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Chapitre III :
Mécanismes moléculaires
de l’expression de
l’information génétique
Test de Brachet
sur des cellules de racine d’Oignon (M.O.)
Le vert de méthyle colore en vert l’ADN,
la pyronine colore en rouge l’ARN.
Document 1. Cellules mises
en culture pendant quelques
minutes sur un milieu
contenant de l’uridine tritiée.
En haut : autoradiographie
réalisée après 12 h de chasse
(MET x 13 000).
En bas : autoradiographie
réalisée après trois jours de
chasse (MET x 28 000). (“ SVT 1°S ” programme 2001, Nathan Ed.)
Document 2.
Structure d’un ARN.
Repérer l’ose, qui est un ribose, l’uracile (base pyrimidique) qui remplace la thymine. (PEYCRU P. et coll., “ Biologie 1ère année BCPST ”, Dunod Ed., 2007).
Structure de l’ARN polymérase des Procaryotes
http://www.uic.edu/classes/bios/bios100/lectures/proteins.htm
http://www.uic.edu/classes/bios/bios100/lec
tures/proteins.htm
Initiation de la
transcription
chez les
Procaryotes
Electronographie de la
transcription d’un
gène actif (ici gène
codant des ARNr) :
images en « sapin de
Noël ».
Observer la taille
croissante des transcrits
de l’extrémité 3’ du brin
transcrit, où démarre la
transcription, à
l’extrémité 5’, où elle se
termine.
Document 3. La terminaison de la transcription.
A gauche : terminaison intrinsèque ou terminaison “ en
épingle à cheveux ”.
A droite : terminaison r dépendante. (PEYCRU P. et coll., “ Biologie 1ère année BCPST ”, Dunod Ed., 2007).
Animation transcription chez les
Procaryotes
Document 7. Comparaison des structures des ribosomes PK et eucaryote.
Les composants ribosomaux sont généralement désignés par leur “ S ” qui
représente leur vitesse de sédimentation par ultracentrifugation. (ALBERTS B. et coll., “ Biologie moléculaire de la cellule ”, 3e edition, Médecine-Sciences - Flammarion Ed., 1998).
ARN 45S transcrit dans
nucléole puis clivé
ARN 5S transcrit
dans chromatine
80 à 90 % des
ARN produits
chez les PK
Structure
atomique de la
grande sous-unité
50S du ribosome
procaryote.
En bleu, les
protéines.
En brun, les ARNr.
Le résidu coloré en
rouge, l’adénine
2451 chez E. coli,
est le site actif
impliqué dans la
formation de
liaisons
peptidiques :
l’ARNr 23S est un
ribozyme !
P. Nissen, J. Hansen, N. Ban, P. B. Moore et T. A. Steitz,
« The structural basis of ribosome activity in peptide bond
synthesis », Science, vol. 289, pages 920-930, 2000.
Document 4. Structure de l’ARN de transfert.
a. Structure bidimensionnelle en “ feuille de trèfle ”.
b.Structure tridimensionnelle en L. (CAMPBELL N., “ Biologie ”, ERPI Ed., 1995).
70 à 90
nucléotides
petite taille,
donc très
nombreux
10 à 15 %
des ARN
produits
Document 6. Résultats des travaux de Yanovsky.
a. Carte du gène A de la tryptophane synthétase d’E. coli : chaque mutant est
identifié et repéré par une lettre (ex : A1).
b. Distances génétiques au sein du gène A (données en % de recombinaisons).
c. Séquence des acides aminés de la région correspondante de la chaîne
polypeptidique (la position des acides aminés est numérotée à partir de
l’extrémité N-terminale).
d. Acides aminés substitués chez les souches mutantes. (PEYCRU P. et coll., “ Biologie 1ère année BCPST ”, Dunod Ed., 2007).
Document 5.
Le code
génétique. (CAMPBELL N., “ Biologie ”,
ERPI Ed., 1995).
• Unité de base : le codon
• Universel
• Non chevauchant
• Non ponctué
• Redondant (=« dégénéré »)
• Pas ambigü
• 3 codons stop :
UAG UGA UAA
• 1 codon initiateur : AUG
Document 4. Structure de l’ARN de transfert.
a. Structure bidimensionnelle en “ feuille de trèfle ”. (CAMPBELL N., “ Biologie ”, ERPI Ed., 1995).
La charge de l ’acide aminé se
réalise à ce niveau, le site est
toujours le même
Triplet de nucléotides
complémentaire du codon
• 31 ARNt différents
• 20 acides aminés différents
• 61 codons
Document 6. Fixation de
l’acide aminé sur l’ARNt
correspondant par
l’aminoacyl-ARNt synthétase. (CAMPBELL N., “ Biologie ”, ERPI Ed., 1995).
Document 7. Comparaison des structures des ribosomes PK et eucaryote.
Les composants ribosomaux sont généralement désignés par leur “ S ” qui
représente leur vitesse de sédimentation par ultracentrifugation. (ALBERTS B. et coll., “ Biologie moléculaire de la cellule ”, 3e edition, Médecine-Sciences - Flammarion Ed., 1998).
Présents en grand
nombre : - 20 000 à 30 000 / cellule
c/o E. coli
- plusieurs millions dans la
cellule EK
Structure d’un ribosome assemblé
Site E : « exit site » site de « sortie » de l’ARNt déchargé
Site P : site de liaison au peptidyl-ARNt
Site A : site de liaison à l’aminoacyl-ARNt
Polyribosomes
Plusieurs ribosomes sont associés à un même ARNm et chacun
d’eux synthétise une chaîne polypeptidique.
