Biochimie : Biologie moléculaire

Quels sont les 2 supports d'information génétiques ?

-ADN (acide désoxyribonucléique)
-ARN (acide ribonucléique)

Comment sont stockés l'ADN et l'ARN ?

sous forme d'un enchaînement linéaire, ou séquence de nucléotides

Qu'est ce que l'ADN et l'ARN ?

polymères de nucléotides

De quoi sont constitués les nucléotides qui composent les acides nucléiques ?

De 3 types de molécules :

* un groupement phosphate


* un sucre
* une base azotée

Quelles sont les deux extrémités d'un nucléotide ?

-extrémité 5'
-extrémité 3'

Quelles sont les 2 familles de bases azotées ?

-Purines : Guanine (G)
Adénine (A)
-Pyrimidines : Cytosines (C)
Thymine (T)
Uracile (U)

Quels nucléotides contient l'ADN ?

G,A,C et T

Quels nucléotides contient l'ARN ?

G,A,C et U

Sur quelle extrémité se trouve le groupement phosphate et quel est sa charge ?

-extrémité 5'
-chargé négatif

Sur quelles extrémité se trouve le sucre et qu'exerce-t-il au sein de l'ADN et de l'ARN ?

- extrémité 3' (voire schéma)
- désoxyribose dans l'ADN
- Ribose dans l'ARN

De quoi sont constitués les brins d'ADN et d'ARN ?

par une enchaînement de nucléotides liés par ponts phosphodiesters, engageant l'extrémité 3' d'un nucléotide avec l'extrémité 5' du suivant

Combien d'extrémité possède un brin d'ARN ou d'ADN ?

2 : 5' et 3'

Qu'est ce que la séquence d'un brin d'ADN ou d'ARN ?

ordre d'enchainement des nucléotides qui le constituent ex : 5'-CAG-3' (brins de 3 nucléotides)

Dans quel sens est donné la séquence ?

de 5' vers 3'

Que constitue la séquence ?

information génétique portée par le brin d'acide nucléique

Les bases azotées peuvent elles s'associer entre elles ? Si oui comment ?

oui par liaisons hydrogènes = liaisons faibles (leur formation et leur rupture sont relativement aisées)

Quel est la règle de complémentarité des bases azotées ?

Dans les acides nucléiques, on trouve les associations purine-pyrimidine :

- Guannine-Cytosine : 3 liaisons H

* Adénine-Thymine : 2 liaisons H
* Adénine-Uracile : 2 liaisons H

Comment sont les brins d'ADN/ARN ?

séquences complémentaires pouvant s'associer : on parle d'hybridation

Comment est l'orientation des brins dans l'ADN/ARN ?

Dans le double brin (duplex) formé, l'orientation des brins est antiparallèles ( extrémité 5' d'un brin du même côté que l'extrémité 3' de l'autre)
ex : hybride formé par association d'un brin d'ADN et d'un brin d'ARN de séquences complémentaires

Qu'est ce que l'ADN ?

molécule formée de 2 brins de désoxyribonucléotides

Que représente chaque nucléotide de l'ADN ?

nucléotide ADN \= désoxyribonucléotide (contient du désoxyribose) à adénine, guanine, cytosine, thymine

Quelle est la structure de l'ADN dans les cellules ?

structure en double hélice : association de deux brins d'ADN complémentaires et antiparallèles

A quoi sont associés les nucléotides de l'ADN ?

chaque nucléotide d'un brin est associé à un nucléotide de l'autre brin selon le principe de complémentarité de base :
-adénine s'apparie à thymine
-guanine s'apparie à cytosine
ex : écriture séquence ADN double brin : 5' TTCAG 3'
3' AAGTC 5'
(voire schéma si besoin)

Quels éléments différencie t on dans la structure d'ADN ?

- squelette sucre-phosphate
- bases appariés
-liaisons hydrogènes
voire schéma si besoin

De quoi les molécules d'ADN sont elles des constituants ?

- chromosomes
-les molécules d'ADN portent le génome : elles constituent ADN génomique

Qu'est ce que les ARN et de quoi sont-ils constitués ?

* molécules simples brin courtes
* constituées par un enchaînement de nucléotides (des ribonucléotides) à adénine, guanine, cytosine, uracile

Quelle est la taille des molécules d'ADN ? ARN ?

ADN : évaluées en paires de bases (bp) ou kilo-paires de bases
( 1 kbp \= 1000 bp)
ARN : en bases (b) ou kilobases (kb)

Qu'est ce que la réplication ?

processus par lequel l'ADN contenue dans les cell est fidèlement copié, à l'identique

Que permet aussi la réplication ?

possible réparation des anomalies de l'ADN

A quoi correspond le génome ?

ensemble de l'information héréditaire

Qu'est ce qu'un gène ?

séquence d'ADN génomique qui code un ARN fonctionnel

Que peuvent coder les gènes ?

