Chapitre 16: Les bases moléculaires de l'hérédité Flashcards
ADN
- Facteurs héréditaires = Mendel
- Les gènes font partie des chromosomes = Thomas Hunt Morgan
- 1977 premier génome séquencé = virus bactériophage
- 2003 qu’on termine le séquençage du génome humain
- Génome est formé d’ADN que vous avez reçu de vos parents
- Les informations contenues dans notre ADN détermine:
1. Nos caractéristiques anatomiques, biochimiques et physiologiques
2. Une partie de notre comportement
Structure de l’ADN
Structure d’un brin d’ADN
- Le phosphate de chaque nucléotide est lié au glucide du nucléotide suivant par une liaison covalente
- Formation d’un squelette alternant avec le phosphate et le désoxyribose
- Le sens du brin va de l’extrémité 5’ (groupement phosphate) vers l’extrémité 3’ OH (porté par le désoxyribose)
- Constitué de 4 bases azotées différentes :
Adénine (A)
Thymine (T)
Guanine (G)
Cytosine (C)
- Les bases azotées de la double hélice d’ADN s’apparient selon des combinaisons bien précises
A ____________ T
C ____________ G
- Elles sont reliées ensembles par des liaisons hydrogènes
- C’est cela qui maintient la forme double hélice de l’ADN
-Les deux brins sont antiparallèles et complémentaires
Règle de Chargaff
- La composition des bases d’ADN varie d’une espèce à l’autre
- Pour chaque espèce, le nombre de bases A est sensiblement égal au nombre de bases T et le nombre de bases G est à peu près égal au nombre de bases C
Avec cela on peut déterminer la composition des bases nucléiques
C’est ce qui explique la forme double hélice de l’ADN
La réplication de l’ADN
Concept de base :
- Processus qui se déroule avant la division cellulaire
- Les liaisons hydrogènes sont rompues, les deux hélices se déroulent et se séparent
- Chaque brin séparé agit comme une matrice et il y a synthèse d’une nouvelle chaîne d’ADN
- La séquence produite est identique à la matrice
Trois hypothèses de modèles différents de la réplication d’ADN
- Modèle conservateur
- Modèle semi-conservateur
- Modèle dispersif
La réplication de l’ADN suit un modèle semi-conservateur
- Il suffit de quelques heures à nos cellules pour recopier tout son ADN pendant la phase S du cycle cellulaire
- Tout cela se fait avec très peu d’erreurs (environ 1 par 10 milliards de nucléotides)
- Une dizaine d’enzymes et de protéines seraient impliquées dans le processus de réplication
- Le processus de réplication est mieux connu chez les bactéries que chez les eucaryotes, mais serait essentiellement le même
La réplication de l’ADN, 1.tout commence par un point de départ
- La réplication de l’ADN commence sur des sites particuliers = origine de réplication
- Il s’agit de courts segments d’ADN ayant une séquence de nucléotides spécifique
La réplication de l’ADN, 1.1.Chez E.coli (procaryote)
- E.coli est constitué d’ADN circulaire comportant une seule origine de réplication (oriC)
- Les brins d’ADN se séparent plus facilement à cet endroit à cause des liaisons hydrogènes A-T qui sont moins fortes (2) comparativement aux 3 liaisons hydrogènes entre C-G
- Des protéines de réplication reconnaissent cette zone , s’attachent aux brins d’ADN et les séparent en formant un œil de réplication ainsi que deux fourches de réplication
- La réplication se poursuit dans les deux sens jusqu’à ce que tout l’ADN circulaire ait été recopié
La réplication de l’ADN, 1.2. Chez les eucaryotes
- Les eucaryotes sont constitués d’ADN linéaire contenant des centaines voir des milliers d’origines de réplication
- La réplication ne débute donc pas aux extrémités
- Formation de plus d’un œil de réplication (avec deux fourches de réplication)
- Les différents œils de réplication finissent par fusionner ensemble
La réplication de l’ADN, 2. Fourche de réplication
- Chaque extrémité d’un œil de réplication est appelée fourche de réplication
- Région en forme de Y où les deux brins sont déroulés
- Ce sont les hélicases qui déroulent les brins d’ADN en rompant les liens hydrogènes
- Les protéines fixatrices d’ADN monocaténaire stabilisent ensuite les brins déroulés
- Le déroulement des brins d’ADN créer une énorme tension en amont des brins.
