Dr Odile Béra, CHU de Fort-de-France Unité Unité …©cule support de l'information...

Unité Génétique

moléculaire des cancers

Unité

Oncogénétique

Consultations

Martinique / Guyane

Prédisposition génétique cancers

•SEIN/OVAIRES

•COLON (Sd de Lynch & PAF)

« coordination du suivi des

patients à haut risque K »

Activité LABORATOIRE

Caractérisation Moléculaire des

tumeurs utiles au diagnostic, au

pronostic et/ou au traitement:

Dr Odile Béra, CHU de Fort-de-France

Du chromosome à la double hélice……

l’ADN

La cellule :unité élémentaire des êtres vivants = Noyau + cytoplasme

Le génome

• = l’ensemble des gènes d’un organisme ou patrimoine génétique est localisé dans le noyau et stocké sur les chromosomes.

• Les gènes contiennent les informations nécessaires pour que la cellule fabrique des protéines (ou des enzymes) et les hormones.

universelle

Acide désoxyribonucléique

PLAN

I. Les Acides Nucléiques

II. Architecture de l’ADN procaryote et eucaryote

III. Réplication de l’ADN

IV. Le génome Humain

I. Les Acides Nucléiques

A. Définition

B. Les nucléotides

1) Les bases azotées

2) Les sucres

C. L’ADN

1) Structure de l’ADN

2) Propriétés de l’ADN

D. L’ARN

I. Les Acides Nucléiques A. Définition

Macromolécules fournissant les informations nécessaires au développement et au maintien de la vie.

L'ADN (Acide DésoxyriboNucléique) = support de l'Information Génétique.

Les ARN (Acides RiboNucléiques) = les vecteurs et médiateurs de l'Information.

Fonctions :

- Transmission du patrimoine génétique de génération en génération (hérédité)

- Contrôle de la fabrication des protéines nécessaires à la vie.

D'un point de vue chimique :

les Acides Nucléiques sont des polymères géants obtenus par

enchaînement de sous - unités appelées Nucléotides.

I. Les Acides Nucléiques

caractérisés chimiquement au début du 20ème siècle même

si leur rôle est resté relativement longtemps inexpliqué.

acides nucléiques (ADN, ARN) constituées de la

condensation en très longues chaînes de molécules relativement

simples que l’on appelle des NUCLEOTIDES

Les nucléotides sont les briques élémentaires de la

transmission de l’information génétique.

Egalement rôle fondamental dans le métabolisme sous

forme di- et tri-phosphorylée ainsi que dans la transmission

de l’information dans la cellule (AMPc et GMPc).

I. Les Acides Nucléiques

B. Les Nucléotides C’est l’unité de structure des acides nucléiques. Un nucléotide est composé de 3 parties :

Une BASE AZOTÉE

- variable en fonction du nucléotide

- de nature purine ou pyrimidine

Un SUCRE à 5 atomes de carbone

- Le désoxyribose pour l’ADN

- Le ribose pour l’ARN

Un GROUPEMENT PHOSPHATE (ou acide phosphorique)

identique pour les nucléotides de l'ADN et de l'ARN.

1) Les bases azotées

Noyau purine GUANINE

(ADN/ARN)

ADENINE

(ADN/ARN)

bases puriques :

Noyau

pyrimidine THYMINE

(ADN)

CYTOSINE

(ADN/ARN)

bases

pyrimidiques :

URACILE

(ARN)

I. Les Acides Nucléiques

2) Les sucres

Le ribose pour l’ARN

Le désoxyribose pour l’ADN

β ribofuranose

β 2-désoxyribofuranose

I. Les Acides Nucléiques

ribose désoxyribose

A G C U A G C T

ARN ADN

I. Les Acides Nucléiques

I. Les Acides Nucléiques Base + sucre

La liaison N-Osidique

L’atome d’azote n°1 des pyrimidines ou l’atome n°9 des purines établit

une liaison N- Osidique avec le carbone n°1’ du sucre.

Base + sucre + phosphate = NUCLEOTIDE

Dans les cellules les nucléosides sont retrouvés sous forme mono, di-

et triphosphates

L’enchaînement des nucléotides sera à l’origine des acides nucléiques.

