Cours 3: ADN: Structure, Réplication Et Réparation Flashcards
Que signifie ADN
Acide désoxyribonucléique
De manière générale, qu’est-ce que l’ADN
Polymère de désoxynucléotides bicaténaire (double brin) avec une structure de double hélice
Unité de base des acides nucléiques (ARN et ADN)
Nucléotides
Que contient chaque nucléotide
Base azotée
Sucre à 5 carbone (pentose)
1 ou plusieurs groupements phosphate
Comment sont numérotés les carbones du pentose des nucleotides
Voir image dans résumé: à partir du O dans le cycle, commmence à 1 à droite et va dans le sens horaire (5 étant le carbone à l’extérieur du cycle)
Différence entre nucléoside et nucléotide
Nucléoside=base+sucre
Nucléotide=base+sucre+phosphate
Donne la base et le nucléoside associé à l’abréviation A
Adénine
Adénosine
Donne la base et le nucléoside associé à l’abréviation G
Guanine
Guanosine
Donne la base et le nucléoside associé à l’abréviation C
Cytosine
Cytidine
Donne la base et le nucléoside associé à l’abréviation U
Uracil
Uridine
Donne la base et le nucléoside associé à l’abréviation T
Thymine
Thymidine
Que signifie ATP
Adenosine triphosphate
Que signifie ADP
Adenosine diphosphate
Pyrimidine vs purine
Pyrimidine: 1 cycle à 6 atomes qui correspond aux bases azotées T, U et C
Purine: 1 cycle à 5 atomes collés à un cycle à 6 atomes qui correspond aux bases azotées À et G
Bases retrouvées dans ADN
A T G C
Bases retrouvées dans ARN
A U G C
Quel est le sucre présent dans l’ARN et sa particularité
Bêta-D-ribose
Le carbone 2’ possède un OH
Quel est le sucre présent dans l’ADN et sa particularité
Bêta-D-2-deoxyribose
Le carbone 2’ n’a pas de OH seulement un H
Parmi l’ARN et l’ADN, lequel est le plus instable et pourquoi
ARN puisque le C-OH est très réactif et que l’ARN se dégrade donc plus facilement
Vrai ou faux, l’ADN est chargé positivement
Faux, elle est chargée négativement
Qu’est-ce qui confère sa charge négative aux nucléotides? À l’ADN?
Les groupements phosphates rendent le nucléotide négatif
L’ADN est négative à cause des phosphates impliquées dans les liens phosphodiester
Dans les formes les plus communes de nucléotides, combien y a t’il de phosphates et quelle est la nomenclature associée
1,2 ou 3
Mono-, di- ou triphosphate
Qu’est-ce qui lie les nucléotides ensemble dans ADN/ARN
Liens phosphodiester
Où se trouvent les liens phosphodiester
Entre les carbones 5’ et 3’ des sucres
Quelle est la structure de l’ADN
Double hélice
Polarité des brins d’ADN
5’ -> 3’
Caractéristiques des brins d’ADN
Antiparallèles et complémentaires
Quel est l’appariement des bases de l’ADN
A-T et G-C
Quel est l’appariement des bases dans l’ARN
A-U et G-C
De quoi est composé le squelette de l’ADN
Sucres et phosphates
Différence entre l’appariement des bases A-T et des bases G-C
A-T a 2 ponts H
G-C a 3 ponts H
Quelle paire de base de l’ADN est plus forte
G-C puisqu’elle possède 3 ponts H (vs 2 pour A-T)
Pourquoi dit-on que l’ADN est hétérogène
Parce que certaines zones sont plus stables que d’autres puisqu’elles contiennent plus de bases G-C
Décrit la double hélice d’ADN
Bases à l’intérieur et sucres+phosphates à l’extérieur
Présence de sillons mineurs et majeurs
Combien y a t’il de bases dans le génome haploïde humain
Comment cela se compare à la taille d’un noyau
3 x 10^9 paires de bases => 1-3 mètres
Noyau = 10 um (micromètre)
Quelle est la charge des protéines qui se lient à l’ADN? Sont elles basiques ou acides?
