Fiche de révision : Réplication et expression procaryote

📋 Plan du Cours

1. Mécanismes de réplication de l’ADN
2. Procaryotes et modèle Escherichia coli
3. Induction de la digestion du lactose
4. Mutants et régulation génétique
5. Complémentation génétique et dominance
6. Régulation cis-trans et opéron
7. Mutations de l’opéron lactose
8. Modes de régulation des opérons

📖 1. Mécanismes de réplication de l’ADN

★ À maîtriser

• La réplication de l’ADN est semi-conservative : chaque molécule fille contient un brin parental et un brin nouvellement synthétisé.

📌 L’ADN polymérase synthétise l’ADN dans le sens 5′-3′ en lisant le brin complémentaire dans le sens 3′-5′.

📌 À une fourche de réplication, le brin maître est synthétisé de façon continue tandis que le brin suiveur est synthétisé par fragments d’Okazaki.

Compléments

• La réplication a lieu avant chaque mitose et avant chaque méiose.

• Un génome possède plusieurs origines de réplication, qui donnent naissance à des yeux de réplication.

• Les acteurs de la réplication comprennent :

  • une primase
  • une réplicase
  • une ligase
  • des hélicases
  • des topoisomérases
  • des gyrases
  • des protéines SSB

💡 Astuce mémo

Brin maître continu, brin suiveur discontinu

📖 2. Procaryotes et modèle Escherichia coli

🔑 Notions clés & Définitions

• Procaryote : Micro-organisme unicellulaire dépourvu de noyau et presque toujours d’organites membranés, hormis les thylakoïdes chez les cyanobactéries.

★ À maîtriser

• Les procaryotes actuels sont les bactéries et les archées.

Compléments

• Escherichia coli, aussi appelée colibacille, a été découverte en 1885 par Theodore Escherich dans des fèces de nourrisson.

• Escherichia coli se cultive facilement à 37 °C sur milieu nutritif LB et est sensible aux antibiotiques.

📖 3. Induction de la digestion du lactose

🔑 Notions clés & Définitions

• X-gal : Analogue de substrat de la β-galactosidase, nommé 5-bromo-4-chloro-3-indolyl-β-D-galactopyranoside.

★ À maîtriser

• Escherichia coli peut utiliser le lactose comme seule source carbonée en le dégradant par la β-galactosidase en galactose et glucose, ce dernier pouvant alimenter la glycolyse.

📌 Une activité constitutive s’exprime même en l’absence de lactose, tandis qu’une activité inductible nécessite la présence de lactose pour être déclenchée.

Compléments

• Sur un milieu contenant du X-gal sans lactose, l’absence d’activité β-galactosidase indique que la digestion du lactose n’est pas constitutive.

📖 4. Mutants et régulation génétique

🔑 Notions clés & Définitions

• Mutant : Individu qui présente une ou plusieurs caractéristiques héréditaires différentes de celles des individus d’une population homogène de référence.

★ À maîtriser

• Dans le criblage présenté, les colonies bleues sur milieu sans lactose sont des mutants capables de digérer le lactose en l’absence de lactose, révélant une dérégulation de l’activité.

• Dans le modèle proposé pour l’opéron lactose, le lactose inhibe un inhibiteur de l’expression, ce qui libère l’expression des gènes nécessaires à la digestion du lactose.

Compléments

• Les mutations et l’étude des mutants sont à la base des études génétiques.

• Les agents mutagènes cités sont :

  • certains produits chimiques
  • les rayonnements ultraviolets
  • les rayons X

💡 Astuce mémo

Mutagène → altération de l’ADN → phénotype mutant

📖 5. Complémentation génétique et dominance

🔑 Notions clés & Définitions

• Complémentation génétique : Consiste à ajouter à un mutant de l’ADN contenant la version non mutée de la région touchée.

★ À maîtriser

📌 Une mutation complémentable est généralement associée à un facteur trans, tandis qu’une mutation non complémentable est associée à un élément cis intrinsèque à l’ADN.

Compléments

• La conjugaison bactérienne peut introduire un plasmide, ADN extrachromosomique, dans une bactérie et produire un diploïde partiel.

• En situation diploïde, deux copies d’un gène peuvent conduire à une relation de dominance, de codominance ou de récessivité selon le fonctionnement moléculaire du gène.

📖 6. Régulation cis-trans et opéron

🔑 Notions clés & Définitions

• Opéron : Unité fonctionnelle d’ADN regroupant des gènes contrôlés par un même promoteur et transcrits ensemble en ARN messager pour contribuer à une même fonction physiologique.

★ À maîtriser

📌 Un facteur cis est une région d’ADN régulatrice agissant localement, tandis qu’un facteur trans est une protéine spécifique qui se lie physiquement à cette région.

Compléments

• Dans un opéron, les gènes placés sous le contrôle d’un même promoteur sont soit transcrits ensemble, soit non transcrits.

💡 Astuce mémo

Cis : ADN local ; trans : facteur diffusible

📖 7. Mutations de l’opéron lactose

★ À maîtriser

• Dans l’analyse de dominance présentée, Oc domine O+, I+ domine I− et Is domine I+.

Compléments

• Dans le mutant I−, le répresseur ne se fixe plus et l’expression de l’opéron lactose devient constitutive, notée lacc.

• Dans le mutant Is, le répresseur n’interagit plus avec l’inducteur et le phénotype indiqué est lac−.

• Dans le mutant Oc, l’opérateur est modifié et le répresseur ne peut plus s’y fixer, ce qui rend l’expression constitutive, notée lacc.

📖 8. Modes de régulation des opérons

★ À maîtriser

📌 En contrôle négatif, l’opéron fonctionne sauf si un répresseur bloque l’opérateur, tandis qu’en contrôle positif son fonctionnement nécessite l’action d’un activateur.

• Dans l’opéron lactose, un métabolite inducteur inactive le répresseur et induit l’expression des gènes.

• Dans l’opéron tryptophane, un métabolite corépresseur active le répresseur et réprime l’expression.

Compléments

• Dans l’opéron arabinose, un métabolite inducteur active l’apo-inducteur et induit l’expression.

• Dans l’opéron de la phosphatase alcaline, un métabolite corépresseur inactive l’apo-inducteur et réprime l’expression.

📊 Tableaux de synthèse

Modes de régulation des opérons