Chapitre 16 : La perpétuation du génome

Quel est le dogme fondamental de la biologie moléculaire ?

Le flux de l’information génétique s’effectue de l’ADN vers l’ARN, puis de l’ARN vers les protéines.

Que signifie « perpétuation du génome » ?

La conservation à l’identique de l’information génétique d’une génération cellulaire à la suivante.

Quelle exception existe concernant l’identité génétique des cellules ?

Les gamètes, qui ne possèdent qu’un seul jeu chromosomique.

Que signifie « cellule diploïde » ?

Une cellule possédant deux copies complètes de l’information génétique.

D’où proviennent les deux copies de l’ADN dans une cellule diploïde ?

Une copie paternelle et une copie maternelle

Pourquoi la réplication est-elle indispensable avant la division cellulaire ?

Pour que chaque cellule fille reçoive une quantité complète d’ADN.

Quelle propriété de l’ADN est à la base de sa réplication ?

La complémentarité des bases.

Quels sont les trois modèles historiques de réplication ?

• Modèle semi-conservatif

• Modèle conservatif

• Modèle dispersif

Définir le modèle semi-conservatif.

Chaque molécule fille contient un brin parental et un brin néosynthétisé.

Définir le modèle conservatif.

La molécule parentale reste intacte et une molécule entièrement nouvelle est synthétisée.

Définir le modèle dispersif.

Les brins fils sont des mélanges de fragments parentaux et néosynthétisés.

Quelle expérience a permis de prouver le modèle de réplication de l’ADN ?

L’expérience de Meselson et Stahl.

Pourquoi l’ADN devient-il plus dense avec ¹⁵N ?

Parce que l’azote est incorporé dans les bases azotées de l’ADN.

Quelle technique permet de séparer les ADN selon leur densité ?

La centrifugation en gradient de densité.

Quelle est l’enzyme centrale de la réplication ?

L’ADN polymérase.

Que nécessite l’ADN polymérase pour fonctionner ?

• Une matrice

• Des désoxyribonucléotides triphosphates

• Une amorce

Dans quel sens synthétise-t-elle l’ADN ?

Toujours dans le sens 5’ → 3’.

Pourquoi la synthèse est-elle exergonique ?

Grâce à l’énergie libérée par la rupture des liaisons phosphoanhydres des nucléotides triphosphates.

Combien d’ADN polymérases possèdent les eubactéries ?

Au moins trois.

Rôle de l’ADN polymérase I ?

• Remplacement des amorces

• Activité exonucléase 5’→3’

Rôle de l’ADN polymérase II ?

Réparation de l’ADN.

Rôle de l’ADN polymérase III ?

Élongation principale de l’ADN lors de la réplication.

Qu’est-ce qu’une origine de réplication (ori) ?

Une séquence spécifique où débute la réplication.

Combien d’origines chez les procaryotes ?

Une seule

Qu’est-ce que l’œil de réplication ?

Une zone où les deux brins d’ADN sont séparés.

Qu’est-ce qu’une fourche de réplication ?

Une extrémité de l’œil de réplication où l’ADN est synthétisé.

Rôle de l’hélicase ?

Séparer les deux brins d’ADN en rompant les liaisons hydrogène.

Quelle enzyme synthétise l’amorce ?

L’ADN primase.

Nature de l’amorce ?

ARN (~10 nucléotides).

Sens de synthèse de l’amorce ?

5’ → 3’

Pourquoi parle-t-on de brin continu ?

Il est synthétisé en continu dans le sens de progression de l’hélicase.

Autres noms du brin continu ?

Brin directeur, brin direct, brin précoce.

Pourquoi le brin discontinu est-il discontinu ?

Car il est synthétisé par fragments successifs.

Autres noms du brin discontinu ?

Brin retardé, brin indirect.

Que sont les fragments d’Okazaki ?

Des fragments d’ADN contenant une amorce d’ARN.

Taille des fragments d’Okazaki ?

• Procaryotes : ~1200 nucléotides

• Eucaryotes : ~200 nucléotides

Quelle enzyme remplace l’amorce d’ARN ?

ADN polymérase I.

Quelle enzyme relie les fragments d’Okazaki ?

ADN ligase.

Quel type de liaison est formé ?

Liaison phosphodiester.

Qu’est-ce que le réplisome ?

Un complexe enzymatique coordonnant la réplication.

Combien d’ADN polymérases III contient-il ?

Deux (une pour chaque brin).

Différence majeure avec les procaryotes ?

• ADN linéaire

• Multiples origines de réplication

Problème spécifique des chromosomes linéaires ?

Perte d’ADN aux extrémités.

