Telechargé par Zhor Ahabbane

L'information génétique

publicité
Chapitre 2
Gilles Bourbonnais
Cours compensateurs
Université Laval
L'information
génétique
1. Information génétique et protéines
50% du poids sec de la plupart des cellules = protéines
Protéine = polymère (chaîne) d'acides aminés
Insuline
Chaque protéine est caractérisée par sa séquence
d'acides aminés.
Ex. le lysozyme (126 AA)
Lys-Val-Phé-Gly-Arg-Cys-Glu-Leu-Ala-Ala-Ala-Met-Lys-Arg-His-Gly-Leu-AspAsn-Tyr-Arg-Gly-Tyr-Ser-Leu-Gly-Asn-Trp-Val-Cys-Ala-Ala-Lys-Phe-Glu-SerAsn-Thr-Gln-Ala-Thr-Asn-Arg-Asn-Thr-Asp-Gly-Ser-Thr-Asp-Tyr-Gly-Ilu-LeuGln-Ilu-Asn-Ser-Arg-Trp-Trp-Cys-Asn-Asp-Gly-Arg-Thr-Pro-Gly-Ser-Arg-AsnLeu-Cys-Asn-Ilu-Pro-Cys-Ser-Ala-Leu-Leu-Ser-Ser-Asp-Ilu-Thr-Ala-Ser-ValAsn-Cys-Ala-Lys-Lys-Ilu-Val-Ser-Asp-Gly-Asp-Gly-Met-Asn-Ala-Trp-Val-TrpArg-Asn-Arg-Cys-Lys-Gly-Thr-Asp-Val-Gln-Ala-Trp-Ilu-Arg-Gly-Cys-Arg-Leu
Ex. la chaîne ß de l'hémoglobine 145 AA)
Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Lys-Ser-Ala-Val-Thr-Ala-Leu-Try-Gly-Lys-ValAsp-Val-Asp-Glu-Val-Gly-Gly-Glu-Ala-Leu-Gly-Arg-Leu-Leu-Val-Val-TyrPro-Try-Thr-Glu-Arg-Phé-Phé-Glu-Ser-Phé-Gly-Asp-Leu-Ser-Thr-Pro-AspAla-Val-Met-Gly-Asp-Pro-Lys-Val-Lys-Ala-His-Gly-Lys-Lys-Val-Leu-GlyAla-Phé-Ser-Asp-Gly-Leu-Ala-His-Leu-Asp-Asp-Leu-Lys-Gly-Thr-Phé-AlaThr-Leu-Ser-Glu-Leu-His-Cys-Asp-Lys-Leu-His-Val-Asp-Pro-Glu-Asp-PhéArg-Leu-Leu-Gly-Asp-Val-Leu-Val-Cys-Val-Leu-Ala-His-His-Phé-Gly-LysGlu-Phé-Thr-Pro-Pro-Val-Glu-Ala-Ala-Tyr-Glu-Lys-Val-Val-Ala-Gly-ValAla-Asp-Ala-Leu-Ala-His-Lys-Tyr-His
• On connaît actuellement ~ 8000 protéines différentes.
• On en découvre une centaine de nouvelles par mois.
• Nombre total de protéines que peut fabriquer
l'organisme humain = ??? (quelque chose entre
50 000 et 150 000).
• Chaque cellule fabrique les protéines dont elle a
besoin.
• Pour fabriquer une protéine, il faut deux choses:
• Des acides aminés.
• La recette: quels acides aminés il
faut assembler et dans quel ordre.
Où sont les recettes ???
"Recettes"
contenues
dans le
noyau
Noyau
contient une
matière
appelée
chromatine
Chromatine = mélange de protéines appelées histones et
d'ADN (environ moitié-moitié)
ADN = recettes des protéines
2. Structure moléculaire de l'ADN
Découverte de la
structure de la molécule
d'ADN
Crick et Watson
Acide DésoxyriboNucléique
ADN = polymère de nucléotides
Il y a quatre sortes de nucléotides : A, T, C et G
NUCLÉOTIDE
Base azotée
Groupement
phosphate
Sucre : désoxyribose
Base azotée
Désoxyribose
Phosphate
Il y a quatre sortes de bases azotées:
DONC quatre sortes de nucléotides: A, T, C et G
Les nucléotides peuvent se lier les uns aux autres par leur
sucre (désoxyribose) et leur groupement phosphate.
Erwinn Chargaff (1947)
Si on sépare une molécule d'ADN
en nucléotides, on obtient toujours:
A=T
et
C=G
Il peut y avoir plus de AT que de CG ou
l'inverse (ça varie selon les espèces),
mais il y a toujours autant de A que de T
et de C que de G.
Pourquoi ?
Hypothèse de Crick et Watson:
A peut s'apparier avec T et C avec G:
A avec T : deux
liaisons
hydrogène
(liaisons faibles).
C avec G :
trois liaisons
hydrogène
DONC
Deux chaînes de nucléotides peuvent s'unir l'une à
l'autre si leurs bases sont complémentaires (A face à T
et C face à G).
