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# Le support de l’information génétique et ses propriétés Voici une synthèse détaillée sur "Le support de l'information génétique et ses propriétés", conçue pour un guide d'étude exam-ready. ## 1. Le support de l’information génétique et ses propriétés L'ADN (acide désoxyribonucléique) est la molécule universelle qui porte l'information génétique, structurée en génomes dont l'organisation varie considérablement entre les procaryotes et les eucaryotes [11](#page=11). ### 1.1 L'ADN : support de l'information génétique #### 1.1.1 Découverte de l'ADN L'ADN a été découvert en 1869 par Johan Frierich Miescher. Bien que la théorie de l'hérédité ait été établie par Mendel auparavant, le lien entre l'hérédité et l'ADN n'a été pleinement compris que plus tard. À la fin du 19ème siècle, on pensait que les protéines portaient l'information génétique car l'ADN semblait trop simple. Les expériences de transformation bactérienne de Fred Griffith en 1928 ont suggéré l'existence d'un "facteur transformant". Oswald Avery et ses collaborateurs ont démontré en 1944 que ce facteur était l'ADN. L'élucidation de la structure en double hélice de l'ADN par Watson et Crick au début des années 1950 a confirmé définitivement que l'ADN est le support de l'hérédité [12](#page=12). #### 1.1.2 Structure de l'ADN La structure de l'ADN est abordée dans les prérequis MADOC. Il s'agit d'une double hélice composée de nucléotides, dont la séquence spécifique porte l'information génétique [13](#page=13). #### 1.1.3 Caractéristiques essentielles de l'information génétique L'information génétique est contenue dans les gènes, qui sont transcrits en ARN. L'ARN peut être codant (traduit en protéines) ou non codant (comme les ARN ribosomiques et de transfert). L'ADN est organisé en chromosomes. La transmission de cette information est assurée par la réplication, qui assure la conservation de l'information génétique, bien que celle-ci puisse être altérée par la recombinaison ou les mutations, conduisant à l'évolution des espèces. L'expression de l'information génétique se fait par transcription et traduction [14](#page=14). ### 1.2 Universalité de l'ADN comme support de l'information génétique Chez la majorité des organismes vivants, le support de l'information génétique est l'ADN, généralement sous forme de double brin [16](#page=16). #### 1.2.1 Localisation des génomes * **Procaryotes:** L'ADN est libre dans le cytoplasme, souvent ancré à la membrane plasmique, dans une région appelée nucléoïde. Des petites molécules d'ADN double brin circulaires, appelées plasmides, peuvent également être présentes; elles portent des gènes supplémentaires non essentiels qui confèrent un avantage, comme la résistance aux antibiotiques, et sont transmissibles entre bactéries [21](#page=21) [23](#page=23). * **Eucaryotes:** Le génome principal est situé dans le noyau, organisé en chromosomes formés d'ADN associé à des histones. Les eucaryotes photosynthétiques possèdent également de l'ADN dans les chloroplastes, et tous les eucaryotes ont de l'ADN mitochondrial [21](#page=21) [23](#page=23). #### 1.2.2 Nombre et forme des chromosomes Le nombre et la forme des chromosomes varient considérablement entre les espèces. Les procaryotes ont généralement un seul chromosome circulaire (ex: E. coli), tandis que les eucaryotes ont plusieurs chromosomes linéaires, souvent diploïdes (deux copies de chaque chromosome). Il n'y a pas de corrélation directe entre le nombre de chromosomes et la complexité de l'organisme [24](#page=24) [25](#page=25). #### 1.2.3 Taille des génomes La taille des génomes, mesurée en paires de bases (souvent en méga paires de bases, Mb), varie énormément. La corrélation entre la taille du génome et la complexité de l'organisme est imparfaite. Le nombre de gènes et, surtout, la densité génique (nombre de gènes par unité de taille) sont de meilleurs indicateurs de la complexité. Les génomes eucaryotes ont tendance à être beaucoup plus grands que les génomes procaryotes et présentent une proportion significative d'ADN non codant, souvent sous forme d'introns et de séquences intergéniques [24](#page=24) [26](#page=26) [27](#page=27). #### 1.2.4 Comparaison de séquences de génomes La comparaison de portions de génomes, comme 50 kilobases (kb), révèle des différences majeures dans l'organisation, notamment la présence de gènes morcelés (avec introns) chez les eucaryotes, contrairement aux procaryotes où les gènes sont généralement non morcelés. Les eucaryotes présentent également une abondance de séquences répétées, comme les éléments transposables et les rétrotansposons, qui sont moins présents ou organisés différemment chez les procaryotes [27](#page=27) [29](#page=29). ### 1.3 Le génome procaryote : exemple d'E. coli Le génome d'Escherichia coli (E. coli) est un exemple typique de génome procaryote [29](#page=29). * **Taille et organisation:** Le génome d'E. coli K12 mesure environ 4,6 millions de paires de bases (Mb) et contient environ 4400 gènes identifiés. Il est caractérisé par une grande compacité, avec très peu d'ADN non codant (environ 11%) et peu d'espace entre les gènes [29](#page=29). * **Gènes non morcelés:** Les gènes d'E. coli ne contiennent pas d'introns [29](#page=29). * **Opérons:** Les gènes sont souvent organisés en opérons, des unités transcrites ensemble. E. coli possède environ 600 opérons [29](#page=29). * **ADN non codant:** La majorité des séquences non codantes sont impliquées dans la régulation transcriptionnelle, et il y a quelques séquences répétées, comme les séquences d'insertion (IS) [29](#page=29). #### 1.3.1 Éléments transposables chez E. coli Les éléments transposables, ou transposons, sont des séquences d'ADN capables de se déplacer de manière autonome dans le génome [30](#page=30). * **Découverte:** Découverts par Barbara McClintock dans les années 1940 chez le maïs [30](#page=30). * **Rôle:** Ils jouent un rôle fondamental dans l'évolution et la plasticité des génomes, contribuant à la variabilité génétique. Ils peuvent avoir un effet mutagène s'ils s'insèrent dans une séquence codante [30](#page=30). * **Mécanismes de transposition :** Deux mécanismes principaux existent : * **Transposition conservative (couper/coller):** Implique une transposase [31](#page=31) [33](#page=33) [34](#page=34). * **Transposition réplicative (copier/coller):** Implique une transposase et une résolvase [31](#page=31) [34](#page=34). * **Structures des éléments mobiles :** * **Séquence d'insertion (IS):** Contient des gènes codant la transposase et des répétitions terminales inversées (ITR) [32](#page=32) [33](#page=33). * **Transposon composite:** Composé de deux éléments IS encadrant un ou plusieurs gènes [33](#page=33) [34](#page=34). * **Transposon de type Tn3:** Possède des gènes codant la transposase et la résolvase, mais pas d'IS [34](#page=34). ### 1.4 Génome eucaryote : exemple du génome humain Le génome eucaryote, illustré par le génome humain, présente une organisation beaucoup plus complexe que celui des procaryotes [36](#page=36). #### 1.4.1 Les chromosomes et le caryotype * **Structure:** Les chromosomes eucaryotes, visibles lors de la division cellulaire en métaphase, sont des structures hautement condensées de chromatine. Un chromosome en métaphase, après réplication et avant séparation, est constitué de deux chromatides sœurs attachées par le centromère [37](#page=37). * **Classification:** Les chromosomes sont classés selon leur taille et leur index centromérique (rapport entre la taille du bras court et du bras long) en métacentriques, submétacentriques