Positive (puisque l’ADN est négatif) et basiques
1 tour d’hélice est équivalent à ? Paires de nucleotides
10
Comment peut-on dénaturer de l’ADN
Par changement de pH ou avec de la chaleur puisque cela permet de rompre les ponts H qui unissent les 2 brins d’ADN
CONCEPT À RETENIR
Quelles sont les bases qui composent l’ADN et les bases qui composent l’ARN?
ADN: ATGC
ARN: AUGC
CONCEPT À RETENIR
Quels sont les appariements de bases dans l’ADN et dans l’ARN?
ADN: A-T et G-C
ARN: A-U et G-C
CONCEPT À RETENIR
Quels sont les sucres dans l’ADN et dans l’ARN?
ADN: bêta-D-2-deoxyribose
ARN: bêta-D-ribose
CONCEPT À RETENIR
Qu’est-ce qu’un lien phosphodiester?
Lien qui unissent les nucleotides dans les acides nucléiques
Entre les carbones 5’ et 3’ des sucres des nucleotides
O—P—O
CONCEPT À RETENIR
Qu’est-ce que la polarité des brins de l’ADN
5’ —> 3’
C’est le sens de la synthèse de l’ADN donc on ajoute des nucleotides à l’extrémité 3’
CONCEPT À RETENIR
Comment les brins d’ADN sont orientés dans la double hélice
antiparallèles et complémentaires
CONCEPT À RETENIR
Combien de paires de bases par tour d’hélice
10
Caractéristique primordiale de la réplication d’ADN
Réplication semi-conservative donc ADN est doublée
La réplication de l’ADN se passe pendant…
Interphase (phase S)
Chaque ADN fille est composé de 2 brins: un ? Et un ?
Brin vieux
Brin nouveau
Éléments des chromosomes importants à la réplication (3)
Origines de réplications multiples
Centromere qui s’attache au fuseau mitotique
Télomères requis pour préserver intégrité des extrémités des chromosomes
Ou débute la réplication
Aux origines de réplication
La synthèse d’ADN est unidirectionnel, vrai ou faux
Faux, elle est bidirectionnelle
A chaque origine de réplication, ??? Sont formées
2 fourches de réplication
Que font les fourches de réplication durant la réplication de l’ADN
Elles s’éloignent dans des directions opposées à partir de multiples origines de réplication
ADN est ouvert par…
Protéines d’initiation
Qu’est-ce qui sert de matrice dans la réplication de l’ADN
ADN simple brin
Entre les 2 fourches de réplication, ??? Se forme
Une bulle de réplication
Qu’est-ce qu’une origine de réplication
Région riche en appariement A-T (- stable, 2 ponts H)
Vrai ou faux, chaque chromosome ne contient qu’une seule origine de réplication
Faux, chaque chromosome en contient plusieurs
Près de 10000 origines sur 46 chromosomes
Quelles sont les étapes du début de la réplication de l’ADN (4)
1- origine reconnue par des protéines d’initiation qui ouvrent l’hélice en séparant les brins
2- liaison de l’hélicase (brise les ponts H et dézipe ADN)
3- liaison de la primase (fait de petites amorces en ARN)
4- formation du complexe primase-helicase
Le processus de réplication est effectué par…
ADN polymerase
Quelles sont les contraintes de l’ADN polymerase
Synthétise uniquement de 5’ vers 3’
Requiert une amorce d’ADN ou d’ARN
Requiert une matrice (brin à copier, région simple brin)
Pourquoi est-ce que l’ADN polymerase requiert une amorce
Parce qu’elle ne peut pas initier la réplication, elle doit ajouter un nouveau nucléotide sur un brin 3’ déjà existant
Comment se fait la synthèse de l’ADN
Par complémentarité
D’où vient l’énergie pour la polymérisation
Nucleotides triphosphates
Énergie libérée par coupure des 2 phosphates (2 des 3 phosphates d’un nucléotide)
ADN polymerase couple quoi?