* ARN messagers = ARNm traduits en prot = expression des gènes : transcriptions, maturation de l'ADN et traduction

Comment se caractérise l'expression des gènes ?

- régulée à chacune de ses étapes
-susceptible d'évoluer dans le temps, au cour du développement par ex et peut possiblement être cellules-spécifique ou tissu-spécifique

Comment est définit le phénotype ?

définit par ARN et les protéines exprimées

Qu'est ce que la transcription ?

synthèse d'un brin d'ARN à partir d'un brin d'ADN\=brin matrice ou brin antisens

Quel est le rôle de l'ARN polymérase

ARN polymérase \= enzyme qui lit un des brins d'ADN\= brin matrice dans le sens 3'→5' et synthétise par complémentarité des bases une molécule d'ARN en assemblant des nucléotides dans le sens 5'→.3'

Que synthétise alors l'ARN polymérase ?

synthétise une "copie" de la séquence d'ADN codant pour une prot : le brin d'ADN non transcrit \= brin sens ou brin codant possède la même séquence que le brin d'ARN formé (juste T et U qui changent)
- par convention, c'est ce brin codant qui sert de référence quand on décrit les caractéristiques d'un gène (sa séquence par ex)

Quelles sont les étapes de la transcription d'un gène ?

3 étapes : initiation, élongation et terminaison

Qu'est ce que l'étape d'initiation de la transcription ?

gène \= 2 régions fonctionnelles majeures :
- région transcrite, délimitée par des séquences signalant début et fin de la transcription
- promoteur : situé en amont de cette région et essentiel à l'initiation de la transcription

Quelles sont les caractéristiques du promoteur ?

- contient séquences permettant de recruter et positionner l'ARN polymérase, déterminant ainsi le brin qui sera transcrit et le site d'initiation de transcription (site " +1 ")
- contient séquences permettant régulation de l'initiation de la transcriptions du gène car transcription de chaque gène régulée : activée, inhibée en fonctions de nombreux facteurs : stade de développement, différenciation cellulaire ( gène exprimé dans tous les tissu ou seulement dans certains), situation physiologique de la cell, etc...

Quels sont les modalités de régulation de la transcription et comment sont elles ?

- modalité de régulation diverses
ex : lorsque le promoteur d'un gène est hyperméthylé (sur les C des séquences CG), sa transcription est réprimée

Que porte l'ARNm ?

régions transcrites mais non traduites en amont (en 5') et en aval (3') de la séquence codante (traduite) appelés 5'- et
3'-UTR (UTR = untranslated region)

* ces régions participent notamment à la régulation de la traduction

Comment est appelé l'ARN transcrit ?

ARN pré-messager

Que subit l'ARN pré-messager ?

subit modifications pour devenir un ARNm mature fonctionnel :

\-modification extrémité 5' : ajout d'une coiffe

\-modification extrémité 3' : séquence de nucléotides AAUAAA, portée par l'ARN transcrit appelé "site de reconnaissance de polyadénylation" provoque la coupure de l'ARN (qlq nucléotides en aval) suivie de l'ajout d'une "queue poly A" composée de plusieurs centaines de nucléotides à adénine

\-élimination des introns et épissage des exons = épissage

Quelles sont les différentes étapes de l'épissage ?

la plupart des gènes humains comportent dans leur région transcrite des séquences absentes des ARNm :
-au niveau de l'ARN pré-messager, ces séquences nommés introns qui sont coupées
- les régions conservées dans l'ARNm mature, appelés "exons" sont raboutées les unes aux autres

Par quoi est assuré le processus d'épissage ?

épissage assuré par complexes nommés "spliceosomes"

Que met en jeu le processus d'épissage ?

plusieurs types de consensus d'épissage \= servent de signaux de début et de fin d'intron :
-site 5' donneur d'épissage
-site 3' accepteur d'épissage

A quoi correspond le site 5' donneur d'épissage ?

correspond toujours à un GT en 5' de l'intron

A quoi correspond le site 3' accepteur d'épissage ?

correspond toujours à un AG en 3' de l'intron

Que permettent l'ajout de la coiffe et de la queue polyA ?

-protègent l'ARNm de la dégradation
-interviennent dans la traduction
-excision des introns permettant quant à elle aux exons de former une séquence codante continue

Qu'est ce que la traduction ?

processus au cours duquel une protéine est synthétisée à partir d'un ARNm

Comment est lu l'ARNm ?

Lu par des ribosomes qui synthétisent la protéines d'après l'enchaînement des nucléotides sur l'ARNm

Comment se fait cette lecture d'ARNm ?

chaque lecture dans le sens 5' → 3' par groupe de 3 nucléotides appelés codons

Que permettent les codons ?