Source : « Role of the ribosome »- LODISH, Molecular Cell Biologye http://www.whfreeman.com/lodish4e/index.htm
Document 8.
Traduction :
l’élongation. (PEYCRU P. et coll., “ Biologie 1ère
année BCPST ”, Dunod Ed., 2007).
Animation : http://www.sumanasinc.com/webconte
nt/animations/content/polyribosomes.h
tml
ADN
ARNm
Transcription et traduction couplées
chez les Procaryotes. (CAMPBELL N., “ Biologie ”, ERPI Ed., 1995).
L'ARN polymérase de type II
est associée aux ARN messagers
Elle nécessite plusieurs facteurs de transcription (TFII).
en blanc : ARN-polymérase
en bleu : double hélice d'ADN
en rouge : ARN en cours de formation
en vert : structure qui fait avancer le brin
d'ADN dans l'enzyme
L ’ARN polymérase II
constituée de 12 sous-unités
Source des figures : R. D. Kornberg
Nobel Lecture 2006 & Cell Death and Differentiation 14
Document 12. Assemblage des facteurs
de transcription généraux et initiation
de la transcription par l’ARN pol II. (ALBERTS B. et coll., “ Biologie moléculaire de la cellule ”, 3e edition, Médecine-Sciences - Flammarion Ed., 1998).
Document 11.
Trois modèles
structuraux de
protéines facteurs
de transcription. (CAMPBELL N., “ Biologie ”, ERPI Ed., 1995).
Mise en évidence
des introns du gène
de l’ovalbumine
par hybridation
ADN-ARNm
Excision de l'intron par formation d'un lasso :
- un nucléotide à A de l'intron réagit avec un G situé en 5' de l'intron -->
séparation intron / exon 1 (amont) et formation d'un « lasso » interne à l'intron.
- l'extrémité 3' de l'exon 1 réagit avec l'extrémité 5' de l'exon 2 --> épissage des
exons et libération du lasso
Excision de l'intron par formation d'un lasso : le splicéosome.
Il est constitué de ribonucléoprotéines (snRNP) associant :
- des petits ARN nucléaires (ARNsn) - 6 chez les Mammifères,
constitués de 100 à 300 nucléotides),
- des protéines (150 environ).
L’épissage alternatif
Document 9. Comparaison de l’expression
génique chez les Procaryotes et chez les
Eucaryotes.
Document 10. Mise en
évidence expérimentale du
contrôle de l’opéron
lactose. (WILSON J. et HUNT T., “ Biologie moléculaire de la cellule – livre
d’exercices ”, 3e edition, Médecine-Sciences - Flammarion Ed., 1995).
L’opéron lactose.
Animation : http://www.snv.jussieu.fr/bmedia/operonlactose/
Animation : http://www.snv.jussieu.fr/bmedia/operonlactose/
Animation : http://www.snv.jussieu.fr/bmedia/operonlactose/
Animation : http://www.snv.jussieu.fr/bmedia/operonlactose/
Les différents niveaux de régulation de
l ’expression des gènes chez les Eucaryotes.
Mise en évidence du corpuscule de Barr par immunofluorescence.
Présent dans le noyau des cellules des femelles de Mammifères, il a été
découvert en 1948 par le Docteur Barr. Il est localisé contre la face interne de
l’enveloppe nucléaire. C’est de l’hétérochromatine qui correspond à l’un des deux
chromosomes X inactivé, indifféremment d'origine maternelle ou paternelle.
La méthylation de l ’ADN est contrôlée
La gelée royale
contient des
substances qui
inhibent la méthylation
de certains gènes
L’alimentation du père
entraîne des variations
de la méthylation de
gènes dans les
spermatozoïdes, ce qui
exerce des effets dans
la génération suivante
Vidéo acétylation
histones
Les modifications post-traductionnelles des histones La lysine 9 de l’histone H3 peut être soit acétylée, soit méthylée, ces modifications étant
mutuellement exclusives. Nicolas Lacoste, Jacques Côté, M/S : médecine sciences Volume 19, numéro 10, octobre 2003, p. 955-959
http://www.erudit.org/revue/ms/2003/v19/n10/007166ar.html
Document 11.
Trois modèles
structuraux de
protéines facteurs
de transcription. (CAMPBELL N., “ Biologie ”, ERPI Ed., 1995).
Document 13.
Contrôle de la
transcription chez les
Eucaryotes.
a. Les facteurs
généraux de
transcription, fixés au
promoteur du gène,
sont indispensables à
la fixation de l’ARN pol
II. D’autres facteurs de
transcription sont fixés
sur des séquences
régulatrices
(enhancers, silencers)
éloignées du
promoteur.
b. Mode d’action d’une
séquence amplificatrice
(enhancer). (PEYCRU P. et coll., “ Biologie 1ère année
BCPST ”, Dunod Ed., 2007).
Document 14. Organisation de trois virus.
a. Le phage l
b.et b’ Virus de la mosaïque du tabac
c.VIH PEYCRU P. et coll., “ Biologie 1ère année BCPST ”, Dunod Ed., 2007).
Document 15. Le cycle lytique et le cycle lysogénique du phage l.
Dans la plupart des cas, après avoir pénétré dans la bactérie, le phage suit
un cycle lytique. (CAMPBELL N., “ Biologie ”, ERPI Ed., 1995).
Document 16.
Le cycle du
VMT. (PEYCRU P. et coll., “ Biologie 1ère
année BCPST ”, Dunod Ed., 2007).
Document 17. Cycle viral du VIH. (“ SVT T°S ”, Nathan Ed., 2002).
