moléculaire Biochimie

PCEMI

Biochimie génétique Biologie

moléculaire

J. Etienne, E. Clauser,

C. Housset, P. Roingeard

entièrement refondue

> llessentiel du cours

> 110 ocM corrigés

> 240 exercices corrigés

M MASSON

Table des matières

AVANT-PROPOS ABRÉVIATIoNS

RECoMMANDATIoNS PARUES nu JOunruRL OFFICIEL DU 26 SEPTEMBRE I 990

l.

^LEs rluclÉonors

V

xill

XV

Introduction

Les constituants du nucléotide ...

Le pentose

L'acide phosphorique

Structure et constitution du nucléotide Liaison base-pentose

Liaison pentose-phosphate...

Nomenclature des différents nucléotides ...

Du nucléotide à l'acide nucléique Fonctions des nucléotides

Liaisons entre les nucléotides dans un acide nucléique...

Convention de lecture d'un acide nucléique

2.

STRUCTURE ET FoNcTIoNS DES ACIDES NUCLÉIQUES

lntroduction

Structure et caractéristiques de l'ADN...

Topoisomères de I'ADN

Les différents variants structuraux de la molécule dADN Les ARN

Structure et caractéristioues des ARN...

Les ARN ribosomiques (ARNr) ARN de transfert (ARN!...

ARN messager (ARNm),...

Autres petits ARN

Pourquoi ces différences de structure entre ADN et ARN ^?

3.

MÉcnruIsvIES DE RÉPLICATIoN. RÉPARATIoN ET RECOMBINAISON DE L'ADN ^..

Introduction

La réplication chez les procaryotes

Caractéristiques fondamentales de la réplication Éléments nécessaires pour la réplication....

Mécanismes de la rép1ication...,...

I I I I 4 5 5 6 6 6 7 7 7 8

13

l5

17 20 22 22 22 24 29 29 30 13 13

34 34 34 34 35 36

f

I ^{lrocnimie génétique -} Biologie moléculaire

La réplication chez les eucaryotes

""":"""""""""

Iviécanisme de la réplication chez les eucaryotes

"""""""""""'

La formation des nucléosomes

""""""""'

-- iËt

mécanismes de réparation des lésions d'un

brin""""

nèparations des lésions simultanées des deux

brins""""""""

La recombinaison

homologue """""""""'

Le mécanisme de recombinaison

homologue"'

Crossing over et conversion génique

Réaction enzymatique de la synthèse d'ARN

'i"""""""""""'

Les molécules d'ARN sont produites à partir de gènes Les ARN PolYmérases.

Orientation des gènes""'

Synthèse d'ARN par I'ARN polymérase

ll """"""

lnitiation de la transcription

""""""""'

Élongation de la

transcription""""""""'

Terminaison de ^la

transcription"""""""""

Les ARN synthétisés

parl'nnrri

polymérase

ll

subissent différentes modifications Coiffe âes transcrits de I'ARN polymérase ll

"""""""""""

Séquences de I'ARNm""

Synthèse des ARN ribosomiques

5.

^LA RÉGULATION DE L'EXPRESSION DES GÈNES '....'....'..'

Les différents niveaux de régulation de I'expression des gènes Séquences régulatrices d'ADN

"""""'

Proiéines régulatrices de la

transcription"""""""'

Mode d'actiàn des facteurs de régulation de la transcription ' Réeulation de l'expression des gènes par méthylation de I'ADN

La méthvlation de I'ADN chez les

vertébrés"""'

Méthylaiion et empreinte ^parentale

"""'

Les réguiations post-transcriptionnelles

"'::""""""""""

---

r_à'pirrug"

uit"rnutit pon]et

la production de différentes protéines ^à partir L'édition d'ARN (RNA Editing) peut changer la séquence d'un ARNm Stabilité des ARNm et régulàtion de l'expression génique

""'

ARN interférents ^(RNA|) ét

inhibition

^de I'expression

génique"""

6.

LA TRADUCTION ET SA

Le code génétique et son déchiffrage

"""""""'

Le rôle des ARN de transfert (ARN|

""""""

La dégénérescence du code

génétique""""""""""

Les mécanismes de la traduction

40 41 41 42 44 47 48 48

52 52 53 53 54 54 55

5(

51 51 58 5! 6( 6( 6 6" 6" 6l 6i 6 7 7 7 7 7 7

I

€

€

€

t

t t {

raule

aes

matieres I

Les différentes étapes de la traduction Cas particulier du codon UGA

Bilan énergétique...

Le contrôle de la

traduction

...

Contrôle négatif par des protéines _se liant aux extrémités 5' et

3'

non traduites Régulation par phosphorylation d'un facteur d'initiation

Utilisation d'un codon AUC en amont Traduction contrôlée par un 1RES...

Le ribosome, témoin de l'antériorité du ^u monde ARN

r

...

7.

STRUCTURE, MATURATIoN, TRI- ET DÉGRADATIoN DES pno[ÉIrues

Acquisition d'une structure tridimensionnelle ...

Rôle de la séquence d'acides aminés Rôle des protéines chaperons...

Les différentes localisations possibles d'une protéine...

Cas d'une protéine à localisation mitochondria1e...

Cas d'une protéine à localisation nucléaire...

Cas d'une protéine passant par le réticulum endoplasmique...

Les modifications post-traductionnelles des protéines Formation de ponts disulfure...

La dégradation des protéines ...

L'étiquetage des protéines par l'ubiquitine ...- Repliement anormal et pathologique...

8.

^LE cÉNoME Er sES MoDrFrcATroNS pHysrolocreuEs lntroduction

Les ADN des différents êtres vivants

L'ADN des mitochondries (ADNmt)

Structure des chromosomes eucaryotes ...

