyau
• Chromatine se condense pour division cellulaire
– Mitose; méiose

Question 21

Organisation cellulaire rigoureuse pour :

Answer 21

• Faire rentrer 2m d’ADN dans un noyau de 5 μm de diamètre
• Exprimer les bons gènes au bon moment dans les bonnes cellules
• Réguler réplication de l’ADN en vue de division cellulaire

Question 22

Domaines chromosomiques nucléaires

Answer 22

Noyau de cellule de poulet. La chromatinc de chaque chromosome apparait en
une couleur différente.

Question 23

double hélice

Answer 23

2 nm > 10 nm > 30 nm

Question 24

Nucléosome

Answer 24

• Octamere d􀀁histones:
(H2A, H2B, H3, H4)x2
= globular core
• Linker DNA
• ~200 bp en tout

Question 25

Modifications des

histones

Answer 25

(sur queues N-term)
modifie leurs affinités
pour ADN

Question 26

CHROMATINE OUVERTE

Answer 26

• Réduction des affinités
histones – ADN
• Relaxation de la chromatine

Question 27

CHROMATINE FERMÉE

Answer 27

• Augmentation des affinités
histones – ADN
• Compaction de la chromatine

Question 28

Organisation du génome humain

(génomique structurelle

Answer 28

dia 40

Question 29

Génome, exome, mendeliome

Answer 29

3 10 9 bp (haploïde)
– gènes codant protéines
– Gènes non-codants
– Séquences régulatrices
– Autres séquences
– Junk DNA
• Tous les exons des 20000 gènes
codant protéines
• Exons des 5000 gènes codant
protéines et impliqués dans
maladies héréditaires = monogéniques
= mendeliennes

Question 30

génome nucléaire

Answer 30

• Séquences uniques (ou presque) (single copy)
• Séquences moyennement répétitives (low copy repeats: 10-10^6 copies)
• Séquences hautement répétitives (high copy repeats: >10^6 copies )

Question 31

• Séquences uniques (ou presque) (single copy)

Answer 31

– Gènes de structure (unités transcriptionnelles) : 30% du génome
• Protéines (partie codante: 1-2% du génome); miRNA; lincRNA; …
– Séquences conservées non transcrites : 3% du genome
– Séquences non conservées et non transcrites (rôle = ?)

Question 32

• Séquences moyennement répétitives (low copy repeats: 10-10^6 copies)

Answer 32

– Gènes redondants: histones; rRNAs; tRNAs…
– Transposons ; retrotransposons avec LTR , sans LTR: 45% du génome
• Séquences courtes (SINEs): ex: Alu,
• Séquences longues (LINEs)
– Minisatellites ; microsatellites (STRs)

Question 33

• Séquences hautement répétitives (high copy repeats: >10^6 copies )

Answer 33

– ADN satellite (centromères, télomères) 5-10% du génome)