et acrocentriques [38](#page=38). * **Nomenclature des locus:** La localisation précise d'un gène sur un chromosome est appelée locus. Elle est décrite par le numéro du chromosome, le bras (p pour court, q pour long), et une série de chiffres et de lettres indiquant la région, la bande et la sous-bande [40](#page=40). * **Hétérochromatine:** L'hétérochromatine constitutive est très compacte, peu transcrite, et joue un rôle structurel. Elle comprend les régions des rDNA (unités de transcription des ARN ribosomiques), les centromères (essentiels à la ségrégation des chromosomes) et les télomères (extrémités des chromosomes composées de répétitions TTAGGG) [39](#page=39). #### 1.4.2 Organisation du génome eucaryote Le génome eucaryote est composé de gènes (uniques, familles de gènes, gènes répétés) et de nombreuses séquences non codantes [42](#page=42). * **Les gènes :** * **Gènes uniques:** Représentent 25 à 50% des gènes chez les organismes pluricellulaires, présents en une seule copie (deux chez les diploïdes comme l'homme). Exemple: le gène du lysozyme chez la poule, qui comprend des exons et des introns [43](#page=43) [44](#page=44) [45](#page=45). * **Familles de gènes:** Formées par la duplication et la divergence d'un gène ancestral, elles codent pour des protéines similaires mais non identiques. Un exemple notable est la famille des gènes de la globine chez l'homme, située sur différents chromosomes, dont les différentes versions (alpha, bêta, gamma, etc.) sont exprimées à différents stades de développement [46](#page=46) [47](#page=47) [48](#page=48) [49](#page=49). * **Gènes répétés :** * **En cluster (en tandem):** Regroupés et répétés à la suite. Exemples: les gènes codant pour les histones, nécessaires en grande quantité dans les cellules eucaryotes, sont organisés en clusters répétés en tandem. Les gènes codant pour les ARN ribosomiques (ARNr 18S, 5.8S, 28S) sont aussi répétés en tandem et localisés sur les chromosomes acrocentriques. L'ARNr 5S est aussi répété en tandem, mais sur le chromosome 1 [45](#page=45) [51](#page=51) [52](#page=52) [53](#page=53). * **Dispersés:** Non regroupés et répartis dans le génome. Exemples: les gènes codant pour les ARN de transfert (ARNt) et les familles de gènes dispersés comme les actines et les tubulines [45](#page=45) [53](#page=53) [54](#page=54). * **Les pseudogènes et fragments de gènes :** * **Pseudogènes:** Séquences ressemblant à des gènes fonctionnels mais qui ne codent pas de protéines fonctionnelles en raison de mutations (ex: apparition de codons stop). Ils peuvent être des pseudogènes conventionnels ou modifiés (copies d'ARNm sans promoteur, sans introns) [50](#page=50) [56](#page=56) [57](#page=57). * **Fragments de gènes:** Vestiges de gènes tronqués ou incomplets résultant de duplications ou translocations partielles [58](#page=58). * **Les séquences intergéniques:** Représentent la majeure partie du génome eucaryote et sont considérées comme non codantes, bien qu'elles contiennent des éléments régulateurs. Elles incluent les séquences répétées [59](#page=59). * **Séquences répétées en tandem (ADN satellite) :** Constitués de courtes unités répétées des milliers de fois. * **Satellites:** Unités de 10 à 100 pb, organisées en blocs [61](#page=61) [62](#page=62). * **Minisatellites (VNTR):** Unités de 100 à 20 000 pb. Hypervariables en raison de la recombinaison inégale, elles sont utilisées pour l'empreinte génétique [62](#page=62) [63](#page=63) [64](#page=64). * **Microsatellites (STR):** Unités de 1 à 6 pb, généralement moins de 150 pb. La variabilité provient de glissements lors de la réplication [62](#page=62) [63](#page=63). Les mini- et microsatellites sont généralement localisés au même endroit chez tous les individus, mais leur longueur (nombre de répétitions) varie, permettant d'établir un profil unique pour chaque individu (empreinte génétique). Ils sont souvent localisés près des télomères et des centromères [63](#page=63) [64](#page=64). * **Séquences répétées dispersées :** Ce sont des éléments mobiles qui peuvent se déplacer dans le génome. * **Transposons (éléments transposables de classe II):** Existent chez les procaryotes et les eucaryotes. Chez les eucaryotes, ils ont des caractéristiques propres (promoteur eucaryote, introns). Les modes de transposition sont conservative (couper/coller) et réplicative (copier/coller). Exemples: élément P chez la drosophile, Tn10, Tn5 [65](#page=65) [66](#page=66). * **Rétrotransposons (éléments transposables de classe I):** Trouvés uniquement chez les eucaryotes et plus fréquents que les transposons ADN. Ils se transposent sous forme d'ARN et présentent des similitudes avec les rétrovirus. Leur déplacement nécessite une transcription ADN -> ARN, puis une rétrotranscription ARN -> ADNc [65](#page=65) [67](#page=67) [68](#page=68). * **Type I (avec LTR):** Ressemblent aux rétrovirus (ex: Copia chez la drosophile) [68](#page=68) [69](#page=69). * **Type II (sans LTR):** Incluent les LINE (Long Interspersed Nuclear Elements) et les SINE (Short Interspersed Nuclear Elements). Les LINE codent souvent pour une transcriptase inverse, tandis que les SINE empruntent celle produite par d'autres éléments. Exemples: LINE-1 chez l'homme, séquences Alu (très abondantes) [68](#page=68) [70](#page=70). --- # La transmission du message génétique : la réplication La réplication de l'ADN est le processus fondamental par lequel une molécule d'ADN double brin est dupliquée pour produire deux copies identiques, assurant ainsi la transmission fidèle de l'information génétique lors de la division cellulaire. ### 1. Preuve expérimentale de la réplication semi-conservative L'expérience de Meselson-Stahl a démontré que la réplication de l'ADN est semi-conservative. Cette hypothèse stipule que chaque nouvelle molécule d'ADN est composée d'un brin parental et d'un brin nouvellement synthétisé [73](#page=73) [81](#page=81). #### 1.1. L'expérience de Meselson-Stahl Cette expérience a utilisé des cultures de bactéries *E. coli* dans des milieux enrichis en azote lourd (¹⁵N) puis en azote léger (¹⁴N) pour suivre la distribution de l'azote dans les molécules d'ADN après plusieurs cycles de division. En analysant l'ADN par centrifugation en gradient de densité, ils ont observé qu'après une division, l'ADN était d'une densité intermédiaire, et après deux divisions, moitié était légère et moitié intermédiaire, ce qui correspond au modèle semi-conservatif [74](#page=74) [75](#page=75) [76](#page=76) [78](#page=78) [80](#page=80). ### 2. La réplication chez les procaryotes Chez les procaryotes, la réplication de l'ADN est un processus rapide et efficace, caractérisé par une seule origine de réplication et une terminaison spécifique [83](#page=83). #### 2.1. L'initiation L'initiation débute à une origine de réplication unique, nommée OriC, qui contient des séquences consensus riches en A-T. La protéine DnaA se lie à ces séquences, entraînant l'ouverture de la double hélice d'ADN. Ce processus est facilité par la protéine HU et nécessite de l'ATP. L'hélicase DnaB est ensuite recrutée pour dérouler davantage l'ADN. Des protéines SSB (Single-Strand Binding proteins) stabilisent les brins simples exposés, et la gyrase aide à soulager la tension topologique. La primase (DnaG) synthétise ensuite une amorce d'ARN nécessaire au démarrage de la synthèse de l'ADN par les ADN polymérases [83](#page=83) [84](#page=84) [85](#page=85) [86](#page=86) [87](#page=87) [88](#page=88). #### 2.2. L'élongation L'élongation est la phase de synthèse de nouvelles chaînes d'ADN. Elle est principalement assurée par l'ADN polymérase