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UIC IUIC IGénétique - Cours 4Génétique - Cours 4
L’EXPRESSION GENIQUE
I – L’expression Génique
Généralités• Deux processus correlés fonctionnels :
la transcription et la traduction• Nécessitent :
– un système de transfert de l’information génétique du noyau vers le cytoplasme
– un code génétique.
RE
PL
ICA
TIO
N
ADN
Transcription
ARNm PROTEINES
Traduction
I – L’expression Génique A/ La transcription
1) Le mécanisme
– La copie d’un segment limité de la molécule d’ ADN. – transcription se produit sur une seule chaîne de la molécule
d’ADN.– La chaîne transcrite a toujours la polarité 3' → 5'. – La chaîne transcrite = matrice pour ARNm (T→A, G→C, C→G,
A→U). – La molécule d’ARNm → polarité et séquence nucléotidique
identique avec la chaîne d’ADN non transcrite. – La chaîne nontranscrite = la chaîne sens, – la chaîne transcrite = la chaîne antisens.
I – L’expression Génique A/ La transcription
2) La synthèse du transcrit primaire
L’initiation de la transcription - dans la région promotrice du gène, par l’attachement des facteurs protéiques de la transcription.
FP
ARN-polymérase II
TATA
ATAT
FP
FP TBP
L’INITIATION DE LA TRANSCRIPTION
I – L’expression Génique A/ La transcription
2) La synthèse du transcrit primaire
– L’attachement de l’ARN-polymerase II → L’attachement de l’ADN-hélicase → scission des liaisons hydrogène.
– La croissance de la chaîne de l’ARNm en direction 5’ → 3’ → la formation des liaisons estériques entre ribose et l’acide phosphorique.
– Se copie exons + introns → le transcrit primaire ou préARNm.– La fin de la transcription – site AATAAA (en aval du dernier
exon) → l’arrêt 18-20 pb en aval (zone riche en pb GC)
UNITE TRANSCRIPTIONELLE
GT--- ----------------AG GT---------------AG
Promotor
Exon 1 Exon 2 Exon 3Intron 1 Intron 2
TRANSCRIPŢIE
GU---------------------AG GU--------------AG
Exon 1 Exon 2 Exon 3
COUPER AU NIVEAU
GU---------------------AG GU --------------AGDécoupage des introns Découpage des introns
EPISSAGE
GENE
TRANSCRIT PRIMAIRE
ARN MATURE
La synthèse de préARNm
I – L’expression Génique A/ La transcription
3) Maturation du preARNm
– en région 5’ de la molécule est attaché un reste de 7-méthylguanine → résistance à l’action des ribonucléases;
– Une ribonucléase sectionne le préARNm a 11-30 nucleotides en aval du site AAUAAA → l’attachement du polyA-polymérase → l’attachement de plusieurs nucléotides avec adénine (50-250) → “queue polyadenylique“ → la stabilisation du préARNm pendant le transport du noyau vers le cytoplasme
I – L’expression Génique A/ La transcription
3) Maturation du préARNm
– épissage• Les extrémités des introns sont coupées + élimination des
introns → attachement des exons;• Les balises dinucléotidiques des introns: GU et AG sont
reconues par les enzymes;• Le découpage enzymatique;• L’exclusion des introns;
• L’attachement des séquences exoniques.