La libération d’énergie à la réaction de polymérisation
Chaque fourche fait la synthèse de combien de brins d’ADN
2 brins
Dans quel sens sont synthétisés les brins de chaque fourche
Les 2 en sens 5’ —> 3’ mais ils seront inverse l’un de l’autre
Les brins nouvellement synthétisés à la fourche ont une polarité ?
Inverse
Décrit la synthèse du brin conducteur
Synthèse d’ADN continue à partir d’une seule amorce
Décrit la synthèse d’un brin retardé/tardif
Synthèse discontinue sous forme de courts fragments qui seront ensuite réunis bout à bout
Fragments courts formés lors de la synthèse du brin retardé
Fragments d’Okazaki
Comment reconnaît-on le brin tardif du brin conducteur
Le brin tardif est celui qui synthétise en sens inverse de la progression de la fourche
Que retrouve-t-on entre 2 fragments d’Okazaki
Nick: brèche ou coupure simple brin, manque un lien phosphodiester
Qu’est-ce qui va seller la brèche/le Nick et de quelle manière
Enzyme ADN ligase
En créant un lien phosphodiester
Étapes de l’extension et du remplacement de l’amorce d’ARN sur un brin tardif
1- extension de la nouvelle amorce d’ARN (ADN polymerase III ajoute à la nouvelle amorce pour créer un nouveau fragment d’Okazaki)
2- finalisation de l’extension de l’amorce d’ARN (par ADN polymerase III)
3- remplacement de l’amorce d’ARN par de l’ADN (par ADN polymerase I)
4- ligation du nouveau fragment d’Okazaki à la chaîne en croissance (par ADN ligase)
Décrit les fragments d’Okazaki chez les eukaryotes vs chez les E.coli
Eukaryotes: primase ajoute amorce d’ARN de 10 nucleotides à tous les 200/300 nucleotides
E.coli: amorce de 5 nucleotides et fragments d’Okazaki de 1000 nucleotides
Que fait l’activité ribonuclease
Élimine l’amorce en ARN
Que fait ADN polymerase de réparation?
Complete l’ADN entre les fragments d’Okazaki
Quelles sont les protéines principales impliquées dans la réplication de l’ADN (7)
Primase
ADN polymerase III
ADN polymerase I
ADN ligase
Sliding clamp
SSB (single stranded binding) protéine
Helicase
Description et Rôle de la primase
ARN polymerase qui ne requiert pas d’amorce pour polymériser des ribonucleotides
Synthétise amorces ARN à partir d’une matrice d’ADN
Rôle de l’ADN polymerase III selon brin conducteur ou brin tardif
Brin tardif: utilise les amorces d’ARN sur brin retardé pour synthétiser les fragments d’Okazaki
Brin conducteur: 1 seule amorce d’ARN requise pour synthétiser le brin conducteur
ADN polymerase I est…
Enzyme avec 2 activités requises:
1- activité de nucléase (enlève amorce de ARN)
2- activité d’ADN polymerase dite de réparation
Que fait ADN ligase
Enzyme qui lie les 2 bouts d’ADN en créant un lien phosphodiester en utilisant ATP
Qu’est-ce qu’une sliding clamp
Clamp coulissant (protéine circulaire) qui maintient ADN polymerase et ADN pendant la synthèse d’ADN
Qu’est-ce que que la protéine SSB et à quoi sert elle?
