Chromosomes et réplication de l'ADN : structure et processus - Prof. Jacques, Study Guides, Projects, Research of Genetics

Download Chromosomes et réplication de l'ADN : structure et processus - Prof. Jacques and more Study Guides, Projects, Research Genetics in PDF only on Docsity! 27/11/2018 1 COURS DE GENETIQUE Dr Jacques KABORE 1ère année Sciences biologiques CHAPITRE I : MATÉRIEL HÉRÉDITAIRE Généralités Robert Hooke La cellule a été découverte en 1665 par l'Anglais Robert Hooke, grâce à un microscope primitif de son invention. Dans des fragments végétaux, il pouvait distinguer des compartiments ressemblant aux cellules des moines dans les monastères; d'où le nom donné au plus petit dénominateur commun à tout ce qui vit. Qu'elles composent un être végétal ou animal, les cellules participent au fonctionnement de tout l'organisme. On estime à quelques milliers de milliards, le nombre de cellules composant le corps humain. Chaque cellule contient la même information génétique que portait la cellule-mère, l'œuf fécondé. 27/11/2018 2 Cellule eucaryoteLa structure de la cellule Cellule procaryote Les chromosomes Le matériel génétique de chaque individu est retrouvé dans le noyau des cellules. Associé à diverses protéines, l'ADN est replié et enroulé de façon très complexe; la double hélice qu'il forme constitue la structure du chromosome. En dehors des périodes de division cellulaire, les chromosomes sont trop effilés et entremêlés pour qu'on puisse les distinguer individuellement. Au microscope photonique comme au microscope électronique, leur enchevêtrement apparaît comme une masse de matière colorée qu'on appelle chromatine. Les chromosomes deviennent distincts seulement lorsqu'ils se condensent et s'épaississent, au moment où le noyau se prépare à la division. 27/11/2018 5 XX Etape I Ovule nucléé Ovule anucléé Fécondation Larve à 2n chromosomes Larve à n chromosomes Le morceau anucléé va dégénérer par contre si on le féconde avec un spermatozoïde, cela donne un organisme haploïde. Conclusion C'est que le noyau possède toute l'information nécessaire à la réalisation d'une larve normale. Etape II Il passe à une deuxième étape, mais avec 2 espèces différentes : la première s'appelle Psammechinus microtuberculatus qui donne des larves Pluteus de type P. la deuxième espèce appelée Sphaerechinus granularis donne des larves Pluteus de type S. Psammechinus microtuberculatus Sphaerechinus granularis X X Ovule nucléé Type S Ovule anucléé Type P larve hybride 2n chromosomes larve de type P n chromosomes Spermatozoïde Type S Spermatozoïde Type P Le noyau remplit deux (2) rôles : le premier est de déterminer les synthèses cellulaires qui permettent l'édification de l'organisme (construction de la larve). le deuxième rôle est la spécificité des caractères héréditaires. Ce sont les rôles du matériel héréditaire. Conclusion: Le matériel héréditaire est situé dans le noyau Il est le site principal du matériel héréditaire. II. Nature du matériel héréditaire 1. L'ADN est le support de l'information génétique Les principaux constituants du noyau sont des acides nucléiques. L'acide nucléique le plus présent est l'ADN. Ainsi, l'ADN est le support de l'information génétique. Pour le démontrer, Griffith, 1928 a mis en place une expérience qui prouve que l'ADN est le support de l'information génétique. 27/11/2018 6 Il a travaillé sur des souris mais en utilisant l'agent responsable de la pneumonie, une bactérie du nom de Streptococcus pneumoniae. Elle existe sous deux formes : La première forme appelée S dite "lisse" car recouverte d'une enveloppe polysaccharide et celle-ci lui confère la virulence. Leur caractère est héréditaire. Expériences de Griffith La deuxième forme R est "rugueuse" dépourvue d'enveloppe la rendant non virulente donc incapable de provoquer la pneumonie => elle est héréditaire. NB: Mais il existe une mutation qui peut transformer une bactérie R en S et l'inverse existe en transformant S en R. Mais elle a un taux faible de 10-7 c'est-à-dire qu'elle est rare. Mais une bactérie S => R => S et de même, R => S => R. 1) Dans des souris vivantes, il injecta des pneumocoques S vivants; les souris meurent et il y a présence de très nombreux pneumocoques S vivants. 