UNITE TRANSCRIPTIONELLE
GT--- ----------------AG GT---------------AG
Promotor
Exon 1 Exon 2 Exon 3Intron 1 Intron 2
TRANSCRIPŢIE
GU---------------------AG GU--------------AG
Exon 1 Exon 2 Exon 3
COUPER AU NIVEAU
GU---------------------AG GU --------------AGDécoupage des introns Découpage des introns
EPISSAGE
GENE
TRANSCRIT PRIMAIRE
ARN MATURELa maturation du preARNm
I – L’expression Génique A/ La traduction
1) L’appareil de la traduction
ARNm mature
Ribosomes
ARN de transfert
Proteines
Sources energetiques
ARNm mature– 2 zones netraduites laterales– 1 region centrale traduite
5’UTR Sequence traduite 3’UTR
7-CH3-G―――――― AUG――――――――———―UAA―——―――---AAAAA
I – L’expression Génique A/ La traduction
1) L’appareil de la traduction
Ribosomes
– Complexe macromoléculaire (ARNr + protéines)– Se forme au debut de la translation– Sous-unité petite (30S) + sous-unité grande (50S) → le
ribosome actif (70S):• site de fixation pour ARNm;• site aminoacile• site peptidile• site de sortie
I – L’expression Génique A/ La traduction
1) L’appareil de la traduction
ARNt
– 40 types, – 80 nucléotides, – Deux fonctions:
• L’attachement spécifique des acides aminés• Le dépistage du codon qui correspond aux acides aminés
– deux sites fonctionels: aminoacile et anticodon
I – L’expression Génique A/ La traduction
1) L’appareil de la traduction
Protéines
– Facteurs régulateurs:• Des facteurs spécifiques pour l’initiation (IF – initiation
factor), • Des facteurs d’élongation (EF – elongation factor) • Des facteurs libérateurs (RF – release factor).
– Enzymes:• aminoacile-ARNt-synthétase, • peptidyle transférase • translocase,
I – L’expression Génique A/ La traduction
1) L’appareil de la traduction
Sources énergétiques
– L’acide adénosine-triphosphorique (ATP)
– L’acide guanosine-triphosphorique (GTP)
I – L’expression Génique A/ La traduction
2) Le Code Génétique
• Un système de correspondance entre une succesion de 3 nucléotides dans la structure d’une molécule d’ARNm et un aminoacide de la structure du peptide synthétisé à la base de l’information génétique de la molécule d’ARNm
• Caractéristiques:– triplet– sans équivoque – dégénéré – Quelques codons spéciaux:
• AUG;• UAA, UAG, UGA
– Sans “signes de ponctuation” – Sans superposition – universel
I – L’expression Génique A/ La traduction
2) Les étapes de la Traduction
L’initiation
– aminoacile-ARNt-synthétase + ATP → l’activation des complexes aminoacile-ARNt;
– La fixation du complexe méthionyl-ARNt a la petite sous-unité du ribosome (40S);
– Le mouvement vers l’extremité 3’ de l’ ARNm → codon d’initiation AUG
– L’attachement de la grande sous-unité du ribosome (60S) → sites fonctionnels: aminoacile, peptidyl et de sortie
I – L’expression Génique A/ La traduction
2) Les étapes de la Traduction
L’élongation
– L’attachement sur le site peptidyl, du complexe aminoacide2-ARNt;
– Peptidyltransférase → transfère la méthyonine sur l’aminoacide2 → formation du dipeptide attaché au site peptidyl;
– Translocase → mouvement du ribosome avec trois nucléotides, en direction 5’→3’→:
• Dipeptide → site aminoacile;
• Site peptidyl libre → fixation de l’aminoacide3
– Répétition du cycle d’élongation
I – L’expression Génique A/ La traduction
2) Les étapes de la Traduction
La fin
– site peptidil → codon stop → fixation du facteur de libération– Le détachement du complexe peptidil-ARNt → passage au
cytoplasme → désassemblage → libération du peptide;– Désassemblage du ribosome → 40S + 60S– Destruction de l’ARNm
II - TRANSMISSION DE L’INFORMATION GENETIQUE
Information héréditaire se transmet dans la succesion des générations – des cellules et organismes – en deux étapes:
la réplication semiconservative = la biosynthèse de nouvelles molécules d’ADN identiques avec la molécule initiale → le doublement de la quantité d’ADN;
la division cellulaire = la distribution égale, totale et précise du matériel génétique double.
II - TRANSMISSION DE L’INFORMATION GENETIQUE
• La réplication de l’ADN• La synthèse des deux molécules d’ADN identiques
par la copie d’une molécule d’ADN (parentale)
= re(du)plication.