I. Les Acides Nucléiques

Remarques

La nature du nucléotide est déterminée par la base azotée qu’il

contient.

Dans la séquence d'un brin d'ADN ou d'ARN, on nomme donc les

cinq nucléotides selon leur base azotée : A, G, C, T et U.

Complémentarité des bases lors de la formation de doubles brins :

I. Les Acides Nucléiques

C. L’ Acide DésoxyriboNucléique ou ADN

Molécule support de l'information génétique héréditaire :

Les gènes sont des segments d'ADN.

C'est un des constituants des chromosomes.

L'ADN forme des pelotes microscopiques :

- Situées dans le noyau chez les eucaryotes,

- Situées directement dans le cytoplasme de la cellule chez les procaryotes.

les molécules d'ADN déroulées s'étirent en un très long fil :

enchaînement (séquence) précis d'unités élémentaires que sont

les désoxy ribonucléotides.

Structure l'ADN : formée de deux brins complémentaires enroulés en hélice (double hélice).

I. Les Acides Nucléiques

Enchaînement des désoxyribonucléotides

1) Structure de l’ADN

I. Les Acides Nucléiques

Macromolécule double brin

Les 2 brins sont antiparallèles

Squelette désoxyribo-phosphate

I. Les Acides Nucléiques

La double hélice

I. Les Acides Nucléiques

2) Propriétés de l’ADN

D. L’ Acide RiboNucléique ou ARN

Molécules ayant de très nombreuses fonctions dans la cellule.

L'ARN transporte l'information génétique des molécules

d'ADN (noyau) aux ribosomes contenus dans le cytoplasme

des cellules.

L'ARN est constitué par l'assemblage de ribonucléotides.

Il existe de nombreuses familles d'ARN (ARNr, ARNm, ARNt, snARN...).

Chacune assure une fonction particulière

Différences ADN/ARN

ADN= desoxyribose plus stable, primordial compte tenu de l’importance de l’ADN

ADN forme double brin pour la « sauvegarde » de l’information d’une chaîne par rapport à l’autre

PLAN

II. Architecture de l’ADN procaryote et eucaryote

A. Génome nucléaire humain

1) ADN et chromatine

2) Structure de la chromatine

3) De l’enchaînement nucléosomique au chromosome

B. ADN des bactéries

II. Architecture de l’ADN

L’ADN humain est fortement associé à des protéines :

Protéines histones

Protéines non histones

ADN + protéines = la chromatine

A. Génome nucléaire humain (eucaryote)

1) ADN et chromatine

Ø 2 nm

Fibre de 2 nanomètres

Condensation

L'ADN est associé à des protéines appelées « histones ».

Chez les eucaryotes il est localisé dans le noyau de la cellule et replié d'une manière ordonnée qui assure le stockage d'une grande quantité d'ADN.

Dans le plus petit chromosome humain s’il était étendu il aurait une longueur de 14 000 microns (14 cm).

Dans son état le plus condensé lors de la mitose il mesure 2 microns, soit une condensation d'un facteur 7 000.

II. A 2) Structure de la chromatine

Cette condensation ne se fait pas en une seule fois, mais par plusieurs niveaux

Le premier niveau est constitué par l'enroulement de l'ADN autour d'un noyau protéique

pour produire une "perle " appelée le nucléosome,

Le second niveau est l'enroulement des perles dans une structure

hélicoidale appelée la fibre

II A 3) De l’enchaînement nucléotidique au chromosome

STRUCTURE DE L’ADN Structure primaire

La chaine polypeptidique est formée de condensation de

nucléotides

Structure secondaire

Les 2 chaînes d’ADN sont

•Complémentaires AT/CG

•Antiparallèles

•Hélicoïdales

Liaisons hydrogènes et forces de van der Waals entre les

2 chaînes d’ADN

CONTRÔLE DE LA COMPACTION DE L’ADN

Pour que l’ADN puisse être transcrit ou répliqué, il doit être moins condensé et plus accessible à la machinerie enzymatique

Importance du rôle des protéines histones et non histones dans la régulation de l’expression des gènes

Un procaryote (du latin pro, « avant », et du grec caryon, « noyau ») est un être vivant unicellulaire dont la structure cellulaire ne comporte pas de noyau

Un eucaryote est un organisme vivant possédant un noyau isolé du cytoplasme par une membrane et qui contient de l'ADN.