CE QUI EST LE CAS POUR L'ADN
L'orientation entre les liaisons
donne une structure en forme de
double hélice:
Patron de diffraction aux
rayons X de la molécule
d'ADN obtenu en 1952
par Rosalind Franklin
(1920-1958) et Maurice
Wilkins.
Nobel de médecine 1962
décerné à Crick, Watson et
Wilkins
3. Les chromosomes et le code génétique
5 millions de
paires de base.
~ 5000 paires de bases
Longueur totale
~ 1,5 mm
Bactérie E. coli "éclatée".
Dans une bactérie:
L'ADN s'est répandu autour
1 seule molécule d'ADN
de la bactérie.
Dans une cellule humaine : 46 molécules d'ADN
Chaque molécule d'ADN s'enroule sur des protéines
(histones) et forme un chromosome.
Un chromosome =
ADN
une molécule d'ADN
et les protéines sur
lesquelles elle
s'enroule.
Histones
L'ensemble des
chromosomes
forme la chromatine
Petite portion d'un chromosome humain
50 000 X
150 000 X
Portion du chromosome 4
L'ADN a été séparé des protéines
qui y sont normalement
associées (4nm DNA).
Génome humain (toute l'information nécessaire pour
fabriquer un humain) : 30 000 à 40 000 gènes
Combien y aurait-il de
nucléotides dans le
gène d'une protéine
de 100 AA ?
Tous ces gènes sont répartis en 23 molécules d'ADN
(chaque molécule comporte plus d'un millier de gènes "bout
à bout").
23 molécules d'ADN
~ 1 m de longueur si on les met bout à bout
~ 3 milliards de paires de bases
Si chaque paire de bases est représentée par une lettre
il faudrait l'équivalent de 800 bibles pour écrire le
génome humain.
Chaque cellule (sauf gamètes reproducteurs) contient
deux exemplaires du génome humain (un qui vient du
père et l'autre de la mère).
DONC chaque cellule contient 46 chromosomes
Le nombre de chromosomes est variable selon
l'espèce:
Chien………………….78
Chat………………...…38
Rat………..……………42
Les individus diffèrent les uns des autres par leur ADN.
Il n'y a pas deux personnes (sauf jumeaux identiques)
qui ont le même ADN.
4. Le code génétique
ADN = information sous forme CODÉE = code génétique
Code = faire correspondre un symbole ou un groupe de
symboles à quelque chose d'autre.
Ex.
Code binaire des ordinateurs
Code du français écrit
Codes secrets des espions
Etc.
Exemple: supposons qu'on veuille écrire des mots en
formant des colliers avec des perles de
quatre couleurs différentes.
On pourrait attribuer une lettre à chaque
couleur:
Problème : on ne peut pas désigner plus
de 4 lettres sur 26.
Regroupons les billes deux à deux:
Ex.
Problème : on ne peut désigner que 16 lettres (42)
Regroupons les billes trois à trois:
Combine y a-t-il de combinaisons
possibles ?
64 (43)
On pourrait donc écrire ce qu'on veut avec 4 billes
différentes si on les regroupe 3 à 3.
Pourrait-on utiliser ce code de 3 billes pour représenter
des acides aminés (il y en a 20 différents) plutôt que des
lettres ?
On peut miniaturiser le code en remplaçant les billes par
quelque chose de beaucoup plus petit: des nucléotides.
On obtient alors un message de dimension moléculaire.
Dans la cellule, chaque groupe de trois nucléotides
désigne un acide aminé:
Ce brin d'ADN correspond à la "recette" de la protéine
Phé-Arg-Leu-Phé-Leu
Le message, la "recette" peut être porté par l'un des deux
brins (le brin du bas dans ce cas).
Le code génétique (déchiffré entre 1960 et 1964)
AAA
AAG
AAT
AAC
GAA
GAG
GAT
GAC
TAA
TAT
TAG
TAC
CAA
CAT
CAG
CAC
Phénylalanine
Phénylalanine
Leucine
Leucine
Leucine
Leucine
Leucine
Leucine
Isoleucine
Isoleucine
Isoleucine
Méthionine
Valine
Valine
Valine
Valine
AGA
AGG
AGT
AGC
GCA
GCG
GCT
GCC
TGA
TGG
TGT
TGC
CGA
CGG
CGT
CGC
Sérine
Sérine
Sérine
Sérine
Proline
Proline
Proline
Proline
Thréonine
Thréonine
Thréonine
Thréonine
Alanine
Alanine
Alanine
Alanine
ATA
ATG
ATT
ATC
GTA
GTG
GTT
GTC
TTA
TTG
TTT
TTC
CTA
CTG
CTT
CTC
Tyrosine
Tyrosine
STOP
STOP
Histidine
Histidine
Glutamine
Glutamine
Asparagine
Asparagine
Lysine
Lysine
Asparagine
Asparagine
Ac. glutamique
Ac. glutamique
ACA
ACG
ACT
ACC
GCA
GCG
GCT
GCC
TCA
TCG
TCT
TCC
CCA
CCG
CCT
CCC
Cystéine
Cystéine
STOP
Tryptophane
Arginine
Arginine
Arginine
Arginine
Sérine
Sérine
Arginine
Arginine
Glycine
Glycine
Glycine
Glycine
N.B. 64 combinaisons pour 20 acides aminés.