Single stranded binded protein
Protéine fixant l’ADN simple brin
Rôle = empêcher ce brin de s’apparier avec brin complémentaire
Qu’est-ce que fait l’helicase
Sépare les brins
Protéine de liaison a l’ADN simple brin qui maintient les brins séparés
Qu’est-ce que les telomeres
Bout des chromosomes
Servent à préserver l’intégrité des chromosomes (les empêche de se raccourcir)
Quel est le risque majeur lors de la réplication de l’ADN
Perte d’information chromosomique importante si on perd un bout d’ADN a chaque nouvelle réplication des chromosomes
Quel est le problème avec la synthèse discontinue du brin tardif
Après la dégradation de l’amorce en ARN, il reste un bout de matrice non-réplique des brins tardifs aux extrémités des chromosomes (telomere)
Puisque ADN polymerase peut pas commencer la synthèse d’ADN dans le vide (besoin d’une terminaison 3’—OH d’une amorce) et que la primase à besoin d’une matrice pour synthétiser une amorce
Solution au problème de la synthèse discontinue d’ADN
Enzyme telomerase: ajoute une séquence répétée d’ADN à l’extrémité 3’—OH du brin matrice du brin tardif ce qui permet d’allonger les extrémités des chromosomes et assurer intégrité lors de la réplication
Quelles sont les 2 parties de l’enzyme telomerase
Partie protéique et partie ARN
A quoi sert la partie protéique de la telomerase
Activité d’ADN polymerase capable d’utiliser son ARN comme matrice (activité de “reverse transcriptase”
A quoi sert la partie ARN de la telomerase
Matrice ARN
Étapes de la réplication des telomeres
1- extension du brin complémentaire au brin retardé, telomerase agit comme polymerase en utilisant son ARN comme matrice
2- telomerase se ré-apparie avec l’extrémité de séquence ajoutée plusieurs fois DONC ajout de plusieurs séquences répétées en tandem
3- brin tardif complète par ADN polymerase alpha qui porte une activité primase
La telomerase est active seulement dans…
Les gamètes et cellules souches (cellules non-différenciées et cellules embryonnaires)
En partie, à quoi est dû le vieillissement
Perte de l’activité telomerase dans les cellules somatiques DONC la réplication d’ADN raccourci progressivement les telomeres
Décrit le graphique du vieillissement des cellules selon la longueur des telomeres (voir résumé)
Cellules souches: longueur reste la même
Cellules somatiques: longueur diminue progressivement
Premature aging cells: longueur diminue bcp plus rapidement que dans les cellules somatiques
Décrit le graphique de la longueur des telomeres selon le temps pour des cellules relatives au cancer (voir résumé)
Tissu normal: diminution légère de la longueur des telomeres
Tumeur précoce: perte de telomere importante
Tumeur tardive (métastases): réactivation de la telomerase => longueur des telomeres augmente graduellement
Combien de nucleotides sont répétés en moyenne dans un telomere
10000
A chaque réplication, il y a une perte moyenne de combien de nucleotides
200-300
Comment peut-on inhiber la réplication de l’ADN dans les traitements de cancers
En donnant un analogue de Thymidine (tel l’AZT) ce qui empêche ADN polymerase de synthétiser de l’ADN
Inconvénient de l’inhibition de la réplication dans traitement des cancers
Cible toute les cellules du corps et pas seulement les cellules cancéreuses ce qui apporte des effets secondaires
CONCEPT À RETENIR
dans quelle direction la réplication est effectuée
5’ —> 3’
CONCEPT À RETENIR
quelles sont les caractéristiques d’une origine de réplication
Région riche en appariement A-T
Plusieurs origines/chromosome
CONCEPT À RETENIR
Qu’est-ce que le brin avancé et le brin tardif
Brin avancé: brin qui synthétise de manière continue dans le même sens que la fourche de réplication
Brin tardif: brin qui synthétise de manière discontinue dans le sens inverse de la fourche de réplication
CONCEPT À RETENIR
quelles sont les enzymes impliqués dans la réplication
Primase
ADN polymerase III
ADN polymerase I
ADN ligase
Sliding clamp
SSB protein
Helicase
CONCEPT À RETENIR
Quelles sont les caractéristiques des ADN polymerases
synthétise de l’ADN
synthétise de 5’ vers 3’
requiert une amorce
requiert une matrice
CONCEPT À RETENIR
Quelles sont les caractéristiques des ARN polymérases
synthétise des amorces d’ARN
ne requiert aucune amorce
requiert une matrice d’ADN
CONCEPT À RETENIR
Qu’est-ce qu’un fragment d’Okazaki et comment est-il généré?
fragments discontinus d’ADN créés lors de la synthèse du brin tardif qui sont ensuite réunis bout à bout
ils sont séparés par un “nick” et possedent chacun leur amorce d’ARN
CONCEPT À RETENIR
Comment les télomères sont répliqués?
