Module 4: Le noyau et la division cellulaire

Le cycle cellulaire, la transcription, la traduction, la mitose et la cytocinèse

Quel est l'organite le plus important de la plupart des cellules animales et végétales

Le noyau

Qu'est-ce que le noyau?

Un compartiment distinct du cytoplasme, il ne contient pas de protéines motrices, ni de ribosomes.

Que contient le noyau?

L'information génétique stockée sous forme d'ADN.

Comment se transmet l'information génétique?

Passe d'une cellule à l'autre lors de la division cellulaire.

Structure d'un chromosome

ADN + protéines

Structure ADN

Modèle en double hélice
Deux longues chaines de polynucléotides

Structure chaines de polynucléotides.

Chaque chaine est un brin composé de 2 sous unités comportant 4 types de nucléotides

Structure nucléotide

Sucre + Phosphate + Base

Types de nucléotides (4)

1. Adénosine
2. Cytosine
3. Guanine
4. Thymine

Comment sont reliés les deux brins?

Par des liaisons H qui se forment entre les bases des nucléotides.

Quelles sont les deux classes de protéines dans l'ADN?

1. Histones
2. Protéines chromosomiques non histones

Qu'est-ce qu'un nucléosome?

Unité de base de la structure des chromosomes eucaryotes

Structure chromatine

Histones + protéines chromosomiques non histones + ADN

À quoi sert la formation des nucléosomes?

1. Transformation de la molécule d'ADN en filament de chromatine d'un tiers de la longueur initiale.
2. Premier niveau d'empaquetage de l'ADN

Structure nucléosome

ADN enroulé autour d'un noyau protéique de huit molécules d'histones

Combien de paires de nucléotides pour que l'ADN s'enroule 2 fois autour du noyau d'histones?

147

Comment est empaqueté l'ADN?

Dans un chromosome mitotique qui est environ 10 000 X plus court que sa forme étendue.

6 niveaux de condensation de l'ADN + taille

1. Courtes régions de la double hélice d'ADN (2 nm)
2. Chromatine en collier de perles (11 nm)
3. Assemblage des nucléosomes en fibres de 30 nm (30 nm)
4. Portion de chromosome sous forme relâchée (300 nm)
5. Portion de chromosome sous forme condensée (700 nm)
6. Chromosome mitotique entier (1400 nm)

Que fait l'histone de liaison H1?

Aide au rapprochement de nucléosome pour former la fibre de 30 nm.

6 étapes de la phase M lors de la division cellulaire et du cycle cellulaire

1. Prophase
2. Prométaphase
3. Métaphase
4. Anaphase
5. Télophase
6. Cytocinèse

Étapes du cycle cellulaire (2)

1. Croissance de la cellule et duplication de l'information génétique et sa séparation dans deux cellules filles.
2. Interphase (G1, S et G2) et phase M

Définition de la réplication de l'ADN

Transmission fidèle du message héréditaire lors de la division cellulaire.

À quoi sert le brin d'ADN lors du cycle de réplication?

Matrice pour la formation d'un brin d'ADN complémentaire.

Quelle est la transformation de la double hélice d'ADN lors de la réplication?

Ouverture en un point appelé origine de réplication.

Comment décrire le processus de la duplication de l'ADN (1 mot)

Semi-conservatif

Définition fourches de réplication

Jonctions en forme de Y des molécules d'ADN en cours de réplication

Comportement des fourches de réplication dans les cellules eucaryotes

S'éloignent dans des directions opposées à partir des multiples origines de réplication

Comment s'effectue la synthèse de nouveaux brins sur une même fourche?

1. Brin conducteur: allongé de façon continue à partir de l'origine de réplication.
2. Brin retardé: nécessite la synthèse récurrente d'amorces d'ARN et de brins d'Okazaki qui seront ensuite ligaturés par l'ADN ligase.

Action de l'ADN polymérase

Catalyse l'addition de nucléotides à l'extrémité 3' terminale d'une molécule d'ADN en croissance.

Comment entrent les nucléotides dans la réaction (réplication)?

Sous forme de nucléosides triphosphates qui fournissent l'énergie nécessaire à la réaction de polymérisation.

Vérification du travail par l'ADN polymérase

Si un nucléotide incorrect a été ajouté dans un brin d'ADN en croissance, l'ADN polymérase le détachera du brin et le remplacera par le nucléotide correct avant de continuer.

Sites ADN polymérase

Contient des sites différents pour la synthèse et la vérification de l'ADN.

Dans quel sens fonctionne l'ADN polymérase

5' vers 3'

Fonctionnement de l'ADN polymérase implique quoi?