- L’ADN gyrase vient diminuer cette tension en coupant, pivotant et en recollant les brins d’ADN
La réplication de l’ADN, 2. Fourche de réplication, Étape + définition
- L’hélicase : qui déroule les brins d’ADN
- Protéines fixatrices d’ADN monocaténaire qui stabilisent les brins déroulés
- L’ADN gyrase qui diminue la tension en amont des brins d’ADN
La réplication de l’ADN, 3. La synthèse d’un nouveau brin
- Un coup la fourche de réplication en place peut amorcer la synthèse d’un nouveau brin
- Cependant l’enzyme responsable de synthétiser l’ADN est incapable d’amorcer la synthèse. Elle ne fait qu’ajouter des nucléotides aux extrémités 3’-OH d’une chaîne déjà préexistante
- Il faut donc ce qu’on appel une amorce pour amorcer la synthèse
- Cette amorce est constitué d’ARN et est synthétisée par une primase
- La primase ne nécessite pas une extrémité 3’-OH libre et peut donc entamer la synthèse d’une chaîne d’ARN complémentaire (5 à 10 nucléotides) sur le brin d’ADN
La réplication de l’ADN, 3. La synthèse d’un nouveau brin, ADN polymérase
- C’est l’ADN polymérase qui synthétise le nouveau brin d’ADN en ajoutant des nucléotides à partir de l’extrémité 3’-OH
Chez E.coli :
- Il y aurait cinq ADN polymérases différentes dont deux joueraient des rôles importants dans la réplication :
L’ADN polymérase III
L’ADN polymérase I
Chez les eucaryotes :
- Il y aurait 11 types de d’ADN polymérases différentes mais, ici aussi, seulement deux d’entres elles joueraient un rôle important dans la réplication.
- Les principes généraux de la réplication cellulaire restent les même
La réplication de l’ADN, 3. La synthèse d’un nouveau brin nécessite quoi?
- La synthèse d’un nouveau brin nécessite un brin d’ADN matrice et une amorce (ARN)
Chez E.coli :
- L’ADN polymérase III ajoute les nucléotides à partir de l’extrémité 3’-OH de l’amorce = la réplication se fait dans le sens 5’-3’
- Élongation antiparallèle
La réplication de l’ADN, 3. La synthèse d’un nouveau brin, Élongation antiparallèle
- Les deux brins dans la double hélice d’ADN sont antiparallèle (ils ont des directions opposées)
- Les nouveaux brins d’ADN doivent eux aussi être antiparallèles à leur brin matrice
La réplication de l’ADN, 3. La synthèse d’un nouveau brin, fonction, double hélice antiparallèle et ADN polymérase
- La forme double hélice antiparallèle de l’ADN impose une contrainte lors de la réplication
- Les ADN polymérases ne peuvent ajouter des nucléotides qu’aux extrémités 3’-OH et donc le nouveau brin ne peut s’allonger que dans le sens 5’-3’
- Les nouveaux brins d’ADN synthétisés vont donc porter différents noms
- Sur un des deux brins matrices d’ADN, la synthèse se fait en continu dans le sens 5’-3’ = brin directeur
- L’ADN pol III n’a besoin que d’une seule amorce pour synthétiser le nouveau brin
- La synthèse de l’autre brin est différente, car on doit s’éloigner de la fourche de réplication afin de synthétiser dans le sens 5’-3’ = brin discontinu
- Il faut alors que la fourche de réplication soit assez avancée pour que le brin d’ADN soit suffisamment exposé
- De courts segments sont synthétisés avant d’être reliés à une enzyme. Ces segments se nomment fragments d’Okazaki
- Il faut ainsi une amorce pour chaque fragment d’Okazaki
La réplication de l’ADN, 3. La synthèse d’un nouveau brin, Synthèse du brin discontinu, 2 premières étapes
- Formation par la primase d’une amorce d’ARN pour chaque fragment d’Okazaki
- L’ADN pol III ajoute des nucléotides d’ADN dans le sens 5’-3’ en créant le 1er fragment
La réplication de l’ADN, 3. La synthèse d’un nouveau brin, Synthèse du brin discontinu, 3ᵉ et 4ᵉ étapes
3 et 4. Un coup que l’ADN pol III atteint l’amorce suivante, celle-ci se détache