2) Dans des souris vivantes, il injecta des pneumocoques R vivants; les souris survivent et il y a absence de tout pneumocoque. 3) Dans des souris vivantes, il injecta des pneumocoques S tués par la chaleur; les souris survivent et il y a absence de tout pneumocoque. Conclusion : les pneumocoques S tuées par la chaleur sont incapables de provoquer la pneumonie et sont absents dans le sang. 4) Dans des souris vivantes, il injecta des pneumocoques S tués par la chaleur et des pneumocoques R vivants; les souris meurent et présence de pneumocoques S vivants. Conclusion Dans les pneumocoques S morts, il y a une substance qui a été capable de transformer les pneumocoques R vivants en pneumocoques S vivants. 5) Dans des souris vivantes, il injecta des pneumocoques S tués et sans ADN et des pneumocoques R vivants, les souris vivent et il y a absence de très nombreux pneumocoques S vivants. 6) Dans des souris vivantes, il injecta des pneumocoques R vivants et de l'ADN extrait des pneumocoques S, les souris meurent et il y a présence de très nombreux pneumocoques S vivants. Conclusion Il a été effectivement mis en évidence qu'un extrait de S est capable de transformer les R en S. On parle de principe transformant. 27/11/2018 7 En 1944, ils ont montré que c'est l'ADN qui est ce principe transformant. Expérience d’Oswald Avery, Colin MacLeod, Maclyn McCarty Vivante Morte Morte Morte Morte Pneumocoques R Solution d’ADN purifiée de S Ils ont montré que si on prend une solution composée d'extrait d'ADN purifié de pneumocoques S, cet ADN est capable de transformer les pneumocoques R en pneumocoques S. Mais si à cette solution, on ajoute de la désoxyribonucléase, l'extrait perd son pouvoir transformant. Par contre, si on ajoute de la ribonucléase ou une enzyme protéolytique, l'extrait conserve son pouvoir transformant. Conclusion : C'est l'ADN qui est doué d'une activité biologique spécifique, c’est l’ADN qui est le support de l'information génétique. Expérience de Alfred Hershey et Martha Chase Ils ont incorporé du phosphore 32 (32P) dans l'ADN d'une culture de phage et du souffre (35S) dans les protéines d'une autre culture de ce même phage. Mélange Ils infectent ensuite des bactéries avec chacune de ces 2 cultures. En utilisant les phages marqués au 32P, la majeure partie de la radioactivité aboutissait dans les cellules bactériennes, indiquant que l'ADN de phage entre dans les cellules. Au contraire, le 35S restait dans la structure du phage montrant que les protéines du phage n'avaient jamais pénétré dans la cellule bactérienne. Conclusion: l'ADN est le matériel héréditaire tandis que les protéines de phages ne sont qu'un emballage qui est écarté une fois que le précieux ADN a été injecté dans la cellule bactérienne. 2. L'ARN support de l'information génétique Il se trouve que la partie centrale de certains virus est constituée d'ARN alors que chez d'autres, elle est constituée d'ADN. Chez ces premiers, il apparait donc que l'ARN sert de matériel génétique, une exception à la règle selon laquelle l'ADN remplit cette fonction. En 1956, il a été démontré que lorsque l'ARN purifié d'un virus de la mosaïque du tabac (TMV) est étalé sur des feuilles de tabac, les lésions caractéristiques de l'infection virale apparaissent sur ces feuilles. Il en a été conclu que l'ARN est le support de l'information génétique chez ces virus. Peu après, un autre type d'expérience avec le TMV a été effectué par Heinz Fraenkel-Conrat et Bea Singer. Expérience de Heinz Fraenkel-Conrat et Bea Singer Ces scientifiques ont découvert que l'ARN et l'enveloppe de protéines du virus TMV de type sauvage, ainsi que ceux d'autres virus, pouvaient être séparés et isolés. 