Morphologie des chromosomes ...

Les séquences génomiques caractérisées ...

Les séquences centromériques, télomériques et origines de réplication Les séquences répétées...

Les éléments génétiques mobiles transposons et rétrotransposons...

Cartographie et séquençage des génomes ...

Taille des génomes selon les espèces...

Cartographies des génomes Les banques de données..

Introduction

Grands réarrangements du génome

du site

d'initiation

de la traduction

102 103 103 105 105

r06 t07

98 101 102

128

l3t

132

160 160 160 114 114

l16

117 117

il9

120 122 126 126 126 127 128

133

159 139

t39

140

t40

140 141 141 141 141 143 144

153 153 154 155

Les trisomies

rl llirxhimie génétique - Biologie moléculaire

Les macro-délétions ou macro-insertions Les mutations de I'ADN

Mutations par substitution, délétion ou

insertion..

¹⁶⁸

Différents Çpes de

mutations...

¹⁶⁹

Les points chauds de mutation : les îlots riches en CG ou ^< îlots HTF D...

Nomenclature des mutations en pathologie humaine.

Les principales modifications du génome en pathologie

humaine

¹⁷³

Les maladies héréditaires

monogéniques...

¹⁷³

Les maladies polygéniques Le cancer

l6l

166 166

171 172

174 175

10. MÉTHoDES o,ÉruoE DES ACIDES NUCLÉIQUES

Extraction et purification des acides nucléiques ARN

180 180 180

l8l

Synthèse d'ADN complémentaire 182 Électrophorèse des acides nucléiques

Les enzymes utilisées pour l'étude des acides nucléiques Les nucléases

Les ADN ligases.

182 184 184 188 188 189 189 189 Les ADN et ARN polymérases.

Les phosphatases et kinases...

L'ADN recombinant ...

Les vecteurs.

Hvbridation d'une sonde Marquage d'une sonde.

L'hybridation Southern blot

't94 194 194 195 't97 199

r99

199 200

202

221 224 227 227 233 241 241 241 Clonage plasmidique

Amplification d'une séquence d'ADN par PCR Séquençage de I'ADN

I

l

^LES ApplrcAÏtoNs tttÉotcnlrs DE LA BtoloctE MolÉcuLA|RE 215

216 216

Diagnostic

Maladies génétiques....

Pathologies tumorales Pathologies infectieuses..

Traitement

Thérapie génique...

Les problèmes éthiques liés au développement de la biologie moléculaire Maladies génétiques...

Protocoles de thérapie génique...

I2. LEs APPLICATIONS SCIENTIFIQUES ET INDUSTRIELLES DE LA BIOLOCIE MOLÉCULAIRE

L'analyse du génome

humain

...

ldentification des gènes...

Quelques applications de la biologie moléculaire dans un laboratoire de

recherche ²⁵⁶

Le système

double-hybride...,..-.,... ²⁵⁶

245 245 245 251

Table

des.rnatièrcsl

Constructions d'un gène exprimant une protéine fusion...

Construction d'un mutant par mutagenèse dirigée

Uétude des interactions ADN-protéine par ^<

footprinting

D...,...-..,.j..

*rimaux

et plantes transgéniques LessburistransgéniqueS.-...-....

Quel{ues applications industrielles des plantes transgéniques...-...

AUx QCM ^ET

257

258

259

260

260

261 267

283

: :ii î ^I

-,.ti:l ^;

Biochimie ^génétique Biologie moléculaire

J. Etienne, E. Clauser, C. Housset, P. Roingeard

TOUVRAGË

L'ouvrage traite de la ^biochimie des acides nucléiques et de l'expression du génome - notions fondamentales et données nouvelles ^- et expose

^les

principaux outils et techniques de la biologie moléculaire et leurs applications dans

^la

recherche fondamentale, l'industrie pharmaceutique, la médecine et dans le domaine de la thérapie génique.

Pour sa 9" édition, le contenu ^(textes, figures, exercices) de l'ouvrage a été

entièrement remanié de manière à correspondre au programme enseigné ^dans

la plupart des facultés de médecine.

Les 12

chapitres de l'ouvrage sont assortis chacun d'exercices et de QCM corrigés.

LE PUBLIC

-

^Les

^{étudiants du 1"'} cycle des études de médecine, de pharmacie et en

sciences

de la vie.

-

^Les

candidats aux épreuves classantes nationales ; ^les étudiants préparant un master ou un doctorat ; tout biologiste ou clinicien qui souhaite acquérir

les bases

pour comprendre

les

travaux scientifiques traitant de biologie moléculaire.

LES AUTEURS

lacqueline Étienne était professeur de biologie cellulaire et moléculaire à la

faculté de médecine Saint-Antoine (Paris-Vl, université Pierre-et-Marie-Curie) jusqu'en _septembre

1 999.

Éric Clauser est professeur de biologie cellulaire et moléculaire à la faculté de médecine Cochin-Port-Royal (Paris-V, université René-Descartes) et est directeur du département endocrinologie, métabolisme et cancer de I'U 567 de I'lnserm (lnstitut Cochin).

Chantal Housset est professeur de biologie cellulaire à la faculté de médecine Pierre-et-Marie-Curie (Paris-Vl) et directeur de I'U

680

de l'lnserm.

Philippe Roingeard est professeur de biologie cellulaire et moléculaire à la

faculté de médecine de Tours et biologiste, responsable du laboratoire de biologie cellulaire à I'hôpital Bretonneau de

^Tours.

lSBN 2-294-08679-1

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