Fiche de révision : Génétique bactérienne du gène à la protéine

📋 Plan du Cours

1. Génome chromosomique bactérien
2. Plasmides et éléments génétiques
3. Réplication du chromosome bactérien
4. Réplication des plasmides
5. Structure et transcription des gènes
6. Opérons et expression coordonnée
7. Traduction bactérienne
8. Mutations et conséquences

📖 1. Génome chromosomique bactérien

★ À maîtriser

• Le chromosome bactérien est généralement unique, circulaire, fortement surenroulé et compacté par les topoisomérases et les protéines associées au nucléoïde (NAPs).

• La taille du génome bactérien varie de 0,112 Mbp chez Candidatus nasuia, le plus petit génome cité, à 13,03 Mbp chez Sorangium cellulosum, le plus grand cité, tandis qu'Escherichia coli possède 4,6 Mbp.

Compléments

• En général, 85 à 90 % du génome bactérien est codant et Escherichia coli présente une densité d'environ 900 gènes par Mbp.

• Chez Escherichia coli, le génome comprend notamment deux gènes codant des alanine racémases et sept opérons d'ARN ribosomique.

💡 Astuce mémo

Chromosome généralement circulaire et unique, mais Borrelia est linéaire et Vibrio possède plusieurs chromosomes

📖 2. Plasmides et éléments génétiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Plasmide : Petite molécule d'ADN double brin, généralement circulaire et extrachromosomique, qui se réplique indépendamment du chromosome.
• Épisome : Plasmide pouvant exister librement ou être intégré au chromosome bactérien, comme le facteur F d'Escherichia coli.

★ À maîtriser

• Les plasmides mesurent de 1 à plus de 200 kpb, possèdent généralement moins de 30 gènes et sont présents à 1 à 5 copies, 10 à 20 copies ou 30 à 100 copies par cellule selon leur type.

• Les plasmides portent des gènes non essentiels au métabolisme de base mais pouvant conférer un avantage sélectif, comme une résistance aux antibiotiques ou un facteur de virulence.

• Les plasmides conjugatifs permettent le transfert d'ADN par conjugaison, les plasmides R portent des gènes de résistance aux antibiotiques, les plasmides de virulence confèrent des caractères de virulence et les plasmides Col produisent des bactériocines qui tuent des espèces proches.

Compléments

📌 Les plasmides sont transmis aléatoirement aux cellules filles lors de la division, de manière non équitable, ce qui peut entraîner leur perte.

💡 Astuce mémo

Plasmide → avantage sélectif possible → résistance ou virulence

📖 3. Réplication du chromosome bactérien

★ À maîtriser

• La réplication du chromosome bactérien est semi-conservative et bidirectionnelle à partir de l'origine unique oriC, riche en A-T, forme une structure en thêta et se termine dans la région opposée à oriC.

📌 Les cinq sites ter de 23 pb, liés à la protéine Tus, forment un système polaire qui bloque une fourche de réplication rencontrant le complexe Tus-Ter par la face non permissive, tandis que la face permissive permet sa progression.

• Lors de la réplication, DnaA ouvre localement l'ADN à la DnaA box, DnaB et DnaC forment la fourche, SSB maintient les brins séparés, DnaG pose une amorce ARN, puis l'ADN polymérase III synthétise les nouveaux brins.

• L'ADN polymérase I remplace les amorces ARN par de l'ADN, l'ADN ligase relie les fragments d'Okazaki, l'ADN gyrase réduit le surenroulement devant la fourche et la topoisomérase IV sépare les chromosomes nouvellement répliqués.

Compléments

• La réplication du chromosome bactérien dure environ 40 minutes.

💡 Astuce mémo

DnaA → DnaB/DnaC → SSB → DnaG → Pol III → Pol I → ligase

📖 4. Réplication des plasmides

📝 Points essentiels

• La réplication en cercle roulant commence lorsque RepC reconnaît DSO et coupe un seul brin, créant une extrémité 3'-OH pour l'ADN polymérase III et restant attachée à l'extrémité 5'-P.

• Dans le cercle roulant, PcrA sépare les brins, l'ADN polymérase III synthétise le nouveau brin autour du plasmide et les protéines SSB protègent le brin simple déplacé.

• RepC recoupe et ligature le brin déplacé au niveau de DSO, puis SSO permet la synthèse du second brin selon la séquence amorce ARN, ADN polymérase III et ADN polymérase I, ce qui produit deux plasmides circulaires double brin.

📌 La réplication en cercle roulant est asynchrone et unidirectionnelle : un brin est d'abord copié et l'autre est déplacé, puis le brin déplacé est copié grâce à SSO dans une seule direction.

💡 Astuce mémo

DSO → coupure → déplacement du brin → SSO → plasmides doubles brins

📖 5. Structure et transcription des gènes

🔑 Notions clés & Définitions

• Site +1 : Premier nucléotide de l'ADN transcrit en ARNm et correspondant ici à l'adénine.