27/11/2018 10 Les nucléosides et nucléotides sont appelés du nom de la base azotée qui les compose (A, T, G, C ou U). La nomenclature et la structure générale des nucléosides et nucléotides sont dans la figure ci-dessous. Bases Ribonucléosides Ribonucléotides Adénine Adénosine Acide adénilique Cytosine Cytidine Acide cytidilique Guanine Guanosine Acide guanilique Uracile Uridine Acide uridilique Bases Désoxyribonucléosides Désoxyribonucléotides Adénine Désoxyadénosine Acide désoxyadénilique Cytosine Désoxycytidine Acide désoxycytydilique Guanine Désoxyguanosine Acide désoxyguanylique Thymine Désoxythymidine Acide désoxythymidylique Nom des nucléosides et nucléotides constituant l’ARN et l’ADN La liaison entre les atomes d'un nucléotide est très spécifique. L'atome C-1' du sucre est impliqué dans la liaison chimique avec la base azotée. Si la base est une purine, l'atome d'azote numéro 9 (N-9) est lié de façon covalente au sucre. Si la base est une pyrimidine, la liaison implique l'atome d'azote N-1. Les nucléotides peuvent être liés au groupement phosphate par les atomes C-2', C-3' ou C-5' du sucre. La conformation de la liaison du phosphate en C-5' est la plus fréquemment observée dans l'ADN et l'ARN. Adénosine Cytosine b. Les nucléosides diphosphates et triphosphates Les nucléotides sont également appelés nucléosides monophosphates (NMP). L'addition d'un ou de deux groupements phosphates conduit aux nucléosides diphosphates (NDP) et triphosphates (NTP). La forme triphosphate est importante car elle sert de précurseur à la synthèse d'acide nucléique dans la cellule. De plus, l'adénosine triphosphate (ATP) et le guanosine triphosphate (GTP) jouent un rôle important dans la bioénergétique de la cellule car l'élimination du groupe phosphate terminal produit une grande quantité d'énergie. 27/11/2018 11 Adénosine diphosphate (ADP) c. Les polynucléotides Deux mononucléotides sont liés entre eux au niveau de leur sucre par un groupement phosphate. C'est une liaison phosphodiester, car l'acide phosphorique est lié à deux fonctions alcool (les groupements hydroxyle sur les deux sucres) par une liaison ester de chaque côté. Ce même type de liaison existe dans l'ARN. Chaque nucléotide possède une extrémité C-5' et une extrémité C-3'. La liaison entre deux nucléotides produit un dinucléotide ; entre trois nucléotides, c'est un trinucléotide, et ainsi de suite. Les chaînes courtes, constituées d'environ vingt (20) nucléotides liés entre eux, sont appelées oligonucléotides. Les chaînes plus longues sont appelées polynucléotides. 27/11/2018 12 2. Structure de l'ADN De 1940 à 1953, beaucoup de scientifiques ont voulu découvrir la structure de l'ADN. Certains, comme Erwin Chargaff, Maurice Wilkins, Rosalind Franklin, Linus Pauling, Francis Crick et James Watson, recherchaient plutôt des informations pour répondre à la question que beaucoup considèrent comme la plus importante de l'histoire de la biologie : Comment l'ADN peut-il servir de base génétique à tous les processus du vivant ? La réponse se trouve dans la structure chimique et l'organisation de la molécule d'ADN, qui révèlent les fonctions complexes mais ordonnées qu'elle remplit. En 1953, James Watson et Francis Crick proposent que la structure de l'ADN est une double hélice. Les données qui ont permis à Watson et Crick de proposer ce modèle de structure de l'ADN viennent de deux sources : l'analyse de la composition en bases d'échantillons d'ADN hydrolysé et l'étude de l'ADN par diffraction aux rayons X. L'étude de la composition en bases Entre 1949 et 1953, Erwin Chargaff et ses collègues ont utilisé les techniques de chromatographie pour séparer les quatre bases azotées provenant d'échantillons d'ADN issus de différents organismes. Les quantités exactes des quatre bases ont été déterminées dans chacun des échantillons. Tableau 1: Données de Chargaff Rapports molaires 1 2 3 4 Organisme A T G C Thymus de bœuf 26 25 21 16 Rate de bœuf 25 24 20 15 Levure 24 25 14 13 Bacille de la tuberculose aviaire 12 11 28 26 Sperme humain 29 31 18 18 Description des données originales obtenues par Chargaff Tableau 2: Composition en bases de l'ADN de différents organismes Composition en bases Rapport Rapport A+T/G+C 1 2 3 4 5 6 7 8 Organisme A T G C A/T G/C (A+G) (C+T) (A+T) (C+G) Homme 30,9 29,4 19,9 19,8 1,05 1,00 1,04 1,52 Oursin 32,8 32,1 17,7 17,3 1,02 1,02 1,02 1,58 E.coli 24,7 23,6 26,0 25,7 1,04 1,01 1,03 0,93 Sarcina lutea 13,4 12,4 37,1 37,1 1,08 1,00 1,04 0,35 Bactériophage T7 26,0 26,0 24,0 24,0 1,00 1,00 1,00 1,08 Compositions