III chez *E. coli*. Pour que la synthèse d'ADN soit possible, plusieurs éléments sont nécessaires: une matrice d'ADN, des amorces (souvent d'ARN), les quatre désoxyribonucléotides triphosphates (dATP, dGTP, dCTP, dTTP), et des ions magnésium ($Mg^{2+}$). La polymérisation se fait toujours dans le sens $5'$ vers $3'$ du brin en cours de synthèse [90](#page=90) [94](#page=94) [95](#page=95). ##### 2.2.1. Les ADN polymérases chez les procaryotes Chez *E. coli*, l'ADN polymérase III est la principale enzyme de réplication, responsable de l'élongation. L'ADN polymérase I intervient également, notamment dans le remplacement des amorces d'ARN par de l'ADN et dans la réparation. L'ADN polymérase II est impliquée dans la réparation de l'ADN [90](#page=90) [98](#page=98). ##### 2.2.2. Les étapes de la réplication à la fourche de réplication La réplication est bidirectionnelle, se déroulant simultanément à partir de l'origine dans deux directions opposées, formant des fourches de réplication [83](#page=83) [96](#page=96). * **Brin précoce (leader)**: Synthétisé de manière continue, dans le sens de l'ouverture de la fourche de réplication [97](#page=97). * **Brin tardif (lagging)**: Synthétisé de manière discontinue sous forme de fragments d'Okazaki, car la synthèse se fait à contresens de l'ouverture de la fourche. Chaque fragment nécessite une amorce d'ARN [97](#page=97). ##### 2.2.3. La résolution des fragments d'Okazaki Après la synthèse des fragments d'Okazaki, l'amorce d'ARN doit être retirée et remplacée par de l'ADN. L'ADN polymérase I utilise son activité exonucléasique $5' \to 3'$ pour dégrader l'amorce d'ARN et son activité polymérasique $5' \to 3'$ pour synthétiser de l'ADN à sa place. Enfin, une ligase lie les fragments d'ADN nouvellement synthétisés pour former une chaîne continue [98](#page=98) [99](#page=99). ##### 2.2.4. Remplacement des amorces ARN Dans le cas du brin précoce (synthèse continue) et des fragments d'Okazaki sur le brin tardif, les amorces d'ARN sont remplacées par de l'ADN par l'ADN polymérase I, suivie d'une ligation [100](#page=100) [98](#page=98) [99](#page=99). ##### 2.2.5. Les deux fourches de réplication La réplication chez *E. coli* implique deux fourches de réplication se déplaçant en sens opposés à partir de l'origine OriC [83](#page=83). ##### 2.2.6. Fonctionnement de l'ADN polymérase III L'ADN polymérase III agit comme un dimère, capable de synthétiser à la fois le brin précoce et le brin tardif, assurant ainsi la réplication continue des deux brins . #### 2.3. La terminaison La terminaison de la réplication chez les procaryotes se produit dans une région spécifique contenant des séquences de terminaison (Ter). La protéine Tus se lie à ces séquences et peut bloquer la progression des fourches de réplication dans une direction spécifique, empêchant ainsi une sur-réplication . #### 2.4. Erreurs et correction lors de la réplication La fidélité de la duplication de l'ADN est cruciale pour la survie de l'organisme . ##### 2.4.1. Activité d'édition des ADN polymérases Les ADN polymérases I et III possèdent une activité exonucléasique $3' \to 5'$ (proofreading) qui corrige les erreurs de polymérisation, réduisant le taux d'erreur de $10^{-5}$ à $10^{-7}$. Après correction, une nouvelle synthèse est effectuée . ##### 2.4.2. Réparation des mésappariements (Mismatch Repair) Ce système intervient après la réplication pour corriger les erreurs résiduelles. Il implique les protéines MutS, MutL, et MutH. MutS détecte les mésappariements, MutL aide à l'identification du brin erroné, et MutH coupe le brin néosynthétisé au niveau des sites GATC non méthylés (la méthylation, assurée par le système Dam, distingue le brin parental du brin fils juste après la réplication). Le brin erroné est ensuite excisé par une exonucléase, la brèche comblée par une ADN polymérase, et les fragments ligaturés par une ligase. Ces mécanismes portent le taux d'erreur final de la réplication à $10^{-8}$ à $10^{-10}$ bases par . ### 3. Particularités de la réplication chez les eucaryotes La réplication chez les eucaryotes présente plusieurs différences par rapport aux procaryotes, principalement dues à la taille du génome et à la structure de la chromatine . #### 3.1. L'initiation Les chromosomes eucaryotes sont beaucoup plus longs et possèdent de multiples origines de réplication. L'initiation est strictement régulée et se déroule en deux phases : * **"Licensing" (pré-activation)**: Pendant la phase G1 du cycle cellulaire, les origines sont sélectionnées et préparées sous forme de complexe pré-RC (pré-Replication Complex) comprenant Orc, cdc6, cdt1, et MCM . * **"Firing" (activation)**: Lors de la transition G1/S, le pré-RC est activé, recrutant d'autres facteurs pour former le complexe de pré-initiation (Pré-IC), entraînant l'ouverture de l'ADN et le recrutement des protéines de la réplication . #### 3.2. Les acteurs de la réplication Les eucaryotes possèdent plusieurs ADN polymérases impliquées dans la réplication : * **ADN Pol $\alpha$/primase**: Synthèse de l'amorce ARN-ADN . * **ADN Pol $\epsilon$**: Allongement du brin précoce . * **ADN Pol $\delta$**: Allongement du brin tardif et réparation . * **ADN Pol $\gamma$**: Réplication de l'ADN mitochondrial . * **ADN Pol $\beta$**: Réparation de l'ADN . D'autres protéines essentielles incluent RPA (recouvre l'ADN simple brin), PCNA (la "pince à coulisse" qui maintient l'ADN polymérase sur la matrice), et RFC (chargeur de PCNA). La maturation des fragments d'Okazaki implique des ribonucléases (Ribonucléase H, FEN1) et une ligase . #### 3.3. Le déroulement de l'hélice est complexe L'ADN chez les eucaryotes est associé à des histones, formant la chromatine. Le déroulement de l'hélice d'ADN doit surmonter la structure des nucléosomes, ce qui rend le processus de réplication plus complexe que chez les procaryotes . #### 3.4. Le problème des télomères Les extrémités des chromosomes eucaryotes, appelées télomères, sont constituées de séquences répétées qui ne sont pas complètement copiées lors de la réplication du brin tardif. Ceci conduit à un raccourcissement des télomères à chaque division cellulaire. La télomérase, une ADN polymérase ADN-indépendante, est capable d'allonger ces extrémités pour compenser le raccourcissement. Ce mécanisme est essentiel pour la division des cellules germinales et des cellules cancéreuses, tandis que son absence dans la plupart des cellules somatiques humaines contribue à la sénescence cellulaire . #### 3.5. Réparation des erreurs Les eucaryotes possèdent des mécanismes de réparation des mésappariements similaires à ceux des procaryotes, impliquant des protéines homologues comme les protéines MSH (équivalent de MutS) et MLH/PMS (équivalent de MutL). Cependant, il y a des différences notables, notamment l'absence d'une protéine équivalente à MutH et du système de méthylation pour distinguer le brin parental du brin fils . #### 3.6. Dommages à l'ADN en dehors de la réplication L'ADN cellulaire peut être endommagé par divers agents (UV, pesticides, etc.). Des mécanismes de réparation complexes existent chez les eucaryotes pour réparer ces dommages. Le dysfonctionnement de ces mécanismes peut entraîner des pathologies, comme le Xeroderma pigmentosum, une maladie génétique causant une hypersensibilité aux UV et une forte incidence de cancers de la peau. Ces mécanismes de réparation sont également la cible de certaines chimiothérapies . --- # Structure des gènes et expression du message génétique chez E. coli Ce chapitre détaille le processus d'expression du message génétique chez E. coli, en se concentrant sur la