Fiche de révision : Biologie moléculaire fondamentale

📋 Plan du Cours

1. Dogme et organisation du génome
2. Structure et propriétés de l’ADN
3. Compaction de l’ADN
4. Acteurs de la réplication
5. Mécanisme de réplication
6. Fin de réplication et applications

📖 1. Dogme et organisation du génome

🔑 Notions clés & Définitions

• Dogme de la biologie moléculaire : Décrit le transfert de l’information de l’ADN vers l’ARN messager, puis vers les protéines qui assurent les fonctions cellulaires.
• Génome : Ensemble de l’information génétique d’un organisme, transmis à sa descendance et porté par des gènes séparés par des séquences d’ADN.

★ À maîtriser

• Chez les procaryotes, le génome comprend généralement une molécule d’ADN double brin circulaire et des plasmides, tandis que chez les eucaryotes le génome nucléaire est constitué d’ADN double brin linéaire.

Compléments

• Le génome humain contient environ 3,2 × 10^9 paires de bases, soit 3200 Mb, et les 46 chromosomes représentent environ 6400 Mb d’ADN.

💡 Astuce mémo

ADN → ARNm → protéines → fonctions cellulaires

📖 2. Structure et propriétés de l’ADN

🔑 Notions clés & Définitions

• ADN : Polymère de désoxyribonucléotides dont chaque brin est polarisé dans le sens 5’ vers 3’.
• ADN double brin : Résulte de l’association de deux brins simples complémentaires et antiparallèles.

★ À maîtriser

📌 L’hybridation associe deux brins complémentaires, tandis que la dénaturation les sépare, notamment par chauffage ou grâce aux hélicases.

Compléments

• L’ADN double brin de type B forme une double hélice de 10,5 paires de bases par tour, avec une distance de 0,34 nm entre deux paires de bases.

💡 Astuce mémo

Hybridation assemble les brins, dénaturation les sépare

📖 3. Compaction de l’ADN

🔑 Notions clés & Définitions

• Nucléosome : Constitué d’un octamère d’histones autour duquel s’enroulent environ 147 paires de bases d’ADN sur deux tours.

★ À maîtriser

📌 La fibre de chromatine de 11 nm correspond à une chromatine ouverte appelée euchromatine, tandis que la fibre de 30 nm correspond à une chromatine fermée appelée hétérochromatine.

📌 L’acétylation des lysines des queues d’histones provoque la décompaction de la chromatine, tandis que la désacétylation provoque sa compaction.

Compléments

• La longueur totale de l’ADN des 46 chromosomes humains atteint environ 2,17 m, car 6400 × 10^6 paires de bases sont séparées de 0,34 nm.

• Dans l’hétérochromatine, l’ADN est inaccessible à la machinerie d’expression des gènes.

💡 Astuce mémo

Acétylation des lysines → décompaction ; désacétylation → compaction

📖 4. Acteurs de la réplication

★ À maîtriser

• La réplication de l’ADN se déroule pendant la phase S selon un modèle semi-conservatif, à partir d’origines de réplication, et progresse de manière bidirectionnelle en formant une bulle contenant deux fourches.

• Les bactéries possèdent une seule origine de réplication, tandis que les eucaryotes possèdent de multiples origines sur leurs chromosomes.

• Les hélicases séparent les deux brins, les topoisomérases réduisent les contraintes topologiques, les primases fabriquent les amorces, les ADN polymérases synthétisent l’ADN, les exonucléases dégradent des acides nucléiques, les protéines SSB stabilisent l’ADN simple brin et les ligases relient les fragments.

Compléments

• Les origines de réplication sont riches en adénine et thymine, car leurs deux liaisons facilitent la séparation des brins.

💡 Astuce mémo

Hélicase ouvre, primase amorce, polymérase allonge, ligase relie

📖 5. Mécanisme de réplication

★ À maîtriser

📌 Les ADN polymérases synthétisent l’ADN uniquement dans le sens 5’ vers 3’ en ajoutant des désoxyribonucléotides à l’extrémité 3’OH d’une amorce.

• Les ADN polymérases possèdent parfois une activité exonucléase 3’ vers 5’ qui permet la relecture et augmente fortement leur fidélité.

📌 Le brin précoce est synthétisé continûment dans le sens de progression de la fourche, tandis que le brin retardé est synthétisé de façon discontinue en fragments d’Okazaki.

• Sur le brin retardé, les amorces sont éliminées, les espaces sont remplacés par de l’ADN et les fragments sont reliés par l’ADN ligase grâce à l’énergie de l’ATP.

Compléments

• La fidélité de l’ADN polymérase III bactérienne atteint une fréquence d’erreur de 10^-9 à 10^-10, contre 10^-6 à 10^-7 pour les ADN polymérases δ ou ε eucaryotes.

• Les fragments d’Okazaki mesurent environ 100 à 200 paires de bases chez les eucaryotes et 1000 à 2000 paires de bases chez les bactéries.

💡 Astuce mémo

Brin précoce continu, brin retardé discontinu

📖 6. Fin de réplication et applications

🔑 Notions clés & Définitions

• Télomérase : Ribonucléoparticule associant un ARN et une transcriptase inverse, qui utilise son ARN comme matrice pour rallonger les télomères.

★ À maîtriser

• Chez les eucaryotes, la réplication laisse un problème aux extrémités des chromosomes, car la dégradation de la dernière amorce du brin discontinu empêche de recopier entièrement le télomère.

• Les télomères se raccourcissent à chaque cycle de réplication, ce qui participe au vieillissement cellulaire et limite le nombre de divisions cellulaires.

• La réplication in vitro nécessite:

  • Un ADN matrice simple brin
  • Une ADN polymérase purifiée
  • Les quatre dNTP
  • Une amorce d’ADN hybridée

Compléments

• Chez les procaryotes, les fourches de réplication se rejoignent à l’opposé de l’origine sur le chromosome bactérien, tandis que chez les eucaryotes elles se rejoignent sur les chromosomes linéaires.

• Après la naissance, la télomérase s’arrête dans la plupart des cellules, mais elle reste active dans les gonades pour maintenir les télomères des chromosomes sexuels.

💡 Astuce mémo

Raccourcissement des télomères → vieillissement cellulaire

📊 Tableaux de synthèse

Organisation de la réplication