📝 Points essentiels

• Le promoteur bactérien comprend une région -35 de séquence consensus TTGACA et une région -10 de séquence consensus TATAAT, situées respectivement environ 35 et 10 nucléotides avant le site +1.

• La séquence Shine-Dalgarno de l'ARNm s'apparie avec une séquence complémentaire de l'ARNr 16S de la sous-unité 30S afin de positionner le codon AUG dans le site P.

📌 Sur l'ADN codant, ATG devient AUG dans l'ARNm et code la méthionine, tandis que TAA devient UAA et signale l'arrêt de la traduction sans coder d'acide aminé.

• 🔄 La transcription bactérienne suit les étapes:
  1. liaison de l'ARN polymérase au promoteur
  2. formation du complexe fermé
  3. formation du complexe ouvert
  4. initiation en +1
  5. libération du facteur sigma
  6. élongation en 5' vers 3'
  7. terminaison

💡 Astuce mémo

Promoteur -35/-10 → +1 → ARNm → terminateur

📖 6. Opérons et expression coordonnée

🔑 Notions clés & Définitions

• Opéron : Ensemble de gènes contigus transcrits en un seul ARNm et associé à des séquences régulatrices contrôlant leur transcription.

★ À maîtriser

• Les gènes de structure de l'opéron lac codent:
  • lacZ : β-galactosidase
  • lacY : β-galactoside perméase
  • lacA : galactoside transacétylase

📌 Dans l'opéron lac, le répresseur LacI fixé aux opérateurs O1, O2 et O3 empêche la transcription, tandis que son absence de l'opérateur permet la transcription par l'ARN polymérase.

• Lorsque le lactose entre grâce à LacY, une partie est transformée en allolactose par LacZ, l'allolactose se fixe à LacI et le détache de l'opérateur, ce qui permet la transcription de lacZ, lacY et lacA.

Compléments

• Un exemple d'opéron d'ARN ribosomique contient:
  • 23S
  • 16S
  • ARNtGlu
  • 5S

💡 Astuce mémo

Allolactose → répresseur détaché → opéron lac transcrit

📖 7. Traduction bactérienne

🔑 Notions clés & Définitions

• Traduction : Fabrication d'une protéine à partir de l'information portée par l'ARNm, lu codon par codon par le ribosome avec l'aide des ARNt.

★ À maîtriser

• Les sites ribosomiques sont:

  • A : arrivée de l'ARNt
  • P : port de l'ARNt portant la chaîne peptidique
  • E : sortie de l'ARNt

• Lors de l'initiation bactérienne, IF3 se fixe à la sous-unité 30S et empêche l'association prématurée de la 50S, IF2-GTP favorise la liaison de l'ARNt initiateur, puis l'appariement Shine-Dalgarno-ARNr 16S place AUG dans le site P avec l'ARNt initiateur portant la méthionine.

📌 Chez les bactéries, la transcription et la traduction sont couplées dans le temps et l'espace, car la traduction peut commencer avant la fin de la transcription de l'ARNm.

Compléments

• La traduction bactérienne atteint environ 900 résidus par minute.

💡 Astuce mémo

IF3 → IF2-GTP → Shine-Dalgarno → AUG en P → élongation

📖 8. Mutations et conséquences

🔑 Notions clés & Définitions

• Mutation : Changement héritable du génome, pouvant être spontané ou induit, notamment par une erreur lors de la réplication.

★ À maîtriser

• Les mutations ponctuelles peuvent être:

  • substitution
  • addition d'un ou deux nucléotides
  • délétion d'un ou deux nucléotides

• 🔄 La dépurination conduit à la mutation par:

  1. perte d'une base purique
  2. formation d'un site AP
  3. erreur lors de la réplication
  4. apparition d'une mutation

• Le 5-bromouracile est un analogue de la thymine dont la forme énol peut provoquer un mésappariement et une substitution AT vers GC, tandis que la méthyl-nitrosoguanidine méthyle la guanine et peut provoquer une substitution GC vers AT.

• Les agents mutagènes physiques ou chimiques provoquent notamment: insertions ou délétions par les agents d'intercalation, dimères de thymine par les UV, cassures simple brin par les rayons X, cassures double brin par les rayons X

📌 Une mutation silencieuse ne change pas l'acide aminé, une mutation faux-sens remplace un acide aminé par un autre, une mutation non-sens crée un codon stop prématuré et une mutation par déphasage modifie le cadre de lecture des codons suivants.

Compléments

📌 Une mutation d'une séquence régulatrice comme un promoteur ou un opérateur peut modifier l'expression du gène, tandis qu'une mutation d'un gène d'ARNr ou d'ARNt peut désorganiser la synthèse protéique et ralentir la croissance.

📌 Une mutation a un impact visible sur le phénotype lorsqu'elle entraîne une modification du phénotype de la bactérie.

💡 Astuce mémo

Lésion ou erreur → mutation → modification possible de la protéine ou du phénotype

📊 Tableaux de synthèse

Comparaison des réplications bactériennes