transcription et la traduction, deux étapes fondamentales du dogme central de la biologie moléculaire . ### 3.1 Le dogme central de la biologie moléculaire Le dogme central, proposé par Francis Crick en 1956, décrit le flux d'information génétique de l'ADN vers l'ARN, puis vers les protéines. Chez les procaryotes comme E. coli, ce processus est particulièrement efficace en raison de l'absence de compartiment nucléaire, permettant la transcription et la traduction de se dérouler simultanément dans le cytosol . ### 3.2 La transcription La transcription est le processus de synthèse d'un ARN à partir d'une matrice d'ADN, catalysée par l'ARN polymérase. Chez E. coli, une seule enzyme, l'ARN polymérase, est responsable de cette tâche . #### 3.2.1 L’ARN polymérase d’E. coli L'ARN polymérase est un complexe enzymatique d'environ 500 kDa, composé de six sous-unités: $\alpha_2 \beta \beta' \omega$ . * La sous-unité $\omega$ participe à l'assemblage et à la stabilité de l'enzyme . * Les sous-unités $\alpha$ sont impliquées dans la synthèse de l'ARN et l'association non spécifique au promoteur . * Les sous-unités $\beta$ et $\beta'$ sont essentielles à l'activité polymérasique et à la synthèse de l'ARN . Pour reconnaître spécifiquement les régions promotrices, l'enzyme cœur ($\alpha_2 \beta \beta' \omega$) s'associe à un facteur sigma ($\sigma$) pour former l'holoenzyme ($\alpha_2 \beta \beta' \omega \sigma$). Le facteur $\sigma^{70}$ est le plus prédominant chez E. coli et reconnaît une classe de promoteurs partageant des caractéristiques communes . #### 3.2.2 Structure du gène procaryote Un gène procaryote est délimité par un promoteur en amont et un terminateur en aval . * **Promoteur**: Région d'ADN où l'ARN polymérase se fixe pour initier la transcription . * **Séquence codante**: Région de l'ADN qui sera transcrite en ARN messager et ensuite traduite en polypeptide. Elle contient le codon initiateur (souvent AUG) et le codon stop . * **UTR (UnTranslated Region)**: Régions non traduites situées en 5' et 3' de la séquence codante sur l'ARNm . * **Terminateur**: Séquence d'ADN qui signale la fin de la transcription . #### 3.2.3 Structure du promoteur d’E. coli Les promoteurs chez E. coli, reconnus par le facteur $\sigma^{70}$, possèdent des séquences consensus . * **Région -10 (Pribnow box)**: Séquence de 6 nucléotides, typiquement TATAAT, située environ 10 paires de bases en amont du site d'initiation (+1) . * **Région -35**: Séquence de 6 nucléotides, typiquement TTGACA, située environ 35 paires de bases en amont du site d'initiation (+1) . * La distance entre ces deux régions est cruciale pour une transcription efficace . L'expression de certains gènes peut être régulée par des protéines régulatrices (activateurs ou répresseurs) qui se fixent sur des séquences opératrices, souvent situées à proximité du promoteur . #### 3.2.4 Les étapes de la transcription La transcription se déroule en trois phases: initiation, élongation et terminaison . ##### 3.2.4.1 L’initiation de la transcription 1. **Reconnaissance et fixation du promoteur**: L'holoenzyme ARN polymérase se lie au promoteur. Cela forme un complexe binaire fermé . 2. **Ouverture de l'ADN**: L'ARN polymérase induit un changement conformationnel qui ouvre la double hélice d'ADN au niveau de la région -10, riche en A-T, formant un complexe binaire ouvert. Une bulle de transcription se crée . 3. **Premières synthèses d'ARN**: L'enzyme commence à synthétiser de courts ARN (jusqu'à 10 nucléotides), souvent de manière avortée . 4. **Passage à l'élongation**: Une fois qu'un transcrit d'ARN d'environ 10 nucléotides est synthétisé avec succès, le facteur sigma se dissocie de l'enzyme, et l'enzyme cœur peut initier la phase d'élongation . ##### 3.2.4.2 L’élongation L'enzyme cœur de l'ARN polymérase se déplace le long du brin matrice d'ADN, synthétisant l'ARN dans le sens $5' \rightarrow 3'$. Le taux d'élongation est d'environ 40 nucléotides par seconde. Une dizaine de nucléotides restent hybridés à l'ADN pendant la transcription. Des protéines comme le dimère NusA, et plus tard Nus B, E, et G, se fixent à l'enzyme cœur et jouent un rôle dans la processivité et la terminaison . ##### 3.2.4.3 La terminaison La transcription s'arrête au niveau de régions appelées terminateurs. Il existe deux mécanismes principaux : * **Terminaison Rho indépendante**: Ces terminateurs contiennent des séquences palindromiques riches en GC suivies d'une séquence riche en A. La structure en épingle à cheveux formée dans l'ARN arrête ou ralentit l'ARN polymérase. La région riche en A forme un hybride ADN-ARN peu stable, facilitant le décrochage de l'ARN et la dissociation du complexe transcriptionnel . * **Terminaison Rho dépendante**: Ce mécanisme fait intervenir la protéine Rho, un hexamère à activité ATPasique. Rho se lie à un site spécifique sur l'ARN (rut) et utilise l'énergie de l'hydrolyse de l'ATP pour se déplacer le long de l'ARN. Rho rattrape l'ARN polymérase lorsqu'elle est ralentie par des structures secondaires (séquences palindromiques) dans l'ARN, provoquant la dissociation du complexe . ### 3.3 La traduction La traduction est le processus par lequel l'information portée par l'ARNm est utilisée pour synthétiser une protéine. Elle implique plusieurs composants clés: ARNm, ARNt, aminoacyl-ARNt synthétases et ribosomes . #### 3.3.1 ARNm - Cadre de lecture et code génétique L'ARNm porte la séquence codante sous forme de codons, des triplets de nucléotides . * **ORF (Open Reading Frame)**: Région codante de l'ARNm, composée de codons non chevauchants . * **Codon initiateur**: Généralement 5'-AUG-3', il marque le début de la traduction et spécifie la première méthionine (Met) ou N-formylméthionine (fMet) chez les procaryotes. Il définit le cadre de lecture . * **Codon stop**: UAA, UAG, ou UGA, ils signalent la terminaison de la synthèse protéique . **Code génétique**: Le code génétique établit la correspondance entre les 64 codons possibles (4 nucléotides$^3$) et les 20 acides aminés constituant les protéines . * 61 codons codent pour les 20 acides aminés. * 3 codons sont des codons stop . Le code génétique est **dégénéré**, signifiant que plusieurs codons peuvent spécifier le même acide aminé (sauf pour la méthionine et le tryptophane). Cette dégénérescence porte principalement sur la troisième base du codon . #### 3.3.2 Les ARNt (ARN de transfert) Les ARNt sont des molécules adaptatrices qui lient un acide aminé spécifique à un codon de l'ARNm grâce à leur anticodon . * Ils possèdent une structure secondaire en "feuille de trèfle" due à l'auto-complémentation de certaines régions . * Tous les ARNt possèdent une extrémité 3' avec la séquence 5'-CCA-3', site de liaison de l'acide aminé . * En raison de la dégénérescence du code génétique, il existe plusieurs ARNt pour un même acide aminé, appelés **ARNt isoaccepteurs**. Ils lient le même acide aminé mais présentent un anticodon différent . #### 3.3.3 Les Aminoacyl-ARNt synthétases et le chargement des ARNt Les aminoacyl-ARNt synthétases sont des enzymes essentielles qui catalysent la fixation de l'acide aminé approprié à son ARNt correspondant. Chaque enzyme reconnaît un seul acide aminé et tous les ARNt isoaccepteurs sur lesquels cet acide aminé peut se lier . Le chargement des acides aminés sur les ARNt, appelé acylation, se déroule en deux étapes : 1. **Activation de l'acide aminé**: L'acide aminé est adénylé par l'ATP, formant un complexe enzyme/acide aminé activé (Acide Aminé-AMP) . 