en bases, estimées récemment chez différents organismes, qui corroborent les résultats de Chargaff 27/11/2018 15 3. Structure de l'ARN : chimiquement identique à celle de l’ADN, mais simple brin La seconde catégorie d’acides nucléiques est l’acide ribonucléique, ou ARN. La structure de cette molécule est similaire à celle de l’ADN, mais avec d’importantes différences. L’ARN possède une seule chaîne de polynucléotides, le sucre ribose remplace le désoxyribose et la base azotée uracile remplace la thymine. Une autre différence importante est que l’ARN est la plupart du temps simple-brin, sauf pour deux exceptions : La première : les molécules d’ARN sont parfois capables de se replier sur elles-mêmes pour former des régions double-brin avec des bases complémentaires. La deuxième : certains virus animaux ont, comme matériel génétique, de l’ARN sous forme d’hélice double-brin. Il existe donc des cas où l’ARN n’est pas sous forme strictement linéaire simple-brin. Trois classes de molécules d'ARN sont nécessaires à l'expression de l'information génétique: l'ARN ribosomal (ARNr), l'ARN messager (ARNm) et l'ARN de transfert (ARNt). B. La réplication de l’ADN B. La réplication de l’ADN Définition La réplication est un processus qui permet à l’ADN de se « reproduire ». Suite à la proposition par Watson et Crick de la structure de l’ADN, les scientifiques ont concentré leur attention sur la manière dont cette molécule est répliquée. 27/11/2018 16 La réplication est une fonction essentielle du matériel génétique et doit être exécutée de manière précise si la continuité génétique entre cellules doit être maintenue à la suite de la division cellulaire. C’est une tâche immense et complexe quand on considère que les 23 chromosomes du génome humain contiennent plus de 3.109 (3 milliards) paires de bases. Dupliquer fidèlement ne serait-ce qu’un de ces chromosomes requiert un mécanisme d’une extrême précision. Même un taux d’erreur de 10-6 (un sur un million) créerait 3000 erreurs (de toute évidence un nombre trop élevé) à chaque cycle de réplication du génome. Même s'il n'est pas parfait, sans quoi une grande partie de l'évolution n'aurait pas lieu, un système de réplication de l'ADN extrêmement fidèle s'est développé chez tous les organismes. I. Les modèles de réplication de l’ADN Plusieurs modèles de réplication de l'ADN ont été proposés. Nous verrons ici les trois principaux modèles de réplication proposés : Le modèle conservatif: la molécule de départ est une molécule d’ADN bicaténaire qui va servir de modèle pour la synthèse d'une nouvelle molécule. • A l'issue de la réplication, on aura les deux nouveaux brins qui s’associent et les brins parentaux se réassocient. • L’hélice originale est donc conservée. Le modèle dispersif: la molécule de départ va servir de modèle mais va se disperser dans les molécules filles voir donc disparaître. • C’est-à-dire que les brins parentaux sont répartis entre les deux nouvelles doubles-hélices après réplication. • Par conséquent, chaque brin contient à la fois de l’ADN parental et de l’ADN nouvellement synthétisé. Le modèle semi-conservatif : la molécule de départ va se scinder en 2, les brins parentaux vont se séparer et chaque brin parental va synthétiser un brin complémentaire. Les modèles de réplication de l’ADN Modèle conservatif 1ère réplication 2ème réplication Modèle dispersif 1ère réplication 2ème réplication Modèle semi- conservatif 1ère réplication 2ème réplication 27/11/2018 17 Expérience de Meselson et Stahl (1958) En 1958, Matthew Meselson et Franklin Stahl publièrent les résultats d’une expérience apportant des arguments forts en faveur de la réplication semi-conservative comme mode de production de nouvelles molécules d’ADN chez les bactéries. Ils ont cultivé des bactéries de type Escherichia coli sur un milieu ayant pour unique source azotée du 15NH4Cl (Chlorure d’ammonium) pendant 14 générations pour s'assurer que tout l'ADN contiendra l'azote lourd (15N). Après, ils ont transféré Escherichia coli dans un milieu contenant l'azote léger (14N) et ils ont fait des prélèvements observables à des intervalles de temps correspondant à l'intervalle