1- extension du brin complémentaire au brin retardé, la télomérase agit comme polymérase en utilisant sa propre ARN comme matrice
2- télomérase se ré-apparie avec l’extrémité de la séquence ajoutée plusieurs fois DONC ajout de plusieurs séquences répétées en tandem
3- brin tardif complété par ADN polymérase alpha qui porte une activité primase
CONCEPT À RETENIR
Quels sont les rôles des télomères dans le cancer et le vieillissement?
puisque la télomérase ne se trouve pas dans les cellules somatiques, les télomères de nos cellules raccourcissent avec chaque réplication ce qui cause le vieillissement
au niveau du cancer, les tumeurs précoces présentent des télomères qui raccourcissent beaucoup plus rapidement que la normale alors que les métastases permettent la réactivation de la télomérase et donc l’élongation des chromosomes
qu’est-ce qui peut amener à une mutation?
erreurs d’incorporation de nucléotides surviennent dans la réplication
ADN des cellules subit des lésions provoquées par le métabolisme, les radiations, les composés chimiques dans l’environnement
que ce passe-t-il s’il n’y a pas de réparation de la mutation
une des molécules d’ADN sera mutée de facon permanente au cycle de réplication suivant et la mutation sera transmise
que ce passe-t-il avec les mutations des cellules germinales
elles sont héritées par la descendance
un changement dans la séquence d’ADN peut causer…
des maladies héréditaires/génétiques
décrit l’anémie falciforme
GAG code pour Glu alors que GTG code pour Val
maladie génétique (mutation des cellules germinales)
décrit la fibrose kystique
maladie autosomale récessive
mutation + fréquente (80%): délétion de 3 nucléotides codant pour la phénylalamine 508 du canal chlore CFTR
mutation des cellules germinales
que se passe-t-il avec les mutations dans les cellules somatiques
peuvent etre a la base du cancer (4-5 mutations)
pourquoi est-ce que l’incidence des cancers du colon augmente avec l’âge
parce qu’il y a une accumulation de mutations somatiques
comment les mutations sont reconnus
systeme de réparations doivent distinguer entre bases originales et mutées
généralement, les nucléotides erronés/endommagés créent une torsion ou une déformation de la double hélice qui permet de reconnaitre le mésappariement
donc, on utilise le brin indemne comme matrice
synonyme de proofreading
correction co-réplicationnelle, correction sur épreuve
en général, qu’est-ce que le proofreading
ADN polymérase qui vérifie et corrige son travail pendant la synthèse
étapes du proofreading
1- vérification par ADN polymérase lors de l’appariement des bases
2- reconnaissance des mauvais appariements par déformation de l’hélice (ponts H différents)
3- action exonucléase de la polymérase: détache le mauvais nucléotide par hydrolyse du lien phosphodiester en reculant
4- action régulière de polymérisation de la polymérase peut reprendre
combien d’erreurs résiduelles occurent malgré le proofreading
1 erreur par 10 000 000 de nucléotides
ADN polymérase possède 2 sites soit:
site catalytique de polymérisation (P)
site d’édition (E)
à quoi sert le site d’édition de l’ADN polymérase
excision et correction
si nucléotide incorrect est ajouté sur 1 des brins, que se passe-t-il
brin se déplace temporairement vers le site E pour la correction
que se passe-t-il quand la mutation n’est pas corrigée pendant la réplication ou quand une lésion survient apres la réplication
DNA Mismatch Repair
lors du DNA mismatch repair, les mésappariements causent ??? qui sont reconnus par ???