Mode de synthèse complexe des nouveaux brins d'ADN et l'intervention d'un grand nombre d'enzyme.

Vrai ou faux. L'ADN polymérase peut commencer seule la synthèse.

Faux.

Qu'est-ce que la primase?

Enzyme qui synthétise l'amorce d'ARN composé d'environ 10 nucléotides avec une extrémité 3' qui sera utilisée comme point de départ par l'ADN polymérase.

Qu'est-ce que le clamp coulissant?

Protéine qui maintient l'ADN polymérase fermement attachée à la matrice de l'ADN pendant qu'elle synthétise un nouveau brin d'ADN.

Fonctionnement du clamp coulissant

Forme un anneau autour de l'hélice d'ADN, en s'attachant à l'ADN polymérase, elle lui permet d'avancer le long du brin matrice sans se détacher lors de la synthèse d'un nouveau brin.

Qu'est-ce que le chargeur du clamp?

Protéine qui hydrolyse l'ATP chaque fois qu'elle boucle le clamp autour de l'ADN.

Fonctionnement chargeur du clamp (brin et fragment d'Okazaki)

Nécessaire une fois seulement par boule de réplication.
Clamp est enlevé et attaché au nouveau brin d'Okazaki.

À quoi servent les points de contrôle de la progression du cycle cellulaire?

À s'assurer que les événements clés du cycle se produisent dans le bon ordre.

Où se trouvent les points de contrôle (3)?

1. Point de contrôle en G2
2. Point de contrôle en mitose
3. Point de contrôle en G1

Qu'est-ce qui déclenche les différentes étape du cycle cellulaire?

Les complexes cyclines/Cdk.

Quels sont les deux complexes cyclines Cdk?

1. Complexe Cdk-S pour déclencher la phase S
2. Complexe Cdk-M pour déclencher la phase M

Définition protéolyse

Processus de dégradation des protéines synthétisées en leurs acides aminées. Les enzymes responsables de cette dégradation sont appelées protéases.

Définition protéasomes

Dans les cellules eucaryotes, la plupart des protéines sont dégradées par des machineries appelées protéasomes.

Structure protéasome

Cylindre central composé de protéases

Protéasomes agissent sur quoi?

Sur des protéines qui ont été marquées pour la destruction de la liaison covalente à une petite molécule l'ubiquitine.

Que fait l'ubiquitinylation d'une cycline?

Désigne la protéine à la destruction dans le protéasome. La perte de la cycline laisse la Cdk inactive.

Que font les freins moléculaires?

Arrêtent le cycle au niveau de points de contrôle spécifiques.

Que permet la Cdk-S à la fin?

Éviter une deuxième réplication en phosphorylant Cdc6, qui se dissocie. L'origine est dégradée.

Que permet Cdk-S au début?

Provoque le début de la synthèse d'ADN.

À quoi servent les cohésines?

Former des grands anneaux protéiques qui entourent les chromatides sœurs.

À quoi sert la cohésion entre les chromatides sœurs?

Assurer une ségrégation correcte des chromosomes.

Que sont les condensines?

Un ensemble de protéines qui facilitent la condensation chromosomique.

Fonctionnement des condensines.

1. S'assemblent sur chaque chromatide individuellement au début de la phase M.
2. Enroulent l'ADN pour faciliter la condensation de chaque chromatide.

Quelles sont les 3 classes de microtubules dans le fuseau mitotique?

1. Microtubules de l'aster (seulement cellule animale)
2. Microtubules du kinétochore
3. Microtubules interpolaires (reliés par des protéines motrices)

Que sont les kinétochores?

Complexes protéiques qui s'assemblent sur les chromosomes condensés en fin de la prophase pour les attacher aux microtubules du fuseau mitotique.

Comment sont orientés les kinétochores?

Directions opposées. Tendance à s'attacher à des microtubules venant des pôles opposés, de sorte que chaque chromosome est lié aux deux pôles du fuseau.

Que crée la bi-orientation des kinétochores?

Tension

Quel message envoie la tension des kinétochores?

Informe les deux kinétochores qu'ils sont attachés correctement et prêts à être séparés.

Que fait le complexe de promotion de l'anaphase (APC)?

1. Déclenche la séparation des chromatides en favorisant la dégradation des cohésines.
2. Détruit la sécurine.
3.La séparase devient active.
4. Marque la cycline M pour destruction, ce qui rend le Cdk-M inactif.