Code redondant (il est dit dégénéré): plusieurs triplets
différents peuvent coder pour le même acide aminé.
Trois triplets signifient la fin de la recette : triplets STOP
Un segment d'ADN portant toute l'information nécessaire
pour la synthèse d'une protéine = gène
Ex.
gène du lysozyme
gène de l'anhydrase carbonique
gène du collagène
Gène de de la protéine Phé-Arg-Leu-Phé-Leu
5. La réplication de l'ADN
Lorsqu'une cellule se divise en deux cellules identiques,
tout l'ADN doit aussi être reproduit.
Chaque fois qu'une cellule se reproduit, elle commence
par reproduire en deux exemplaires identiques chacun de
ses chromosomes.
L'ADN est
séparé en
deux brins
Des nucléotides libres dans le noyau
(pièces de constructions toujours
présentes) viennent sapparier à chacun
des deux brins (A avec T et C avec G)
6. Le génie génétique
Le code génétique est le même pour tous les êtres
vivants.
Un même gène donnera toujours la même protéine, peu
importe l'espèce de l'individu.
On peut introduire un gène d'une espèce dans une
autre espèce = génie génétique
Ex. production d'insuline humaine par une bactérie :
On prélève le gène de l'insuline humaine et on l'introduit
dans le plasmide d'une bactérie.
On extrait les plasmides
de bactéries
Une enzyme ouvre
les plasmides
On extrait ou on
synthétise le gène
à greffer
On mélange des copies
du gène et des
plasmides. Une
enzyme fusionne les
brins d'ADN
Les plasmides sont
réintroduits dans des
bactéries
Le gène est
reproduit quand la
bactérie se reproduit
Exemples: bactéries qui synthétisent:
Insuline
Facteurs de coagulation
Hormone de croissance
Enzymes pouvant métaboliser certains polluants
(pétrole par exemple)
Protéines synthétiques qui n'existent pas dans la nature
ETC.
On peut aussi modifier les êtres pluricellulaires:
Végétaux:
Le gène est introduit dans une cellule du parenchyme
ou méristématique.
Cette cellule est multipliée en éprouvette pour former
un nouvel individu (cloning).
Animaux:
Le gène est introduit dans un ovule fécondé.
L'ovule fécondé est implanté dans l'utérus d'une mère
porteuse.
Plantes résistantes aux insectes.
Résistantes aux herbicides.
Résistantes au gel.
Fruits et légumes qui se conservent plus longtemps.
Nouvelles saveurs.
Plantes plus riches en certains éléments nutritifs
(vitamines par exemple).
ETC.
Animaux à croissance plus rapide.
Animaux plus faibles en gras.
Animaux plus productifs (en lait, en viande, en œufs).
Production de protéines à usage pharmaceutique
(insuline, par exemple).
ETC.
DANGERS ?????
Pour la santé?
Pour l'environnement ?
Thérapie génique: corriger les gènes défectueux en
introduisant dans les cellules le gène normal.
Problème : comment introduire le gène dans
chacune des cellules à corriger???
7. La division cellulaire
La mitose
Au cours de la mitose:
• Chaque chromosome est répliqué en
deux copies identiques : les
chromatides sœurs.
• Les chromatides demeurent liées par le
centromère.
• Les copies se
séparent.
Chromatides sœurs
• Chaque copie migre
dans une cellule
Centromère
Mitose d'une cellule à 4
chromosomes.
Les chromosomes se dédoublent
Les chromosomes se spiralisent
Les copies se
séparent
On obtient deux
cellules identiques
6. Le cancer
Une cellule peut perdre le contrôle de sa division. Elle peut
alors former une tumeur.
Tumeur bénigne :
• Les cellules demeurent regroupées
et ne se séparent pas. La tumeur
n’envahit pas d’autres tissus.
• La tumeur demeure bien circonscrite.
Tumeur maligne:
• La tumeur envahit d’autres tissus
• Des cellules se détachent de la tumeur principale et
vont former d'autres tumeurs dans le corps = cancer
Principales anomalies des cellules cancéreuses:
• Division anarchique (sans contrôle) et perpétuelle
(cellules immortelles).
• Perte d'inhibition de contact.
• Perte de spécialisation.
• Absence de cohésion entre les cellules : formation de
métastases.
Tumeur au cerveau
Tumeur au sein
Tumeur à la prostate
8. Le cloning
B
A
On extrait une cellule ordinaire
de la brebis A.
On extrait un ovule de la
brebis B.
Le noyau de l'ovule est détruit
et remplacé par le noyau de la
cellule de la brebis A.
C
Clone de A
L'ovule avec son nouveau noyau
est implanté dans une brebis C.
Qui donne alors naissance à un
jumeau identique (clone) de A.
Dolly 1996-2003
N.B. Il a fallu dans le cas de Dolly
276 essais avant de réussir.
F
I
N
Peut-être un jour ???
Téléchargement
Explore flashcards