Pas de structure aussi régulière que chez les eucaryotes

Présence de protéines qui ressemble à des histones : protéines HU

Structure plus flexible et plus accessible que chez les eucaryotes

(division cellulaire plus rapide)

B. ADN des bactéries (procaryote)

III. Réplication de l’ADN

A. La réplication procaryote

1) Généralités

2) Mécanisme

B. Eucaryotes / Procaryotes

III. Réplication de l’ADN

Semi – conservative

Une seule origine de réplication

Génération de 2 fourches de réplication symétriques

A. La réplication procaryote

1) Généralités

Réplication :

Formation de nouveaux brins d’ADN à partir des 2 brins initiaux

= TRANSMISSION des informations contenues dans l’ADN

de génération en génération

2) Mécanisme

ADN polymérases (ADN Pol) = complexe enzymatique .

Production de 2 cellules filles identiques = même patrimoine

génétique que cellule mère

III. Réplication de l’ADN

5’

3’

3’

5’

Sens de réplication

Pol

III. Réplication de l’ADN

Eucaryotes / Procaryotes

ADN Eucaryote

Structure régulière

+ Histones chromatine

Moins accessible (nucléosomes)

Division cellulaire plus lente

Nombreuses origines de réplication (longueur ADN)

1,5% d’ADN codant

ADN Procaryote

Structure irrégulière

Protéines ≈ histones

Plus flexible et plus accessible

Division cellulaire rapide

1 seule origine de réplication

Transcription et traduction simultanées

ADN codant +++

IV. Le génome Humain

Le génome = ensemble de l’information héréditaire d’un organisme, présente en totalité dans chaque cellule de l’organisme

Même espèce, 0.1% différence entre 2 génomes de personnes non apparentés

Le génome nucléaire Les chromosomes : 24 molécules différentes.

22 autosomes

2 chromosomes sexuels (X et Y)

Code pour environ 30 000 gènes.

Le génome mitochondrial Petit ADN circulaire (16,6 Kb) contenu dans la mitochondrie.

Code pour 37 gènes.

Plusieurs copies par cellule.

Transmis par la mère.

Caractéristiques ADN

Taille (Mégabases)

Bactéries (EC) : 4500 gènes 4.6

Insecte : 15 000 gènes 170

Plante : 25 000 gènes 140

Souris : 30 000 gènes 2500

Homme : 26 500 gènes 3000

Amoebia.. 675 000 gènes…

La quantité d’ADN n’est pas proportionnelle à la complexicité d’un

organisme

ADN GÉNIQUE :

ADN codant (exons)

code pour ARNm (Protéines)

ADN non codant

code pour ARNr et ARNt

séquences régulatrices

introns

Notion de gène

Promoteur Stop Procaryote

Promoteur Stop Intron

Exon1 Exon2

Codant

Eucaryote

Gène: Unité fonctionnelle et physique élémentaire de l’hérédité

qui transmet l’information d’une génération à la suivante.

Un fragment d’ADN, constitué d’une région transcrite

et de séquences régulatrices.

projet Génome humain début des années 1990

séquencer les 3 milliards de nucléotides du génome humain, dont seuls 3%

correspondent à la partie "codante" des gènes

recherche des gènes impliqués dans les maladies génétiques

La connaissance d'un gène dont la mutation provoque une maladie

génétique permet la mise au point d'un test diagnostic à partir de l'ADN

faciliter l'identification des facteurs génétiques de susceptibilité aux maladies

communes (composante génétique et multitude de facteurs contribuant chacun

pour une faible part, interagissant avec les facteurs de l'environnement de façon

complexe)

Le séquencage haut débit en génétique humaine : une révolution

En résumé… ADN (Acide DésoxyriboNucléique)

chaine polypeptidique de nucléotides

Structure: deux brins complémentaires

enroulés en hélice (double hélice).

Situé dans le noyau

Support de l'information génétique

héréditaire

Les gènes sont des segments d'ADN

C'est un des constituants des chromosomes