causent des distorsions de la double hélice
reconnus par des protéines spécifiques
comment fonctionne le DNA mismatch repair
protéine de reconnaissance forment un complexe qui recrute une exonucléase (Exo1)
une portion du nouveau brin incluant un nucléotide erroné est dégradé par exonucléase
comment fonctionne le DNA mismatch repair
protéine de reconnaissance forment un complexe qui recrute une exonucléase (Exo1)
une portion du nouveau brin incluant un nucléotide erroné est dégradé par exonucléase
réparation de la lacune créée par ADN polymérase et ligase
pourquoi doit-on absoluement reconnaitre le nouveau brin pendant le DNA Mismatch Repair
parce que le mécanisme est spécifique au nouveau brin
comment reconnait on le nouveau brin chez les bacteries E.coli
nouveau brin pas immédiatement méthylé ce qui permet la reconnaissance
comment reconnait on le nouveau brin chez les autres organismes
on suppose que le brin néosynthétisé contient des nicks qui permettent de l’identifier (méthylation aussi possible)
décrit l’endonucléase
clivent à l’intérieur de la molécule d’ADN produisant un nick (si sur un seul brin) ou une coupure (si sur les 2 brins)
décrit l’exonucléase
digèrent le brin d’ADN dans la direction 5’ vers 3’ ou 3’ vers 5’ (selon le type d’exonucléase)
besoin d’un bout 5’ ou 3’ libre pour pouvoir agir donc ne peut pas agir à l’Intérieur de l’ADN
Exo1 peut agir à l’intérieur du brin d’ADN parce que…
un nick crée un brin libre 5’ et 3’
décrit la dépurination
collisions thermiques entre molécules causent la perte des purines (A et G) de certains nucléotides
casse pas le squelette phosphodiester de ADN mais génère des lésions
perte de la base
suite à une dépurination, que se passe-t’il apres la réplication si il n’y a pas de réparation
1 des 2 hélices d’ADN créées a un nucléotide en moins (mutation)
décrit la déamination
métabolisme peut causer la perte du groupement amino de cytosines ce qui la transforme en uracil (non-complémentaire à la base située sur l’autre brin)
que ce passe t’il apres la réplication sans réparation suite à une déamination
appariement C–G devient un appariement A–U sur 1 des 2 ADN synthétisés (mutation)
décrit les dimères de thymine
rayons UV du Soleil peuvent endommager ADN en provoquant la formation de liens covalents entre 2 thymines adjacentes
bris du double lien C=C à l’intérieur du cycle de la base et formation d’un lien covalent avec base inférieure ou supérieure sur le brin
décrit les étapes de la réparation de lésions par excision
1- ADN endommagé reconnu et portion affectée est excisée par nucléase
2- ADN polymérase de réparation se fixe au brin coupé et fait une copie complémentaire (5’ vers 3’) du brin normal indemne
3- cassure au niveau du squelette est reliée grace à ADN ligase
Vrai ou faux, peu importe le type de dommages, c’est le meme nucléase qui excise la portion affectée
faux, différents nucléases pour différents dommages
CONCEPT À RETENIR
Quelle est la différence entre une mutation somatique et une mutation germinale
mutation germinale: héritée par descendance
mutation somatique: pas héritée par descendance
CONCEPT À RETENIR
quelles sont les conséquences d’une mutation germinale vs mutation somatique
germinale = maladie génétique
somatique = cancer
CONCEPT À RETENIR
Quelles sont les causes des mutations
erreurs d’incorporation de nucléotides par l’ADN polymérase
lésions provoquées par métabolisme, radiation ou composés chimiques
CONCEPT À RETENIR
quels sont les mécanismes de réparation de mutations
Proofreading
DNA Mismatch Repair
Excision
CONCEPT À RETENIR
Comment les mutations sont reconnus dans la cellule
provoquent des distorsions de l’hélice d’ADN