• Parce que les deux chaînes de l’ADN parental se séparent et chaque molécule synthétise une chaîne parentale et une chaîne nouvelle – la réplication est semiconservative.
II - TRANSMISSION DE L’INFORMATION GENETIQUE
A/ Réplication de l’ADN
• Le mécanisme de copiage et transmission de l’information génétique a ete presume par Watson et Crick :
• Chaque chaîne de l’ADN est utilise comme matrice pour la synthèse d’une nouvelle chaîne:
– Les desoxiribonucleotides actives se disposent complémentaire (A-T, G-C), en direction 5’→3’, et sont polimerises, en presence de l’ADN polymérase.
II - TRANSMISSION DE L’INFORMATION GENETIQUE
A/ Réplication de l’ADN
• Chez les eucaryotes la réplication:– Est tres complexe – parce que le genome est:
• enorme (+ fragmente en chromosomes)• associe avec des proteines,• compacté en fibre de chromatine
– Est tres precise: • Pendant la phase S du cycle cellulaire,• rapide (la phase S = 8 heures),• Avec grande fidelite – rarement de erreurs = mutations →
maladies.
II - TRANSMISSION DE L’INFORMATION GENETIQUE
B/ Le Début de la Réplication
• Le réplication commence en plusieurs points, bien definis du genome = des origines de la réplication (“ori”),
• Elles sont reconnues par les proteines qui commencent la réplication (le complex pre-RC) qui facilitent:– La deroulement de la spirale de
l’ADN ← topoisomerases;– La rupture des liasons de
hydrogene ← helicases → “des fourches” de réplication;
– La maintenance de la separation des chaînes ← les proteines SSB (ou RPA) → qui previennent la refection de la spirale
ori
ori
Helicaze
Proteine SSB
commencant des “origines” la réplication progresse bidirectionnelle = les replicons
la réplication des replicons differents est asynchrone
(l’euchromatine – R précoce; heterochromatine → R tardive)
II - TRANSMISSION
DE L’INFORMATION GENETIQUE B/ Le Début de la Réplication
II - TRANSMISSION DE L’INFORMATION GENETIQUE
C/ L’élongation
Elle correspond a la formation du répisome et la synthèse de la chaîne d’ADN en sens 5’→3’, par ADN polymérase
ADN polymerase ne peut pas commence la synthèse ci seulement étend la chaîne de l’acide nucleique – ajoutant des désoxyribonucleotides complémentaires a la chaîne matrice
La solution: la synthèse d’une amorce de l’ARN (“primer”) par la primase
amorce
II - TRANSMISSION DE L’INFORMATION GENETIQUE
C/ L’élongation
Les deux chaînes matrices sont copiées Par l’arrangement sequentiel et complémentaire des
désoxyribonucloetides actives, en direction 5’→3’ Et la polymerisation des désoxyribonucloetides
II - TRANSMISSION DE L’INFORMATION GENETIQUE
C/ L’élongation
Parce que les chaînes matrices sont antiparalleles, la synthèse des nouvelles chaînes (en direction 5’→3’) se produit differemment :
Sur la chaîne 3’→5’ (“directe” ou “precoce”) la synthèse est continue et rapide (en meme temps avec la formation de la fourche de réplication);
Sur l’autre chaîne (5’ →3’, “indirecte” ou “retardee”) la synthèse est discontinue (en fragments courts = les pieces Okazaki) et lente;
II - TRANSMISSION DE L’INFORMATION GENETIQUE
D/ La fin de la réplication
La réplication s’arrete quand les fourches des réplication (des deux replicons voisins) se rencontrent ou quand une fourche de réplication rencontre un signal de terminaison (“ter”)
La réplication des bouts de l’ADN (qui forment les telomeres des chromosomes) est incomplete (!!!) L’elimination de la derniere amorse produit au bout 5’ de la chaîne
nouvelle une petite region sans réplication
II - TRANSMISSION DE L’INFORMATION GENETIQUE
PAR LA DIVISION MITOTIQUE
Dans les cellules somatiques, le materiel génétique doublé en interphase, se distribue egalement et totalement aux cellules filles, par MITOSE. Resulte deux cellules nouvelle („filles”),
identiques avec la cellule d’origine („mere”).