2. **Transfert de l'acide aminé sur l'ARNt**: L'acide aminé activé est transféré sur l'extrémité 3' de l'ARNt, formant un aminoacyl-ARNt chargé et libérant de l'AMP . #### 3.3.4 Mutations non sens et souches suppressives Les mutations affectant les ARNt peuvent avoir des conséquences sur la traduction. Les **souches suppressives** sont des bactéries mutantes où un ARNt a une mutation au niveau de son anticodon. Si cet anticodon devient complémentaire d'un codon stop, il peut permettre la traduction de ce codon stop, empêchant ainsi la terminaison prématurée de la protéine. Par exemple, une mutation sur un ARNt de tyrosine peut faire en sorte qu'il reconnaisse le codon stop UAG (ambre) et le traduise en tyrosine. Ces mutations sont exploitées en laboratoire pour étudier des protéines d'intérêt . #### 3.3.5 Le ribosome et son recrutement Le ribosome est la machinerie moléculaire responsable de la synthèse protéique. Il est composé de deux sous-unités : * **Petite sous-unité (30S)**: Contient l'ARNr 16S (1540 nucléotides) et 21 protéines. L'ARNr 16S joue un rôle clé dans la reconnaissance de l'ARNm . * **Grande sous-unité (50S)**: Contient les ARNr 23S (2900 nucléotides) et 5S (120 nucléotides), ainsi que 32 protéines. Elle possède l'activité peptidyl transférase . L'ensemble forme un ribosome 70S chez les procaryotes . Pour que la traduction commence, le ribosome doit être recruté sur l'ARNm au bon endroit. Ceci est assuré par le **Site de Liaison des Ribosomes (RBS)**, aussi appelé séquence Shine-Dalgarno (SD), une courte séquence (3 à 9 nucléotides) située en amont du codon START. La séquence SD (souvent 5'-AGGAGGU-3') est complémentaire d'une séquence de l'ARNr 16S, permettant l'alignement du ribosome sur l'ORF . #### 3.3.6 Mécanisme de la traduction La traduction se déroule en trois phases: initiation, élongation et terminaison . ##### 3.3.6.1 Initiation L'initiation de la traduction implique : 1. **Recrutement du ribosome sur l'ARNm**: La petite sous-unité (30S) se lie à l'ARNm au niveau du RBS, facilitée par le facteur d'initiation IF3 . 2. **Positionnement de l'ARNt initiateur**: L'ARNt initiateur, chargé de N-formylméthionine (fMet), est apporté au complexe par le facteur IF2, et s'apparie avec le codon initiateur (AUG) dans le site P du ribosome . 3. **Formation du ribosome 70S**: La grande sous-unité (50S) se joint à la petite sous-unité, consommant de l'énergie (GTP $\rightarrow$ GDP + Pi), et libérant les facteurs d'initiation IF1, IF2, et IF3. Le ribosome complet est maintenant prêt pour l'élongation . * **NB sur la fMet**: Chez les procaryotes, la première méthionine est souvent formylée. La déformylase peut enlever le groupe formyle, et des aminopeptidases peuvent ensuite retirer la Met N-terminale . ##### 3.3.6.2 Élongation L'élongation est la synthèse de la chaîne peptidique et implique trois événements clés à chaque cycle : 1. **Arrivée d'un aminoacyl-ARNt**: Un nouvel aminoacyl-ARNt, correspondant au codon présent dans le site A du ribosome, est amené par le facteur d'élongation EF-Tu lié au GTP . 2. **Formation de la liaison peptidique**: L'activité peptidyl transférase de la grande sous-unité du ribosome catalyse la formation d'une liaison peptidique entre l'acide aminé du site A et la chaîne peptidique attachée à l'ARNt du site P. La chaîne polypeptidique est ainsi transférée sur l'ARNt du site A . 3. **Translocation**: Le ribosome se déplace de trois nucléotides le long de l'ARNm grâce au facteur d'élongation EF-G. L'ARNt porteur de la chaîne peptidique passe du site A au site P, et l'ARNt déchargé du site P migre vers le site E (vide) avant d'être éjecté. Le site A est alors libre pour l'arrivée d'un nouvel aminoacyl-ARNt. EF-Ts aide à régénérer EF-Tu lié au GTP . ##### 3.3.6.3 Inhibition de la traduction par des antibiotiques Certains antibiotiques inhibent la traduction en se liant spécifiquement aux ribosomes procaryotes. La puromycine, par exemple, ressemble à un aminoacyl-ARNt et est reconnue par le site A du ribosome. Elle peut se lier à la chaîne peptidique en cours de synthèse, entraînant une terminaison prématurée de la traduction . ##### 3.3.6.4 Terminaison La terminaison survient lorsqu'un codon stop (UAA, UAG, ou UGA) atteint le site A du ribosome. Il n'y a pas d'ARNt correspondant à ces codons. Au lieu de cela, des facteurs de libération (RF) reconnaissent les codons stop . * RF1 reconnaît UAA et UAG. * RF2 reconnaît UAA et UGA. * RF3 facilite la libération de RF1 et RF2 . Ces facteurs provoquent l'hydrolyse de la liaison entre le polypeptide et l'ARNt du site P, libérant la protéine synthétisée, le dernier ARNt, l'ARNm, et induisant la dissociation des sous-unités ribosomales. Ce processus permet le recyclage du ribosome . #### 3.3.7 Transcription et traduction sont quasiment simultanées chez E. coli Chez les procaryotes, en raison de l'absence de noyau, la traduction peut commencer sur un ARNm avant même que sa transcription ne soit terminée. Plusieurs ribosomes peuvent ainsi se fixer sur le même ARNm en cours de synthèse, formant des **polysomes**. Cette simultanéité maximise l'efficacité de l'expression génétique . --- # Régulation de l’expression génique chez les procaryotes La régulation de l'expression génique chez les procaryotes permet d'adapter la production de protéines aux besoins cellulaires, principalement au niveau transcriptionnel mais aussi traductionnel, en utilisant des structures génétiques organisées comme les opérons et divers mécanismes moléculaires . ### 4.1 Organisation des gènes en opérons Chez les procaryotes, les gènes impliqués dans une même voie métabolique ou une fonction physiologique similaire sont souvent regroupés en unités de transcription appelées opérons. Ces opérons peuvent être monocistroniques, codant pour une seule protéine, ou polycistroniques, où un seul ARNm porte plusieurs séquences codantes (ORFs ou cistrons), permettant la synthèse de plusieurs polypeptides. La traduction d'ARNm polycistroniques dépend de la présence de séquences Shine-Dalgarno (SD) associées à chaque ORF, bien que la proximité du codon stop d'une ORF et de l'AUG de la suivante puisse influencer l'efficacité de la traduction de la seconde ORF . ### 4.2 Régulation de l'expression génique La régulation de l'expression génique vise à moduler la quantité de protéines produites selon les besoins cellulaires, principalement au niveau transcriptionnel pour minimiser la dépense énergétique, mais aussi au niveau traductionnel pour une réponse plus rapide et précise . #### 4.2.1 Régulation traductionnelle La régulation traductionnelle intervient souvent au niveau de l'initiation de la traduction, par exemple en masquant la séquence Shine-Dalgarno (RBS) par des protéines régulatrices ou par le repliement de l'ARNm, empêchant ainsi la fixation de la sous-unité 30S du ribosome. Un exemple notable est la régulation des protéines ribosomiques. Leur synthèse est étroitement coordonnée avec celle des ARNr, et leur taux est modulé rapidement en fonction des conditions de croissance . ##### 4.2.1.1 Autorégulation des protéines ribosomiques Les protéines ribosomiques peuvent s'autoréguler en se liant à leur propre ARNm près de la séquence d'initiation de la traduction, provoquant un encombrement stérique qui empêche l'initiation. Ce mécanisme peut affecter la traduction de tous les ORFs de l'opéron s'il y a couplage entre eux ou si le repliement de l'ARNm rend les différentes séquences SD inaccessibles . ##### 4.2.1.2 Couplage avec la synthèse d'ARNr La synthèse des protéines ribosomiques est également couplée à la disponibilité des ARNr. En présence d'ARNr, les protéines ribosomiques régulatrices se lient préférentiellement à ceux-ci. En leur absence, ces protéines régulatrices se