Fiche de révision : Génétique moléculaire

📋 Plan du Cours

1. Fondements structuraux de l’ADN
2. Découvertes historiques de l’ADN
3. Modèles et principes de réplication
4. Réplication bactérienne
5. Synthèse des brins d’ADN
6. Réplication des eucaryotes
7. Principes de transcription
8. Transcription procaryote
9. Régulation et maturation bactériennes
10. Transcription eucaryote et maturation

📖 1. Fondements structuraux de l’ADN

🔑 Notions clés & Définitions

• ADN : Polymère de désoxyribonucléotides constitué de bases puriques adénine et guanine, de bases pyrimidiques cytosine et thymine, de désoxyribose et de groupements phosphate.

★ À maîtriser

📌 Les deux brins d’ADN sont antiparallèles, orientés de 5’ vers 3’, et leurs bases complémentaires sont réunies par des liaisons hydrogène.

• L’adénine et la thymine sont liées par deux liaisons hydrogène, tandis que la cytosine et la guanine sont liées par trois liaisons hydrogène.

Compléments

• Une liaison phosphodiester relie deux nucléotides consécutifs d’une même chaîne d’ADN.

💡 Astuce mémo

ADN double brin, ARN simple brin : thymine contre uracile

📖 2. Découvertes historiques de l’ADN

★ À maîtriser

• En 1953, Watson et Crick ont proposé le modèle en double hélice de l’ADN.

• En 1952, des expériences menées avec des bactériophages ont établi que l’ADN est le matériel génétique.

Compléments

• Rosalind Franklin a utilisé la diffraction des rayons X sur l’ADN pour obtenir des images compatibles avec une structure en double hélice.

💡 Astuce mémo

1833 → 1866 → 1869 → 1952 → 1953

📖 3. Modèles et principes de réplication

🔑 Notions clés & Définitions

• Réplication : Processus qui permet d’obtenir deux molécules d’ADN identiques à partir d’une molécule initiale.

📝 Points essentiels

📌 Le modèle semi-conservatif produit deux molécules filles contenant chacune un brin parental et un brin nouvellement synthétisé.

• Meselson et Stahl ont démontré la réplication semi-conservative en cultivant des bactéries avec de l’azote lourd N15 ou de l’azote léger N14 puis en séparant l’ADN par centrifugation sur gradient de densité.

• Chez les bactéries, la réplication débute à une origine unique et progresse dans deux directions en formant deux fourches de réplication.

💡 Astuce mémo

Conservatif : deux anciens séparés ; semi-conservatif : un ancien et un nouveau ; dispersif : mélangés

📖 4. Réplication bactérienne

🔑 Notions clés & Définitions

• Hélicase : Enzyme qui utilise l’ATP pour rompre les liaisons hydrogène et séparer les deux brins parentaux d’ADN.

★ À maîtriser

• 🔄 La réplication bactérienne comprend trois étapes:
  1. Initiation
  2. Élongation
  3. Terminaison

Compléments

• Chez Escherichia coli, l’origine de réplication couvre environ 245 nucléotides.

• Les protéines SSB se fixent sur l’ADN simple brin et empêchent le réappariement des brins séparés.

💡 Astuce mémo

Initiation → élongation → terminaison

📖 5. Synthèse des brins d’ADN

🔑 Notions clés & Définitions

• ADN polymérase : Enzyme qui synthétise un nouveau brin d’ADN dans le sens 5’ phosphate vers 3’ hydroxyle à partir d’une matrice et d’une amorce possédant une extrémité 3’ hydroxyle libre.

★ À maîtriser

📌 Le brin avancé est synthétisé de manière continue, tandis que le brin retardé est synthétisé de manière discontinue sous forme de fragments d’Okazaki.

• Sur le brin retardé, la primase synthétise plusieurs amorces d’ARN, l’ADN polymérase III allonge les fragments d’Okazaki, puis les amorces sont retirées et les fragments sont reliés par une ligase.

Compléments

• L’ADN polymérase III forme une holoenzyme associée à un clamp qui augmente sa processivité et maintient son association avec la matrice.

💡 Astuce mémo

Brin avancé continu, brin retardé discontinu

📖 6. Réplication des eucaryotes

📝 Points essentiels

• Le génome humain contient environ 3 milliards de paires de bases et l’ADN est organisé autour d’octamères d’histones en nucléosomes.