de génération. Le prélèvement d’ADN a été extrait puis centrifugé pour comparer les résultats. Temps Observations T =0 ADN 100% azote lourd T =50 ADN 100% intermédiaire (hybride) T =100 2 types d'ADN: 50% ADN hybride et 50% ADN léger T =150 2 types d'ADN: 25% ADN hybride et 75% ADN léger 27/11/2018 20 Elles ont donc subi 2 cycles mitotiques. Au moment de la réplication, les deux chromatides se séparent et chacune va servir de modèle pour la synthèse d'une chromatide complémentaire (mode semi-conservatif). La réplication se fait en plusieurs endroits à la fois sur le chromosome. Si on place un chromosome en cours de réplication pendant un temps très court dans un milieu contenant des précurseurs d'ADN radioactifs, on s'aperçoit que la radioactivité se manifeste par plusieurs points du chromosome. La réplication se passe dans plusieurs points au même moment. Les expériences de Meselson-Stahl et de Taylor, Woods et Hughes ont conduit à l’acceptation du mode de réplication semi-conservatif de l’ADN. Par la suite, des études sur d’autres organismes ont conduit à la même conclusion, soutenant fortement le modèle de la double hélice d’ADN proposé par Watson et Crick. 21 1 2 II. Mécanisme de réplication de l'ADN 1) Aspect général La réplication se fait dans le sens 5' => 3', de façon complémentaire, selon les règles d'appariement : A-T / G-C, selon un mode antiparallèle. Ce processus fait intervenir une enzyme de polymérisation nucléotidique qui est la polymérase d'ADN (ou ADN polymérase). La polymérase d'ADN (ou ADN polymérase) a besoin des composés suivant pour synthétiser une chaîne d'ADN : 27/11/2018 21 Les quatre désoxyribonucléosides 5'-triphosphate (dATP, dGTP, dTTP, dCTP) et du Mg2+. Les substrats de cette enzyme sont des désoxyribonucléosides triphosphates . La polymérase d'ADN (ou ADN polymérase) ajoute des désoxyribonucléotides à l'extrémité 3'OH d'une amorce. Il faut une matrice d'ADN. La synthèse de l’ADN a lieu au niveau d’une fourche de réplication. Elle débute à partir d’une origine de réplication unique chez la plupart des bactéries, des bactériophages et virus alors qu’il existe de multiples origines de réplication par chromosome chez les eucaryotes. La réplication est le plus souvent bidirectionnelle. Elle a lieu le long de la molécule d’ADN dans les deux sens opposés formant ainsi deux fourches de réplication. Selon que l'ADN est circulaire ou linéaire, le processus de réplication n'est pas le même. La réplication démarre à l'intérieur de la molécule d'ADN en un point appelé origine de réplication puis se poursuit dans les deux directions en copiant les deux brins à chaque fourche. Chaque origine de réplication engendre deux fourches de réplication. Dans un chromosome circulaire (chez les bactéries et certains virus), une origine est souvent suffisante et les deux fourches qui en partent se confondent du coté opposé du cercle pour finir la réplication. 2) La réplication est bidirectionnelle ADN Les longs chromosomes eucaryotes comportent un grand nombre d'origines : les deux fourches parties d'une origine donnée progressent jusqu'à rencontrer les fourches parties d'origine voisines. La multiplicité des origines de réplication fait que la duplication de l'ADN eucaryote s'avère globalement plus rapide que celle de l'ADN procaryote bien que la vitesse de déplacement de la fourche de réplication soit plus lente. 27/11/2018 22 L'origine de réplication chez E. coli est appelée OriC. Le locus OriC fait 245 paires de bases. Cette séquence contient en tandem : trois séquences nucléotidiques presque identiques de 13 nucléotidiques chacune. quatre sites de liaison comportant un motif de 9 paires de bases pour une protéine appelée dnaA. 3) Réplication chez les procaryotes 1. Les étapes de la réplication a) Initiation de la réplication Plusieurs protéines dnaA vont s'associer avec l'ADN à l'origine de réplication et vont initier la réplication en dissociant les brins. Cette étape consomme de l'ATP. Reconnaissance de l'origine de réplication. Ouverture de la chaîne par les hélicases. Synthèse de l'amorce par une primase. Puis vient se fixer la protéine DnaB qui est une ADN hélicase dont le rôle est de catalyser le déroulement de la double hélice d'ADN en présence d'ATP, ce qui détermine la future fourche de réplication. La protéine SSB (Single-Strand-binding protein) qui s'attache aux sites détordus mais non encore copiés de l'hélice, préviendrait les enchevêtrements et rendrait la matrice accessible à la réplication. Elle se dissocie facilement pour laisser passer la polymérase. Le déroulement de l'ADN est également assuré par une topoisomérase, l'ADN Gyrase qui introduit des supertours négatifs. 