lient à l'ARNm et empêchent la traduction des protéines ribosomiques . #### 4.2.2 Régulation transcriptionnelle La régulation transcriptionnelle adapte la quantité d'ARN transcrits en fonction des besoins cellulaires et se concentre majoritairement sur l'initiation de la transcription . ##### 4.2.2.1 Facteurs sigma Les facteurs sigma sont des sous-unités de l'ARN polymérase qui jouent un rôle crucial dans la reconnaissance des promoteurs. Chez *E. coli*, le facteur majoritaire est Sigma 70 (s70), mais d'autres facteurs, tels que s32 (facteur de choc thermique) ou s54 (impliqué dans le métabolisme de l'azote), peuvent diriger l'ARN polymérase vers des ensembles spécifiques de gènes dans des conditions particulières. *B. subtilis* utilise également sA et sF (facteur de sporulation) . ##### 4.2.2.2 Types de promoteurs et leur régulation La force d'un promoteur dépend de sa séquence et de son affinité pour l'ARN polymérase holoenzyme, influençant l'efficacité de la transcription. Les promoteurs sont classifiés selon l'étape limitante de la transcription : 1. **Promoteurs où l'étape limitante est la fixation de l'ARN polymérase** : * Ces promoteurs ont une faible affinité pour l'ARN pol, souvent en raison d'éléments éloignés de la séquence consensus. * Une fois fixée, la formation du complexe ouvert est aisée. * Ils induisent une expression basale faible. * La régulation fait appel à des **répresseurs** (qui bloquent la fixation de l'ARN pol) ou des **activateurs** (qui aident la fixation de l'ARN pol) . 2. **Promoteurs où l'étape limitante est l'ouverture du complexe binaire fermé** : * La liaison au promoteur est forte, mais l'ouverture de l'ADN pour former le complexe ouvert est difficile. * L'activation implique des **activateurs** qui induisent un changement conformationnel de l'ARN polymérase pour faciliter l'ouverture . 3. **Promoteurs où l'étape limitante est l'échappement du promoteur** : * La fixation de l'ARN pol et l'ouverture du complexe sont efficaces, mais l'échappement pour initier l'élongation est bloqué. * L'activation par un **activateur** provoque un changement conformationnel de l'ARN polymérase qui permet l'échappement . ##### 4.2.2.3 Protéines régulatrices Les protéines régulatrices, appelées éléments TRANS-régulateurs, se fixent sur des séquences spécifiques de l'ADN appelées éléments CIS-régulateurs, souvent situées à proximité des promoteurs (opérateurs) mais pouvant aussi agir à distance en modifiant la structure de l'ADN (formation de boucles). Ces protéines peuvent être des activateurs, stimulant la transcription, ou des répresseurs, l'inhibant. L'intégration de plusieurs signaux peut nécessiter l'action combinée de plusieurs protéines régulatrices. Un exemple est la protéine NtrC qui contrôle les gènes du métabolisme de l'azote en se liant à un site régulateur à 150 paires de bases en amont du promoteur et en formant une boucle d'ADN interagissant avec l'ARN polymérase via s54, induisant un changement conformationnel pour ouvrir le complexe . ##### 4.2.2.4 L'opéron lactose L'opéron lactose chez *E. coli* est un système inductible régulé par la présence de lactose et la concentration de glucose . * **Structure:** Il comprend un promoteur (Plac) qui est considéré comme un promoteur faible, le gène lacI codant pour le répresseur, et trois gènes structuraux: lacZ (b-galactosidase), lacY (perméase) et lacA (transacétylase) . * **Régulation par le glucose:** La concentration d'AMP cyclique (AMPc) est inversement proportionnelle à la concentration de glucose. En l'absence de glucose, l'AMPc se lie à la protéine CAP (protéine activatrice de la catabolite, aussi appelée protéine réceptrice du cAMP), formant un complexe CAP-AMPc. Ce complexe se lie à un site spécifique en amont des séquences du promoteur, améliorant significativement la fixation de l'ARN polymérase et rendant le promoteur fort, ce qui conduit à une transcription élevée. En présence de glucose, le niveau d'AMPc est faible, CAP ne se lie pas, la fixation de l'ARN polymérase est faible et la transcription est basale . * **Régulation par le lactose:** En l'absence de lactose, le répresseur LacI, produit par le gène lacI, se lie à l'opérateur situé entre le promoteur et les gènes structuraux. Cette liaison empêche l'ARN polymérase de progresser, bloquant la transcription (répression). En présence de lactose, celui-ci se lie au répresseur LacI, induisant un changement conformationnel qui le dissocie de l'opérateur. La transcription peut alors commencer . L'opéron n'est jamais totalement réprimé; une expression basale faible permet la pénétration de quelques molécules de lactose, qui amorcent le processus de dérépression . > **Tip:** Comprendre l'interaction entre CAP-AMPc et le répresseur LacI est essentiel pour saisir la régulation de l'opéron lactose. Le promoteur est fort en l'absence de glucose et l'expression est induite par le lactose. ##### 4.2.2.5 L'opéron tryptophane L'opéron tryptophane (Trp) chez *E. coli* est un système répressible qui contrôle la biosynthèse du tryptophane et est régulé par la présence de cet acide aminé . * **Structure:** Il comprend des gènes structuraux (TrpE, TrpD, TrpC, TrpA, TrpB) codant pour les enzymes de la voie de biosynthèse du tryptophane, ainsi qu'un gène régulateur (TrpR) codant pour un répresseur, et des séquences régulatrices (promoteur P, opérateur O, et deux terminateurs Rho-indépendants: Term1 et Term2) . * **Régulation par répression:** En l'absence de tryptophane, le répresseur TrpR est inactif et ne se lie pas à l'opérateur. L'ARN polymérase peut ainsi initier la transcription, conduisant à la synthèse des enzymes nécessaires à la production de tryptophane. En présence de tryptophane, celui-ci agit comme un co-répresseur, se liant au répresseur TrpR et le rendant actif. Le répresseur actif se fixe à l'opérateur, bloquant la transcription et la synthèse du tryptophane . * **Régulation par atténuation:** Ce système agit en complément de la répression. Même en absence de répresseur, la présence de tryptophane peut réprimer la transcription au niveau du Terminateur 1 . * **Mécanisme :** La transcription de la région régulatrice produit un ARNm long. La structure secondaire de cet ARNm dépend de la présence d'ARNt-Trp chargés (c'est-à-dire contenant du tryptophane). * **En absence de tryptophane:** Les ARNt-Trp sont non chargés. Le ribosome, traduisant un petit ORF leader (contenant des codons Trp), se bloque au niveau de ces codons. Cela permet la formation d'une structure ARN secondaire appelée antiterminateur (liaison entre les séquences 2 et 3 de l'ARN). L'ARN polymérase poursuit la transcription, produisant un transcrit long qui code pour les enzymes de biosynthèse du tryptophane . * **En présence de tryptophane:** Les ARNt-Trp sont chargés et disponibles. Le ribosome traduit rapidement le peptide leader, débordant sur la séquence 2 de l'ARN. Cela empêche la formation de la structure 2/3 et favorise la formation d'une structure terminateur (liaison entre les séquences 3 et 4 de l'ARN). La transcription s'arrête prématurément au Terminateur 1, empêchant la synthèse des enzymes nécessaires à la production de tryptophane . > **Tip:** L'atténuation est un mécanisme sophistiqué qui lie la traduction du peptide leader à la régulation transcriptionnelle, permettant une réponse fine aux variations intracellulaires de tryptophane. Le tableau récapitulatif suivant résume les différents états de l'opéron tryptophane : | État du Tryptophane | ARNt-Trp | Répresseur | Traduction Peptide Leader | Structure ARN | Transcription | Synthèse Enzymes Trp | | :------------------ | :------- | :--------- | :------------------------ | :------------ | :------------ | :------------------- | | Absent | Non chargé | Inactif | Impossible (blocage) | Antiterminateur | Longue | Oui | | Présent | Chargé | Actif | Possible (rapide) | Terminateur | Courte | Non | --- ## Erreurs courantes à éviter - Révisez tous les sujets en profondeur avant les examens - Portez attention aux formules et définitions clés - Pratiquez avec les exemples fournis dans chaque section - Ne mémorisez pas sans comprendre les concepts sous-jacents