Chaque codon permet :

* l'incorporation d'un AA spécifique selon le tableau du code génétique
* élongation de la chaîne polypeptidique se faisant dans le sens Nter→Cter ( 2 extrémités différentes des AA)

Comment la traduction est elle initiée ? Quelle séquence est nécessaire ?

initiation de la traduction débutant au niveau d'une codon initiateur de traduction AUG lorsqu'il se trouve au sein d'une séquence particulière appelée séquence de Kozak

Comment se termine la traduction ?

Au niveau d'un codon STOP : UAA, UAG, UGA

A quoi correspond le cadre de lecture ?

correspond à la séquence traduite normalement constituée d'un nombre de nucléotides divisible par 3

Ou est situer le cadre de lecture ?

entre le codon initiateur de la traduction AUG et un codon STOP en phase (voir tabeau des codons si besoin)

Comment est le nombres de prot différentes synthétisées par l'organisme ?

nombre de prot différentes synthétisée par l'organisme est très largement supérieur au nombre de gènes différents présents dans le génome

Que code un gène ?

gène code en général plusieurs protéines isoformes \= prot de séquences semblables

Qu'est ce que l'épissage alternatif ?

* mécanisme majeur de diversification des produits de l'expression d'un gène


* correspond à des variations de l'épissage , pouvant inclure ou exclure des séquences

Qu'est ce que la délétion exonique ?

- délétion exonique : démasquage d'un site alternatif (\=site cryptique) d'épissage en 3' ou 5' : permet notamment formation d'un ARNm différent avec délétion d'une partie d'exon

Qu'est ce que l'exclusion ?

Voire tableau si besoin
-exclusion(\=saut) ou inclusion d'exon

Qu'est ce que la rétention totale d'introns ?

-rétention totale d'intron : épissage ne se fait pas entre 2 exons

Qu'est ce que rétention d'une partie d'un intron ?

-rétention d'une partie d'un intron ou utilisation d'un site cryptique d'épissage au niveau intronique

Qu'est ce que les promoteurs multiples ?

promoteurs multiples : gène pouvant présenter plusieurs promoteurs alternatif et plusieurs exons 1 : choix de l'exon dépendant du choix du promoteur, dictant ainsi choix de l'épissage

Qu'est ce que les sites de poly-adénylation ?

sites de poly-adénylation : gène pouvant présenter des sites de poly-adénylation multiples et ainsi plusieurs exons susceptibles d'être en dernière position dans l'ARNm

Qu'est ce qui existe au sein de l'ADN ?

variations interindividuelles de la séquence de l'ADN génomique

Qu'est ce qu'une anomalie et quel est son synonyme ?

-anomalie \= variation génétique
-correspond à tout changement du matériel héréditaire

Qu'est ce que le génotype ?

information portée par l'ADN génomique au sein des chromosomes : correspond aux allèles présents

Qu'est ce qu'un sujet homozygote ?

sujet possédant des allèles identiques

Qu'est ce qu'un sujet hétérozygote ?

sujet possédant des allèles différents

Qu'est ce que sous-tend (\=être à l'origine de) le génotype d'un individu ?

son phénotype

Comment sont les conséquences des variations génétiques ?

Très diverses

Qu'est ce qu'une variation de séquence non délétère ?

variation non délétère \= ne sont pas à l'origine d'une maladie, on parle de polymorphisme

Qu'est ce qu'une mutations délétère ?

mutation délétère \= + ou - pathogènes, pouvant être à l'origine de maladies

Quels sont les 2 types de mutations ?

-mutation dominante : quand présence à l'état hétérozygote (avec un allèle sain) suffit pour déclencher la maladie
-mutation récessive : quand sa présence à l'état hétérozygote (avec un allèle sain) ne déclenche pas de maladie
- un sujet malade peut alors être porteur d'un allèle muté à l'état homozygote ou de deux allèles mutés différents à l'état hétérozygote

Quelles sont les différentes natures de mutations ?

* germinale : retrouvée dans toute les cellules de l'organisme , peut conduire à une maladie génétique, héréditaire et peut être transmise à la descendance
* somatique (=de novo), acquise au cours de la vie d'un individu, retrouvée uniquement dans la population cellulaire issue de la cell ayant acquis la mutation, peut entraîner apparition cancer mais non transmissible à la descendance

Quelles sont les 2 catégories d'anomalies de l'ADN et comment ces anomalies sont classées ?

- anomalies classées en fonction de leur taille
-macrolésions \= anomalies de grande taille; correspond à de grands remaniements de l'ADN
-microlésions \= mutations ponctuelles \= anomalies de petite taille touchant un ou quelques nucléotides

Qu'est ce qu'une délétion ?

délétion \= perte d'un fragment d'ADN

Qu'est ce qu'une duplication ?

duplication/amplification \= gain de fragments d'ADN identiques

Qu'est ce que des gènes homologues ?