27/11/2018 25 5’ 3’ Synthèse concertée des deux brins d'ADN La même ADN polymérase III ajoute des nucléotides aux points de croissance tant du brin avancé que du brin retardé de façon concerté. Le brin parental, matrice du brin retardé, formerait une boucle autour de la polymérase d'ADN (ou ADN polymérase) III. Il se produirait ainsi une inversion de sens de brin retardé si bien que l'addition de nucléotides en 3' dans le sens 5' => 3' pourrait se faire simultanément sur les deux brins. 3’ 5’ 5’ Elle nécessite également des mécanismes enzymatiques, mais ces mécanismes sont encore mal connus. Cette phase correspond à l’arrêt de la réplication lorsque deux fourches de réplication se rencontrent ou lorsqu’une fourche rencontre un signal de terminaison de la réplication (sites de terminaison TER où se fixe une protéine Tus qui met fin à la réplication). c) Terminaison de la réplication On a purifié 3 ADN polymérases chez E. coli L'ADN polymérase I a 3 fonctions : une fonction de polymérisation 5' => 3' pour remplacement des amorces d'ARN par un brin d'ADN et le remplissage des lacunes au cours de la réparation de l'ADN. une fonction exonucléase 5' => 3' qui va éliminer les amorces d'ARN d) Les ADN polymérases une fonction exonucléase 3' => 5' qui va élimine les nucléotides mal appariés et progresser en les remplaçant par des nucléotides corrects. Ainsi cela réduit la fréquence des erreurs à 1 par million. (= fonction d'édition). L'ADN polymérase II : n'est pas encore bien éclairci, mais pourrait intervenir dans la réparation de l'ADN lésée chimiquement. 27/11/2018 26 L'ADN polymérase III possède 2 fonctions : une fonction polymérase d'addition de nucléotides à l'extrémité 3'OH d'une chaîne nucléotidique. C'est cette enzyme qui fonctionne aux fourches de réplication. une fonction exonucléase 3' => 5' comme pour la polymérase d'ADN (ou ADN polymérase) I, ces enzymes sont douées d'une « fonction d'édition ». Topoisomérase 27/11/2018 27 4) Réplication chez les eucaryotes Les grands principes de la réplication sont les mêmes chez les eucaryotes que chez les bactéries. Cependant, l'organisation de l'ADN en chromatine (ADN et histones) conduit à un degré supérieur de complexité de la réplication dont toutes les étapes ne sont pas complètement élucidées. 1. Les ADN polymérases chez les eucaryotes Chez les mammifères les ADN polymérases, au nombre minimum de cinq sont nommées , , , et . Elles présentent une activité de polymérisation 5' => 3‘. La polymérase : 4 sous-unités différentes et pas d'activité exonucléase. La polymérase : 2 sous-unités, activité exonucléase 3' => 5‘. La polymérase : intervient exclusivement dans un mécanisme de réparation de certaines modifications de l'ADN. La polymérase : activité exonucléase. Les polymérases , , et sont nucléaires alors que la polymérase est mitochondriale. La télomère synthétase empêche les brins retardés de se raccourcir au cours de la réplication. Les chromosomes d'eucaryotes présentent à leur extrémité des séquences répétitives appelées télomères. La synthèse du brin avancé continue jusqu'au bout du brin matrice, puis le chromosome fils complètement répliqué se détache. 2. La télomère synthétase Tandis que le brin retardé n'est pas répliqué jusqu'au bout et fait donc appel à une transcriptase reverse modifiée : la télomérase synthétase capable d'allonger la matrice du brin retardé à partir du bout 3'OH. Cette enzyme contient un site catalytique qui ajoute des dNTP et de l'ARN qui joue le rôle de matrice. 