Le matériel génétique est constitué d’ADN
Morgan a démontré que les gènes sont situés sur les chromosomes mais la nature chimique du matériel génétique proprement dit restait inconnue : ADN, ARN ou protéines ??
C’est la recherche sur les microorganismes qui a permis de découvrir que l’ADN était le support du matériel génétique.
La transformation est l’assimilation par une cellule d’un ADN qui lui est
Le matériel génétique est constitué d’ADN Les virus sont constitués d’ADN entouré d’une capside (protéines). Lors de l’infection virale, seul l’ADN pénètre dans les cellules infectées.
Cet ADN est capable de reprogrammer les cellules à faire de nouvelles particules virales.
La découverte de la structure de l’ADN
E. Chargaff : - les proportions des quatre bases diffèrent d’espère à espèce - les proportions de A et de T sont toujours égales ainsi que les proportions de C et de G
1950 : la structure chimique de l’ADN est connue
R. Franklin : radiographie de l’ADN par diffraction de rayons X
Watson et Crick
La structure de l’ADN
L’ADN est une double hélice anti-parallèle : les squelettes phosphate- désoxyribose sont à l’extérieur alors que les bases pointent vers l’intérieur et s’apparient 2 à 2.
deux liaisons hydrogène
trois liaisons hydrogène
La réplication de l’ADN
Watson et Crick « Nous avons remarqué que les appariements spécifiques permettent d’entrevoir directement un mécanisme possible de recopiage du matériel génétique ».
Lors de la réplication, les deux brins se séparent et chacun d’eux sert de matrice pour la formation d’un brin complémentaire par appariement des bases. ainsi la séquence des paires de bases est reproduite de façon exacte.
--> = modèle semi-conservateur
Evidence expérimentale en faveur du modèle semi-conservateur Synthèse d’ADN en présence d’isotopes 15N (« lourd »)
Mécanisme de la réplication de l’ADN
Le génome humain contient 6 milliards de paires de bases, or il suffit de quelques heures à la cellule pour tout recopier ET avec très peu d’erreurs ! --> rapidité et précision remarquables !
La réplication de l’ADN nécessite de nombreuses enzymes et protéines qui assurent cette rapidité et cette précision.
Le point de départ : les origines de réplication
Chez les bactéries : un seul chromosome circulaire et UNE origine de réplication
Chez les eucaryotes : plusieurs chromosomes et PLUSIEURS origines de réplication par chromosome
A partir de cette origine, la réplication se poursuit dans les deux sens.
La réplication de l’ADN : l’élongation d’un nouveau brin
Au niveau de la fourche de réplication, l’élongation du nouveau brin d’ADN est catalysée par des enzymes appelées ADN polymérases. Au fur et à mesure que les nucléotides s’alignent sur les bases complémentaires sur le brin qui sert de matrice, l’ADN polymérase les attache un par un à l’extrémité du brin d’ADN en voie de formation.
Chaque nucléotide ajouté est en fait un nucléoside triphosphate. Comme pour l’ATP, l’énergie stockée dans les liaisons phosphate fournit l’énergie nécessaire à la polymérisation de l’ADN.
La réplication de l’ADN : l’élongation anti-parallèle
Les deux brins matrice sont anti-parallèles. L’ADN polymérase ajoute toujours les nucléotides à l’extrémité 3’ --> le brin ne peut s’allonger que dans la direction 5’--> 3’.
Donc, à partir de la fourche de réplication :
- une ADN polymérase se loge dans la fourche, suit le brin matrice et synthétise un brin continu 5’--> 3’ le long du brin = le brin directeur
- Sur l’autre brin, l’ADN polymérase suit la matrice en s’éloignant de la fourche de réplication. Le brin d’ADN ainsi formé est discontinu : de courts fragments sont synthétisés (fragments d’Okazaki) avant d’être reliés par une enzyme, une ADN ligase.
La réplication de l’ADN : l’amorçage
L’ADN polymérase (pol III) est incapable d’amorcer la synthèse d’un polynucléotide, elle ne peut qu’ajouter des nucléotides à une chaîne préexistante. Il faut donc une amorce.
Amorce : court brin d’ARN (10 nucléotides chez les eucaryotes) dont les nucléotides sont assemblés par une primase.
Le brin d’ARN est ensuite remplacé par son équivalent ADN par une ADN polymérase I (procaryotes) ou béta (eucaryotes).
Brin directeur : une amorce
Brin discontinu : une amorce par fragment d’Okazaki
La réplication de l’ADN : résumé
La correction des erreurs et la réparation de l’ADN
Des enzymes effectuent une « correction » pendant la réplication et réparent les dommages subis par l’ADN.
La précision de la réplication est liée à la spécificité de l’appariement ET à des enzymes de réparation
Nombre d’erreurs final : 1/109
Nombre d’erreurs à l’appariement : 1/10000
L’ADN polymérase relit elle-même les nucléotides ajoutés « correction d’épreuves » ou « proof-reading ».
Réparation des mésappariements des bases et des dommages occasionnés à l’ADN par des agents chimiques ou physiques (ex UV). On a identifié 130 enzymes de réparation (excision-resynthèse) chez l’humain. Il faut au moins une endonucléase puis une polymérase et une ligase pour réaliser la réparation.
La réplication des extrémités des molécules d’ADN
Lorsque l’ADN est linéaire comme dans le cas des chromosomes eucaryotes, le fait que l’ADN polymérase ne puisse ajouter des nucléotides qu’à l’extrémité 3’ d’un brin d’ADN existant pose problème : si aucun mécanisme n’intervenait, à chaque mitose, les chromosomes raccourciraient !
La réplication des extrémités des molécules d’ADN : les télomères Les extrémités des molécules d’ADN sont constituées de séquences nucléotidiques nommées télomères : il s’agit d’une même séquence de 6 nucléotides (TTAGGG) répétée de 100 à 1000 fois. Ces télomères raccourcissent effectivement au fur et à mesure des mitoses.
Dans les cellules germinales, une enzyme particulière, la télomérase, produit l’élongation des télomères dans les cellules reproductrices, restaurant ainsi la longueur originale des chromosomes.