| Terme | Définition | |------|------------| | ADN | Acide désoxyribonucléique, molécule portant l'information génétique sous forme de séquences de nucléotides. C'est le support de l'hérédité chez la plupart des organismes vivants. | | ARN | Acide ribonucléique, molécule impliquée dans la synthèse des protéines et le transfert de l'information génétique. Il existe plusieurs types d'ARN, tels que l'ARNm, l'ARNt et l'ARNr. | | Protéine | Macromolécule biologique composée d'une chaîne d'acides aminés liés par des liaisons peptidiques. Les protéines remplissent une multitude de fonctions cellulaires, agissant comme enzymes, structures ou messagers. | | Génome | Ensemble complet du matériel génétique d'un organisme, comprenant l'ADN et, chez certains virus, l'ARN. Il est organisé en chromosomes. | | Chromosome | Structure filiforme présente dans le noyau des cellules eucaryotes, composée d'ADN enroulé autour de protéines (histones). Il porte les gènes. Chez les procaryotes, le génome est généralement circulaire et localisé dans le nucléoïde. | | Transcripition | Processus biochimique par lequel l'information génétique portée par l'ADN est copiée sous forme d'ARN. C'est la première étape de l'expression génique. | | Traduction | Processus biochimique par lequel la séquence de nucléotides d'un ARN messager (ARNm) est convertie en une séquence d'acides aminés pour former une protéine. C'est la deuxième étape de l'expression génique. | | Réplication | Processus par lequel une molécule d'ADN est dupliquée pour produire deux copies identiques. Il est essentiel à la division cellulaire et à la transmission de l'information génétique. | | Noyau | Compartiment cellulaire présent chez les eucaryotes, entouré d'une membrane, où se trouve la majorité du matériel génétique de la cellule sous forme de chromosomes. | | Cytoplasme | Substance gélatineuse qui remplit la cellule, entourant le noyau chez les eucaryotes. Il contient les organites et est le lieu de nombreuses réactions métaboliques, y compris la traduction. | | Procaryote | Organisme unicellulaire dont les cellules n'ont pas de noyau défini ni d'organites membranaires. Leur matériel génétique est généralement sous forme d'un chromosome circulaire unique dans le nucléoïde. | | Eucaryote | Organisme dont les cellules possèdent un noyau véritable entouré d'une membrane et des organites membranaires. | | Opéron | Unité fonctionnelle de transcription chez les procaryotes, composée d'un groupe de gènes structurels sous le contrôle d'un promoteur commun, et souvent d'un gène régulateur (répresseur ou activateur). | | Promoteur | Séquence d'ADN située en amont d'un gène, à laquelle se lie l'ARN polymérase pour initier la transcription. | | Terminateur | Séquence d'ADN qui signale la fin de la transcription d'un gène. | | Codon | Triplet de nucléotides dans l'ARNm qui spécifie un acide aminé particulier lors de la traduction, ou qui signale la terminaison de la synthèse protéique (codons stop). | | Anticodon | Triplet de nucléotides sur une molécule d'ARN de transfert (ARNt) qui s'apparie spécifiquement avec un codon complémentaire sur l'ARNm, assurant ainsi le placement du bon acide aminé lors de la synthèse protéique. | | ARNt | ARN de transfert, petite molécule d'ARN qui agit comme un adaptateur entre les codons de l'ARNm et les acides aminés correspondants lors de la traduction. | | ARNm | ARN messager, molécule d'ARN qui transporte l'information génétique de l'ADN vers les ribosomes pour la synthèse des protéines. | | Ribosome | Complexe moléculaire composé d'ARN ribosomique (ARNr) et de protéines, responsable de la synthèse des protéines par la traduction de l'ARNm. Il est composé de deux sous-unités. | | Histone | Protéine basique présente chez les eucaryotes, qui s'associe à l'ADN pour former la chromatine, structure qui condense et compacte l'ADN dans le noyau. | | Chromatide | Chacune des deux copies identiques d'un chromosome répliqué, reliées par le centromère, qui se séparent lors de la division cellulaire. | | Télomère | Région d'ADN répétitif située aux extrémités des chromosomes linéaires chez les eucaryotes, qui protège l'ADN des dommages et du raccourcissement lors de la réplication. | | Télomérase | Enzyme (une ADN polymérase à ARN dépendante) qui synthétise les télomères, compensant le raccourcissement des chromosomes lors de chaque cycle de réplication. | | Pseudogène | Séquence d'ADN similaire à un gène fonctionnel mais qui a perdu sa capacité à être transcrite ou traduite en une protéine fonctionnelle, généralement en raison de mutations. | | Transposon | Élément génétique mobile, une séquence d'ADN capable de se déplacer d'un site à un autre dans le génome, souvent via un mécanisme de "couper-coller" ou de "copier-coller". | | Rétrotransposon | Élément génétique mobile qui se transpose par un intermédiaire d'ARN, souvent via une enzyme réverse transcriptase. Ils sont communs chez les eucaryotes. | | Séquence répétée | Segment d'ADN qui apparaît plusieurs fois dans le génome d'un organisme. Elles peuvent être en tandem ou dispersées. | | Séquence intergénique | Région d'ADN située entre les gènes. Chez les eucaryotes, ces séquences sont souvent non codantes et peuvent contenir des éléments régulateurs ou des séquences répétées. | | ADN satellite | Forme d'ADN répétitif en tandem, souvent trouvé dans les régions centromériques et télomériques des chromosomes. Il est fractionné en bandes lors de la centrifugation. | | Microsatellite | Type de séquence répétée en tandem, caractérisée par des répétitions courtes (2 à 10 pb) et un faible nombre de répétitions, souvent utilisées dans l'identification génétique (empreinte génétique). | | Minisatellite | Type de séquence répétée en tandem, caractérisée par des répétitions plus longues (10 à 100 pb) et un nombre de répétitions variable, également utilisées pour l'empreinte génétique. | | ADN polymérase | Enzyme responsable de la synthèse de nouvelles molécules d'ADN lors de la réplication, en utilisant une matrice d'ADN existante. | | ARN polymérase | Enzyme responsable de la synthèse d'ARN à partir d'une matrice d'ADN lors de la transcription. | | Helicas | Enzyme qui déroule la double hélice d'ADN, séparant les deux brins pour permettre la réplication ou la transcription. | | Ligase | Enzyme qui relie deux fragments d'ADN en formant une liaison phosphodiester. Elle est cruciale pour la résolution des fragments d'Okazaki lors de la réplication. | | Mésappariement | Une erreur survenant lors de la réplication de l'ADN, où un nucléotide est incorrectement apparié avec son nucléotide complémentaire. Des mécanismes de réparation corrigent ces erreurs. | | ADN gyrase | Type de topoisomérase qui introduit des supertours négatifs dans l'ADN, facilitant son déroulement pendant la réplication et la transcription. | | SSB (Single-Strand Binding proteins) | Protéines qui se lient à l'ADN simple brin exposé, le stabilisant et le protégeant de la dégradation ou de la formation de structures secondaires indésirables. | | Fourche de réplication | Structure en forme de Y