Protéines qui interviennent dans la cytocinèse (cellules animale et végétale)

Cellule animale: actine et myosine de l'anneau contractile
Cellule végétale: phragmoplastes

Génome définition

Ensemble de l'information génétique contenu dans l'ADN d'une cellule.

Que fait le génome? (cellule + organisme)

Cellule: Fournit le programme génétique qui dicte à la cellule son mode de fonctionnement.
Organisme: Comment croître en étant de centaines de types cellulaires différents.

Comment se mesure la taille du génome?

En paires de nucléotides d'ADN par génome haploïde.

Gènes définition

Éléments informatifs qui déterminent les caractéristiques d'une espèce donnée et les individus qui la composent.

Que contient le reste de l'ADN qui ne code pas pour des protéines ni des molécules d'ARN fonctionnelles?

Un mélange de séquences impliquées dans la régulation de l'expression des gènes et de séquences dépotoirs non essentiel.

Quels sont les deux processus par lesquels passe l'expression des instructions génétiques?

La transcription et la traduction.

Comment l'information circule-t-elle pendant l'expression des gènes?

Transcription: de l'ADN à l'ARN.
Traduction: de l'ARN aux protéines.

Combien d'ARN peut transcrire un gène?

1 ou plusieurs.

Combien de protéines peut traduire un ARN?

1 ou plusieurs.

Que permet l'amplification?

Synthèse rapide d'une quantité de protéine nécessaire à la cellule à un moment donné.

Organisation des gènes de protéines dans les procaryotes.

Organisés en opérons fournissant des ARNm polygéniques et permettant de fabriquer plusieurs protéines distinctes.

Organisation des gènes de protéines dans les eucaryotes.

Organisation complexe, discontinue, mais qui conduit à produire un ARNm monogénique.

Qu'est-ce que l'épissage de l'ARN?

Réactions catalysées par de petits complexes ribonucléoprotiques nucléaires (RNPsn)

Processus transcription

Ouverture et dépliement d'une partie de la double hélice d'ADN.

Noms des brins de l'ADN

Matrice et codant

Définition ARN polymérase

Enzyme qui catalyse la formation des liaisons phosphodiester reliant les nucléotides entre eux dans la direction 5' vers 3'.

Comment peut se replier l'ARN?

Structure particulière grâce à des appariements intramoléculaires.

Où commence la transcription?

Sur des sites ADN appelés promoteurs.

Que nécessite l'ARN polymérase pour initier la transcription? (eucaryotes)

L'assemblage d'un complexe de facteurs généraux de la transcription au niveau du promoteur.

Que nécessite l'ARN polymérase pour initier la transcription? (procaryotes)

Une sous-unités supplémentaire appelée facteur sigma.

Processus additionnel lors de la transcription chez les eucaryotes.

Maturation.

Fonctionnement de l'ARN polymérase?

1. Déplacement le long de l'ADN en déroulant la double hélice d'ADN devant elle.
2. Ajout des nucléotides à la chaine d'ARN au site de polymérisation en utilisant comme matrice la portion découverte d'ADN.
3. Déplace l'ARN qui vient d'être synthétisé permettant ;a la double hélice de se reformer en arrière.

Résultat de l'ARN polymérase

Courte région d'hélice hybride d'ADN/ARN formée transitoirement qui se déplace le long de l'ADN avec la polymérase.

Fonction ARNm

Code les protéines

Fonction ARNr

Catalyse la biosynthèse des protéines

ARN mi

Contrôle l'expression des gènes.

Fonction ARNt

Adaptateur spécifique entre l'ARNm et les a.a. au cours de la synthèse des protéines (traduction)

Fonction ARNsn (2)

1. Épissage des introns
2. Entretien des télomères

Que sont les protéines?

Principaux constituants des cellules et déterminent leur structure et leurs fonctions.

Par quoi sont déterminées les propriétés et les fonctions des protéines?

Par l'ordre des a.a. de la chaîne polypeptidique.

Que dicte la séquence d'a.a. d'une protéine?

La manière dont la chaine se repliera pour donner une molécule avec une forme et une fonction chimique particulière.

Par quoi est décodée une séquence d'ARNm?

Un triplet.

De quoi est composé un codon?

Trois nucléotides consécutifs.

Quel est le codon d'initiation qui code aussi pour la méthionine (Met)?

AUG

Quels sont les trois codons STOP?

1. UAA
2. UAG
3. UGA

Que sont les ARNt?

Adaptateurs cytoplasmiques qui apparient les a.a. et les codons de l'ARNm.

ARNt formés de quoi?

Anticodons complémentaires aux codons dans les ARNm.