III - LE CYCLE CELLULAIRE
• L’ensemble de phenomenes par qui une cellule replique le materiaux génétique et transfere ce materiaux aux cellules filles
• CC → interphase (phase G1, S, G2) et mitose (phase M) → vois TP
• L’evolution des cellules apres la division:– La proliferation: le commencement
d’un nouveau cycle cellulaire; – La differenciation cellulaire;– Le repos proliferatif - phase GO
III – LE CYCLE CELLULAIRE
La mitose
• La mitose assure:– Le croissance de l’organisme (1014 cellules)– Le changement cellulaire– La reparation des lesions tissulaires
• La mitose → transmission tres fidele de l’information génétique en succesion des generations cellulaires → toutes les cellules somatiques sont génétiquement identiques.
Les phases de mitose:
P, PM, M, A, T → cf TP
P M
A T
III – LE CYCLE CELLULAIRE
La mitose
Le reglage de la mitose • la distribution corecte du materiaux génétique est verifiee en 3
points de controle:• Transition G2/M – se decide si la cellule entre en mitose
→ l’activation du complex CDC-cycline B;• des anomalies chromosomiques /appareil mitotique
→ bloquage en G2• Metaphase → se verifie l’alignement parfait du chromosome dans la
plaque metaphasique → la deterioration des proteines qui rassemblent les chromatides → la disjonction chromatidienne
• Anaphase → l’inactivation de la cycline B → le fin de la mitose
P M
A T
III – LE CYCLE CELLULAIRE
La mitose
• Des erreurs de distribution du materiaux génétique en mitose
– La non-disjonction chromatidienne– Le retard anaphasique des anomalies – Le clivage transversal de la centromerei chromosomiques– L’absence de la cytokynese (cf TP)
– Consequences: les cellules viables avec des anomalies chromosomiques produitent une clone anormale → MOSAIQUE CHROMOSOMIQUE
– Les effets depend de:– Le moment ontogénétique – en qui se produit l’erreur,– La distribution des clones en differents tissues.
U.M.F IAŞI
IV - LA TRANSMISSION DE L’INFORMATION GENETIQUE EN SUCCESION DES ORGANISMES
Deux etapes: A/ La formation des gametes = gamétogenèseB/ La fecondation
A/ LA GAMETOGENESE
• La formation des gametes par meiose.• La meiose = deux divisions succesives, ne separees par interphase
(l’ADN se replique un seul fois), qui generent 4 cellules haploides, differents génétiques
• La meiose I – primaire; reductionnelle;• La meiose II – secondaire; equationnelle
• Fonctions:• Coupe en deux (n=23) le nombre des chromosomes;• genere diversite / variabilite génétique
IV - LA TRANSMISSION DE L’INFORMATION GENETIQUE EN SUCCESION DES ORGANISMES
A/ La Gamétogénèse
1/ La meiose primaire
PROPHASE I Leptotene Zygotene: la synapse “gene
au gene” des chromosomes homologues;
Pachitene Diplotene Diacynese
METAPHASE I
le croisement des chromosomes homologues (CO) → l’echange reciproque des fragments egales = la recombinaison genique homologue ou la recombinaison intra-chromosomique → source de variabilite
ANAPHASE I:
La disjonction chromosomique + la migration (simultane et avec la meme vitesse) → la reduction des nombres des chromosomes: 2n →n.