📌 Les eucaryotes possèdent de nombreuses origines de réplication par chromosome, contrairement aux bactéries qui possèdent généralement une origine unique.

• Chez les eucaryotes, l’ADN polymérase alpha intervient dans l’initiation, l’ADN polymérase epsilon synthétise le brin direct et l’ADN polymérase bêta synthétise le brin indirect.

📌 La réplication de l’ADN eucaryote a lieu pendant la phase S du cycle cellulaire et les dommages à l’ADN peuvent bloquer la progression avant les phases S ou M.

💡 Astuce mémo

Alpha initie, epsilon prolonge le brin direct, bêta prolonge le brin indirect

📖 7. Principes de transcription

🔑 Notions clés & Définitions

• Transcription : Copie d’un brin d’ADN sous forme d’un ARN de séquence complémentaire par une ARN polymérase.

📝 Points essentiels

📌 L’ADN contient du désoxyribose et de la thymine, tandis que l’ARN contient du ribose et de l’uracile.

• Les ARN ribosomiques représentent environ 80 % des ARN cellulaires, les ARN de transfert environ 15 %, et les ARN messagers environ 3 à 5 %.

• 🔄 La transcription comporte trois étapes:

  1. Initiation
  2. Élongation
  3. Terminaison

💡 Astuce mémo

Initiation → élongation → terminaison

📖 8. Transcription procaryote

🔑 Notions clés & Définitions

• Promoteur : Région d’ADN située en amont de la région transcrite, avec des séquences conservées autour des positions -35 et -10 par rapport au site d’initiation +1.

★ À maîtriser

• Chez les procaryotes, l’ARN polymérase est une enzyme unique composée de deux sous-unités bêta, deux sous-unités alpha et une sous-unité oméga.

• Le facteur sigma reconnaît le promoteur bactérien et détermine la spécificité de recrutement de l’ARN polymérase selon les conditions cellulaires.

Compléments

• L’ARN polymérase bactérienne progresse dans le sens de synthèse 5’ vers 3’ à environ 40 nucléotides par seconde et son taux d’erreur est de 10⁻⁴ à 10⁻⁵.

💡 Astuce mémo

Promoteur reconnu → ARN polymérase recrutée → ARN transcrit

📖 9. Régulation et maturation bactériennes

🔑 Notions clés & Définitions

• Opéron : Ensemble de gènes contigus transcrits sous la forme d’un ARNm unique, contrôlés par un même promoteur et soumis à un régulateur externe.

★ À maîtriser

📌 Un opéron inductible est généralement inactif et activé en cas de besoin, tandis qu’un opéron répressible est normalement actif mais peut être inhibé par son produit.

📌 En absence de lactose, le répresseur LacI se fixe à l’opérateur lacO et empêche l’ARN polymérase d’accéder au promoteur lacP, ce qui bloque la transcription.

Compléments

• Chez les procaryotes, les ARNm nouvellement synthétisés sont directement accessibles aux ribosomes et leur transcription peut être couplée à leur traduction sans maturation post-transcriptionnelle.

💡 Astuce mémo

Opéron inductible : activation en présence du besoin ; opéron répressible : inhibition en présence du produit

📖 10. Transcription eucaryote et maturation

🔑 Notions clés & Définitions

• TATA box : Séquence conservée du promoteur cœur située en amont du site d’initiation et impliquée dans le recrutement du complexe d’initiation eucaryote.

★ À maîtriser

• Les ARN polymérases eucaryotes se répartissent ainsi:

  • ARN polymérase I : ARNr 18S, 28S et 5,8S
  • ARN polymérase II : ARNm et ARN non codants
  • ARN polymérase III : ARNt et ARNr 5S

• 🔄 La maturation des ARNm eucaryotes comprend:

  1. Ajout de la coiffe m7Gppp en 5’
  2. Ajout d’une queue poly-A en 3’
  3. Élimination des introns et réunion des exons par épissage

Compléments

• L’épissage reconnaît généralement les bornes GU en 5’ et AG en 3’ des introns ainsi qu’une adénine située dans l’intron.

💡 Astuce mémo

Coiffe 5’ → queue poly-A 3’ → épissage des introns

📊 Tableaux de synthèse

Réplication chez les procaryotes et les eucaryotes