Qu’est-ce qu’un télomère ?

Une extrémité chromosomique constituée de séquences répétées non informatives.

Conséquence du raccourcissement des télomères ?

Sénescence cellulaire.

Qu’est-ce que la télomérase ?

Une ribonucléoprotéine allongeant les télomères.

Sous-unités de la télomérase ?

• TERT (activité enzymatique)

• TERC (ARN matrice)

Pourquoi est-ce une transcriptase inverse ?

Elle synthétise de l’ADN à partir d’une matrice ARN.

Quelle est la fréquence d’erreur brute de l’ADN polymérase III ?

~100 erreurs / 10⁶ bases.

Quelle activité permet la correction ?

Exonucléase 3’ → 5’.

Fidélité finale après correction ?

~1 erreur / 10⁹ bases.

Principe de la PCR ?

Amplification exponentielle d’un fragment d’ADN.

Éléments nécessaires pour le PCR ?

• ADN matrice

• Deux amorces

• dNTP

• ADN polymérase

Quelle est la deuxième étape de la PCR ?

L’hybridation (ou annealing) des amorces sur les brins d’ADN dénaturés.

À quoi sert l’hybridation des amorces ?

À permettre à l’ADN polymérase de débuter la synthèse à un site précis.

De quoi dépend la température d’hybridation ?

• De la séquence nucléotidique des amorces

• De leur longueur

• De leur proportion en GC

Pourquoi l’hybridation doit-elle être thermodynamiquement favorable ?

Pour assurer une fixation stable et spécifique des amorces à la matrice.

Que constitue un cycle de PCR ?

1. Dénaturation

2. Hybridation

3. Élongation

Combien de cycles sont réalisés lors d’une PCR ?

En général 30 à 40 cycles.

Pourquoi la PCR permet-elle une amplification exponentielle ?

Chaque fragment nouvellement synthétisé sert de matrice au cycle suivant.

Pourquoi le choix de l’ADN polymérase est-il crucial en PCR ?

Parce que la PCR implique des températures élevées répétées.

D’où proviennent les ADN polymérases utilisées en PCR ?

D’organismes vivant naturellement dans des environnements chauds.

Applications de recherche de la PCR ?

• Amplification de séquences rares

• Production de fragments pour clonage

• Analyse de l’expression génique

Applications diagnostiques de la PCR ?

• Détection de virus chez un patient

• Diagnostic moléculaire

Qu’est-ce qu’une mutation ?

Une modification de la séquence nucléotidique de l’ADN.

Toutes les mutations ont-elles le même impact ?

Non, leur impact dépend de leur nature et de leur localisation.

Qu’est-ce qu’une mutation silencieuse ?

Une mutation qui ne modifie pas l’acide aminé codé.

Pourquoi une mutation silencieuse est-elle possible ?

À cause de la dégénérescence du code génétique.

Qu’est-ce qu’une mutation faux-sens ?

Une mutation qui modifie l’acide aminé codé.

Conséquences possibles d’une mutation faux-sens ?

• Aucun effet

• Amélioration de la fonction

• Diminution de la fonction

• Inhibition de la fonction

Exemple de mutation silencieuse

• GGT → GGA

• Les deux codent pour la glycine

exemple de mutation faux-sens

• GGT (glycine) → CGT (arginine)

Pourquoi les mutations faux-sens sont-elles importantes en évolution ?

Elles constituent un moteur de l’évolution.

Lien entre mutations faux-sens et maladies ?

Elles sont à l’origine de nombreuses maladies génétiques.

Qu’est-ce qu’une mutation non-sens ?

Une mutation transformant un codon en codon STOP.

Exemple de mutation non-sens

• TCA (sérine) → TAA (codon STOP)

Conséquence directe d’une mutation non-sens ?

Arrêt prématuré de la traduction = Protéine tronquée

Qu’est-ce qu’un frameshift ?

Un glissement du cadre de lecture.

Quelle est la cause d’un frameshift ?

• Insertion d’une base

• Délétion d’une base

→ indel

Conséquence d’un frameshift sur la protéine ?

Modification complète de la séquence d’acides aminés en aval.

Pourquoi les indels sont-ils souvent très délétères ?

Parce qu’ils modifient l’ordre et la nature des acides aminés traduits.

Pourquoi une forte proportion de GC augmente-t-elle la Tm en PCR ?

Les paires GC possèdent trois liaisons hydrogène, augmentant la stabilité de l’hybridation.

Où trouve-t-on des fragments d’Okazaki dans une cellule eucaryote ?

• Dans le noyau (ADN nucléaire)

• Dans les mitochondries (ADN mitochondrial)