La segregation aleatoire de chaque paire des chromosomes homologues → l’assortiment independent des chromosomes (la recombinaison inter chromosomique) → source majeure de variabilite
(223 combinaisons)
TELOPHASE I
IV - LA TRANSMISSION DE L’INFORMATION GENETIQUE EN SUCCESION DES ORGANISMES
A/ La Gamétogénèse
2/ Les erreurs méiotiques
• Erreurs de segregation (distribution) anaphasique des chromosomes
• Erreurs de recombinaison genique ← CO inequitable
• CO INEGAL:• L’appareillement erroné des séquences similaires
(mais pas homologues), situées par les chromosomes homologues (RECOMBINAISON HOMOLOGUE NONALLELIQUE)par CO → l’échange inégal des segments → délétions et duplications géniques → MALADIES GENOMIQUES.
Maladie Charcot-Marie-Tooth = neuropatie héréditaire avec l’affection des nerfs moteurs et sensitifs (1:2500nn)
Neuropatie héréditaire avec predisposition aux pareses presionnelles
U.M.F IAŞI IV - LA TRANSMISSION DE L’INFORMATION GENETIQUE EN SUCCESION DES ORGANISMES
A/ La Gamétogénèse
2/ Les erreurs méiotiques
Erreurs de segregation anaphasique des chromosomes → des gametes avec des anomalies chromosomiques
La non-disjonction: chromosomique (en meiose I) → tous les gametes anormaux chromatidienne (en meiose II) → un demi des gametes anormaux.
Le retard anaphasique L’absence de la separation des cytes de l’ordre II → des gametes diploides
(la diandrie /la digynie) → des zygotes avec triploidie (3n)
IV - LA TRANSMISSION DE L’INFORMATION GENETIQUE EN SUCCESION DES ORGANISMES
A/ La Gamétogénèse
3/ La Non-disjonction (ND)
• ND est frequent, surtout en meiose maternelle → 8% des zygotes ont des anomalies chromosomiques, la plupart letales → 0,7-1% nn– ND est frequent en ovogenese, surtout en MI (92% enfants avec
S. Down)– Le risque ND augmente avec la croissance de l’age materne
(surtout apres 35 annes)– ND paternelle produit la trisomie XYY et 70% de sdr. Turner
• Les causes ND ??? – L’effet de l’age materne est cert (“les ovules ont l’age de la
femme) mais la cause est inconnuee– Les facteurs externes (les radiations, les infections, les
medicaments, le cafe, l’alcool etc) ne presentent aucun role
V - LES CARACTERISTIQUES DES GAMETOGENESE
CHEZ HOMME ET FEMME
HOMME
• Commence a la puberte • Est continue toute la vie.• Une spermatogonie → 4 spermatoz.
avec X ou Y• Un processus rapide – 64 jours.• Un processus intense (70 mil. S/ml)• Autoreglable mais sensible aux
facteurs externes• L’age paternel ↑ → erreurs de
copiage → ↑ gametes avec mutations geniques nouvelles (AD)
FEMME
• Commence prenatal.• Est discontinue – s’arrete mois VII de
la grossesse (“capital” limite des ovocytes)
• Une ovogonie → 1 ovule avec X • Un processus lent – (les “ovules ont
l’age de femme”).• Un processus reduit (1 ovule / mois)• Conditionee par: facteurs hormonales,
ovulation, fecondation• L’age maternel ↑→ erreurs de
distribution → ↑ gametes avec des anomalies chromosomiques
IV - LA TRANSMISSION DE L’INFORMATION
GENETIQUE EN SUCCESION DES ORGANISMES
La fécondation
Monospermique
Evenements génétiques:(1) chez zygote:
- se refait le nombre diploide des chromosomes (2n=46)- s’etablie l’identite génétique de l’organisme
(2) Se determine le sexe génétique: XX ou XY (le rapport des sexes a la naissance est ~ 1:1)
IV - LA TRANSMISSION DE L’INFORMATION
GENETIQUE EN SUCCESION DES ORGANISMES
La fécondation
ERREURS:
(1). La fecondation double:- zygotes:
(2) la dispermie : n + n + n → triploidie
XX
XYJUMEAUX DIZYGOTES
CHIMERE
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