* gènes homologues = appartiennent à une même famille de gènes, peuvent apparaître à partir d'un gène ancestral, à la suite d'une duplication


* certains des gènes apparus peuvent dégénérer en pseudogènes (fortes homologie de séquence avec des gènes mais non fonctionnels) ou acquérir une nouvelle fonction

Quels sont les 2 types de microlésions ?

* substitutions nucléotidiques
* délétions-insertions de petite taille

Qu'est ce qu'une substitution ?

substitution \= remplacement d'une base par une autre

Quels sont les 2 types de substitutions ?

- transition : remplacement d'une base purique par une autre ou d'une base pyrimidique par une autre
-transversion : remplacement d'une base purique par une base pyrimidique ou inversement
(voir schéma si besoin)

Qu'est ce que les délétions ou insertions ?

délétions ou insertions \= perte (délétion) ou gain(insertion) d'un petit nombre de nucléotides

Quelles sont les types de substitutions touchant les zones codantes ?

\-silencieuses : pas de changement d'AA

\-Faux sens : remplacement d'un AA par un autre

\-Non sens : remplacement d'un AA par un codon STOP

Qu'est ce que le "frame shift" ou décalage du cadre de lecture ?

délétion ou insertion survenant dans un exon où le nombre se nucléotides perdus ou gagnés n'est pas multiple de 3, alors on observes anomalies de type "frame shift" ou décalage du cadre de lecture conduisant généralement à l'apparition d'un codon stop prématuré pouvant être à l'origine d'une protéine tronqués

Que se passe -t-il si insertion ou délétion dans un exon où le nbre de nucléotides perdus ou gagnés sont multiples de 3 ?

mutation pouvant être neutre, sans effet sur le cadre de lecture

Où peuvent survenir les mutations ?

dans des régions régulatrices comme des sites d'épissage par ex, avec conséquences diverses comme modification de l'épissage : saut d'exon, rétention d'introns, activation de sites cryptiques d'épissage par ex

Que peuvent avoir les anomalies d'ADN ?

-conséquences à tous les niveaux d'expression du gène : modification transcription, maturation, ou même traduction

- entraîner des modifications qualitatives : modification séquence, voire la taille des ARNm ou des prot

-entraîner modifications quantitatives : modification quantité ARNm ou des ( augmentation ou diminution de la quantité par modif de la synthèse et/ou dégradation de ces molécules) :
en particulier : l'apparitions d'un codon STOP prématuré peut conduire à une instabilité de l'ARNm

Que nécessite l'étude de la structure et de l'expression des gènes ?

utilisation d'outils et de méthodes spécifiques

Qu'est ce que les ADN-polymérases ?

enzymes qui :
-catalysent la synthèse d'ADN par polymérisation de désoxyribonucléotides, à partir de précurseurs triphosphates (dNTP) de 5' en 3', en une séquence complémentaire d'un brin matrice d'ADN ou d'ARN lu de 3' en 5'
- nécessitent la présence d'une amorce

Comment sont appelés les ADN polymérases utilisant des matrices ARN ?

Reverse transcriptase ou Transcriptase inverse : brin d'ADN synthétisé à partir d'un ARN est appelé ADNc, pour ADN complémentaire

Qu'est ce que les différentes natures de sondes et d'amorce ?

natures très diverses :
- oligonucléotides de synthèse (\=courte chaîne de nucléotides, synthétisée par voie chimique)
- fragments d'ADN, etc...

Quel est le point commun entre les sondes et les amorces ?

sous forme simple brin , les sondes et les amorces s'hybrident avec une séquence cible spécifique (sauf exception), mais se distinguent par le cadre dans lequel on les utilise :
mettre en évidence une séquence cible (sonde) ou en réaliser une copie amorce

Dans quoi une amorce est utilisée ?

pour permettre synthèse d'ADN par une ADN polymérase (voir techniques de PCR, RT-PCR, ou de séquençage par ex)

Dans quoi est utilisée une sonde ?

permet de repérer spécifiquement une séquence d'intérêt (voir technique northern blot par ex)

Comment est utilisée la sonde ?

- marquée afin d'être aisément repérable ( par ex marquage radioactif et repérage grâce à un film photographique placé sur la préparation contenant la sonde : autoradiographie)

-séquence de la sonde choisie de manière à être complémentaire de la séquence d'intérêt avec laquelle elle va s'hybrider. des séquences imparfaitement complémentaires peuvent s'hybrider pour augmenter la spécificité d'hybridation, on peut opérer en conditions stringentes ( conditions expérimentales particulières qui défavorisent l'hybridation)

Que peuvent faire les enzymes de restriction ?

elles peuvent réaliser des coupures dans l'ADN double brin