La réplication de l’ADN, 3. La synthèse d’un nouveau brin, Synthèse du brin discontinu, 5ᵉ et 6ᵉ étapes
- L’ADN pol I remplace l’ARN par de l’ADN
- L’ADN ligase qui lie les fragments d’Okazaki ensembles
Vidéo résumé
http://www.genomequebec-education-formations.com/education-concepts-replication-de-ladn
+ p.359 manuel
La réplication de l’ADN, Résumé des étapes
- Détection de l’origine de réplication (une seule pour les procaryotes et plusieurs chez les eucaryotes)
- Formation des fourches de réplication
- L’hélicase : déroule l’hélice d’ADN double brin
- Protéines fixatrices d’ADN monocaténaire : stabilisent les brins séparés
- ADN gyrase : enlève la tension en amont des brins - Création d’une amorce d’ARN via la primase
- Synthèse du nouveau brin par l’ADN polymérase III dans le sens 5’-3’
- Brin continu
- Brin discontinu (fragments d’Okazaki)
Correction des erreurs
- Pendant la réplication de l’ADN certaines ADN polymérases font la relecture de chacun des nucléotides ajoutés en les comparant au brin matrice
- Lorsqu’elles trouvent une erreur , celles-ci enlève le nucléotide inadéquat et refait la synthèse
- Il arrive que certains nucléotides échappent à la vigilance de l’ADN polymérase :
C’est d’autres enzymes qui vont corriger ces erreurs temporaires - Les erreurs peuvent aussi survenir après la réplication. L’information génétique doit donc être constamment entretenue
- L’ADN est souvent exposé à des agents physiques ou chimiques qui peuvent entraîner des modifications:
Rayons X - La réparation de l’ADN endommagé est essentielle à la survie de l’organisme
Correction des erreurs, Réparation par excision de nucléotides
- Un segment du brin endommagé (dommage ou erreurs de réplication) est enlevé par une enzyme appelée endonucléase
- Ensuite l’ADN polymérase et la ligase font le remplacement et la ligation
- La réplication fidèle du génome et la réparation sont importantes pour le fonctionnement des organes et la transmission aux générations suivantes d’un génome complet et exacte
- Quelques rares erreurs peuvent cependant demeurer et rester permanant = mutation
- Les mutations peuvent modifier un phénotype et être transmises de génération en génération
- La grande majorité des mutations sont néfastes ou n’ont aucun effet, mais un très petit pourcentage peuvent être bénéfiques
- Les mutations sont à l’origine des variations sur lesquelles la sélection naturelle agit pendant l’évolution et sont responsables de l’apparition de nouvelles espèces
La réplication des extrémités de l’ADN
- Lorsque l’ADN est linéaire le mécanisme de réplication normale ne permet pas de compléter l’extrémité 5’ des nouveaux brins d’ADN
- Il s’agit d’une conséquence liée au fait que l’ADN polymérase ne peut qu’ajouter des nucléotides aux extrémités 3’-OH
- C’est pourquoi qu’au fil des réplications les brins d’ADN deviennent de plus en plus courts
- Pour protéger les gènes sur les chromosomes, ceux-ci contiennent des extrémités nommées télomères qui ne contiennent pas de gènes
1. Ce sont des séquences courtes répétées un grand nombre de fois - Les télomères remplissent 2 fonctions importantes de protection
1. Empêche d’activer le système d’alarme cellulaire (arrêt ou mort de la cellule)
2. Zone tampon en prévenant le raccourcissement des gènes - Les télomères seraient reliées au processus de vieillissement des cellules
- Par contre dans les cellules reproductrices (gamètes) il y a présence de télomérases des enzymes qui peuvent allonger les télomères dans les cellules reproductrices des eucaryotes
- Le raccourcissement normal des télomères protégerait du cancer en empêchant les cellules somatiques de dépasser un certain nombre de divisions