27/11/2018 30 Elles correspondent à une altération non décelable par les moyens habituels d'observation des chromosomes. Les ADN polymérases vérifient leurs copies. En effet, grâce à leur activité exonucléase 3' => 5' intégrée à la molécule ADN polymérase , lors de l'incorporation accidentelle d'une base incorrecte pendant la synthèse d'ADN, la polymérase s'arrête, excise le nucléotide en cause et reprend sa copie, maintenant présumée correcte. 2) Le mécanisme de réparation 1. La correction sur épreuves opérée par la polymérase d'ADN (ou ADN polymérase) répare les erreurs de copie Cette fonction de correction, appelée correction sur épreuves, est propre à presque toutes les ADN polymérases bactériennes. La polymérase animale d possède cette aptitude. Cette fonction est sans aucun doute indispensable à toutes les cellules pour les protéger de lésions génétiques importantes. Les mécanismes de réparation sont divers mais sont presque tous basés sur l'existence de deux copies de l'information génétique, une sur chaque chaîne de la double hélice d'ADN. Le mécanisme de base de la réparation de l'ADN est le mécanisme par excision-resynthèse et implique 3 étapes : la partie modifiée d'une chaîne d'ADN endommagée est reconnue et éliminée par des nucléases qui hydrolyse les liaisons phosphodiesters qui unissent les nucléotides endommagés. 2. Le mécanisme de base de la réparation de l'ADN La polymérase d'ADN (ou ADN polymérase) se fixe à l'extrémité 3'OH et comble la brèche en utilisant le brin matrice. La brèche est soudée par l'ADN ligase. 27/11/2018 31 L'information sur une petite portion d'ADN peut-être totalement perdue. Par exemple lors d'anomalie réplicative majeure et que le système de réparation d'excision-resynthèse est débordé. Il se produit alors une brèche appelée « lacune post- réplicative ». Réparation par liaison non homologue des extrémités Réparation par ligation entre les extrémités de chacun des brins. 3. Réparations des lésions simultanées des deux brins Cette réparation ne restitue pas la séquence parentale mais est assez fréquente chez les eucaryotes sans pour autant entraîner de modifications majeures au niveau du phénotype. En effet, un faible pourcentage du génome porte l'information pour l'expression des protéines. Réparation par recombinaison homologue Ce mécanisme a surtout été décrit chez les procaryotes mais existe aussi chez les eucaryotes. Ce mécanisme tire profit de l'existence d'un deuxième chromosome contenant une molécule d'ADN intacte qui peut-être utilisé pour réparer l'altération. Il y aura échange entre deux segments homologues d'ADN (le second brin parental et le premier brin fils par exemple). La recombinaison homologue va produire une nouvelle lacune sur le second brin parentale. Chez la bactérie, ce mécanisme de recombinaison homologue est assuré par la protéine Rec A. Il faut ensuite l'intervention des enzymes d'excision- resynthèse pour éliminer l'anomalie sur un brin et combler la brèche sur l'autre. 27/11/2018 32 4. Réparation et cycle cellulaire Des mécanismes arrêtent le cycle cellulaire, le temps qu'interviennent les mécanismes de réparation, afin d'éviter la réplication d'un DNA endommagé. Le taux de p53 augmente lorsque l'ADN est endommagé. p53 peut stimuler la synthèse de p21. p21 inhibe la kinase Cdk2 ce qui provoque un arrêt du cycle cellulaire en bloquant le passage G1 à S. p53 peut stimuler la réparation ou conduire la cellule à l'apoptose. F) Les éléments d'ADN mobiles Dans tout le génome on retrouve des éléments instables ou mobiles aussi bien chez les procaryotes que chez les eucaryotes. 1) Les éléments d'ADN mobiles chez les procaryotes Chez des procaryotes tels que E.coli on retrouve des éléments d'ADN mobiles appelés séquences d'insertion (élément IS) et des transposons plus long que les éléments IS et sont pourvus en plus des gènes nécessaires à la transposition, des gènes codant pour des protéines. Beaucoup de transposons contiennent un gène de résistance à un antibiotique. 1. Les séquences d'insertion (IS) Les séquences d'insertion (IS) sont insérées à l'intérieur du gène et inactivent le gène. Quand ils quittent le gène, celui-ci recouvre sa fonction. Une des caractéristiques des éléments SI est que leur bout est une répétition inversée de l'autre bout.