formée par la séparation des deux brins d'ADN lors de la réplication, où se déroule la synthèse de nouvelles chaînes d'ADN. | | Fragments d'Okazaki | Petits fragments d'ADN synthétisés de manière discontinue sur le brin tardif lors de la réplication de l'ADN. Ils sont ensuite ligaturés pour former une chaîne continue. | | Amorce ARN | Petite séquence d'ARN synthétisée par la primase, servant de point de départ pour la synthèse d'ADN par l'ADN polymérase lors de la réplication. | | Pré-RC (pré-Replication Complex) | Complexe de protéines qui se forme sur les origines de réplication chez les eucaryotes pendant la phase G1 du cycle cellulaire, préparant le terrain pour l'initiation de la réplication. | | Polycistronique | Se dit d'un ARNm qui code pour plusieurs polypeptides différents, provenant de plusieurs ORF (Open Reading Frames) distinctes sur la même molécule d'ARNm. C'est typique des procaryotes. | | Monocistronique | Se dit d'un ARNm qui ne code que pour un seul polypeptide, typique des eucaryotes et de certains gènes procaryotes. | | ORF (Open Reading Frame) | Séquence d'ADN ou d'ARN qui commence par un codon initiateur (souvent AUG) et se termine par un codon stop, et qui peut donc potentiellement être traduite en protéine. | | Répresseur | Protéine régulatrice qui se lie à une séquence d'ADN (opérateur) proche d'un promoteur, bloquant ou réduisant la transcription d'un gène ou d'un opéron. | | Activateur | Protéine régulatrice qui se lie à une séquence d'ADN (enhancer ou site d'activation) et favorise ou stimule la transcription d'un gène ou d'un opéron, souvent en facilitant la fixation de l'ARN polymérase. | | Facteur Sigma | Sous-unité de l'ARN polymérase chez les procaryotes qui est responsable de la reconnaissance des séquences promotrices spécifiques sur l'ADN, permettant ainsi l'initiation spécifique de la transcription. | | Co-répresseur | Molécule (souvent un métabolite) qui se lie à un répresseur, le rendant capable de se fixer à l'ADN et d'induire la répression de la transcription. | | Inducteur | Molécule qui se lie à un répresseur, le rendant incapable de se fixer à l'ADN et levant ainsi la répression de la transcription, permettant l'expression des gènes. | | Atténuation | Mécanisme de régulation de la transcription, souvent trouvé dans les opérons des procaryotes, où la traduction d'une courte séquence leader dans l'ARNm précoce influence la structure secondaire de l'ARN et détermine si la transcription de la partie principale de l'opéron sera terminée prématurément ou se poursuivra. | | Pores nucléaires | Complexes protéiques qui contrôlent le passage des molécules entre le noyau et le cytoplasme chez les eucaryotes, permettant le transport sélectif des ARNm matures vers le cytoplasme et des protéines vers le noyau. | | Mutation non sens | Mutation qui transforme un codon codant pour un acide aminé en un codon stop, entraînant une terminaison prématurée de la traduction et la production d'une protéine tronquée. | | Souche suppressive | Souche bactérienne mutante dans laquelle une mutation altère un ARNt de telle sorte qu'il reconnaît un codon stop normal et le traduit par un acide aminé, annulant ainsi l'effet d'une mutation non sens ailleurs dans le génome. | | Prion | Agent infectieux constitué de protéines anormalement repliées qui peuvent induire un changement de conformation chez des protéines normales correspondantes, entraînant des maladies neurodégénératives. Les prions ne contiennent pas d'acides nucléiques. | | Dogme central de la biologie moléculaire | Principe fondamental décrivant le flux de l'information génétique : ADN → ARN → Protéine. Il inclut les processus de réplication de l'ADN, de transcription de l'ADN en ARN, et de traduction de l'ARN en protéine. | | Lisosome | Organite cellulaire des eucaryotes contenant des enzymes digestives, impliqué dans la dégradation des macromolécules et des débris cellulaires. | | Lysozyme | Enzyme, présente dans les larmes, la salive et les sécrétions, qui détruit la paroi des bactéries en clivant les peptidoglycanes. Il est souvent utilisé comme exemple de gène unique. | | Globine | Famille de protéines, dont l'hémoglobine et la myoglobine, qui contiennent un groupe hème et sont impliquées dans le transport et le stockage de l'oxygène. L'organisation des gènes de globine illustre les familles de gènes chez les eucaryotes. | | Hémoglobine | Protéine présente dans les globules rouges du sang, responsable du transport de l'oxygène des poumons vers les tissus et du dioxyde de carbone des tissus vers les poumons. | | Alpha-globine | Une des chaînes composant l'hémoglobine adulte humaine. | | Bêta-globine | Une des chaînes composant l'hémoglobine adulte humaine. | | Trp | Tryptophane, un acide aminé essentiel. L'opéron tryptophane est un exemple classique de régulation génique chez les procaryotes. | | Lactose | Disaccharide composé de glucose et de galactose. L'opéron lactose est un système inductible de régulation génique chez E. coli, permettant la métabolisation du lactose lorsque le glucose n'est pas disponible. | | CAP (Catabolite Activator Protein) / CRP (cAMP Receptor Protein) | Protéine régulatrice chez les procaryotes qui se lie au complexe cAMP pour activer la transcription de certains opérons, comme l'opéron lactose, en présence de glucose bas et d'une source de carbone alternative. | | ARNr | ARN ribosomique, composant majeur des ribosomes, impliqué dans la synthèse des protéines. | | ARNt-Trp | ARN de transfert spécifique du tryptophane, nécessaire pour la traduction des codons du tryptophane. | | Séquence Shine-Dalgarno (SD) | Séquence d'ARN riche en purines (souvent AGGAGG) située en amont du codon d'initiation AUG sur l'ARNm procaryote. Elle s'hybride avec une séquence complémentaire de l'ARNr 16S de la petite sous-unité ribosomale, aidant au recrutement du ribosome et à l'initiation de la traduction. | | Site P (Peptidyl site) | Site sur le ribosome où le tRNA portant la chaîne polypeptidique en cours de synthèse est positionné. | | Site A (Aminoacyl site) | Site sur le ribosome où le nouveau tRNA, chargé de son acide aminé, arrive pour s'apparier avec le codon de l'ARNm. | | Site E (Exit site) | Site sur le ribosome d'où le tRNA déchargé de son acide aminé est expulsé après la translocation. | | N-formylméthionine (fMet) | Forme modifiée de la méthionine qui sert de premier acide aminé dans la synthèse protéique chez les procaryotes et dans les mitochondries. | | Autorégulation | Mécanisme de régulation où le produit d'un gène régule sa propre expression, souvent en se liant à son propre ARNm ou à des séquences régulatrices en amont. | | Polysome (ou Polyribosome) | Complexe formé d'un ARNm unique associé à plusieurs ribosomes qui traduisent simultanément la même molécule d'ARNm. | | Mésappariement | Voir "Erreurs et correction lors de la réplication". | | Hélicase | Voir "Réplication". | | Ligase | Voir "Réplication". | | ADN Polymérase | Voir "Réplication". | | ARN Polymérase | Voir "Transcription". | | Promotor | Voir "Transcription". | | Terminateur | Voir "Transcription". | | Opéron | Voir "Régulation de l'expression génique". | | Facteur Sigma | Voir "Transcription". | | Codon | Voir "Traduction". | | Anticodon | Voir "Traduction". | | ARNt | Voir "Traduction". | | ARNm | Voir "Traduction". | | Ribosome | Voir "Traduction". | | Histone | Voir "Support de l'information génétique". | | Chromosome | Voir "Support de l'information génétique". | | Génome | Voir "Support de l'information génétique". | | Protéine | Voir "Introduction". | | ARN | Voir "Introduction". | | ADN | Voir "Introduction". |