Durée 3h30 Épreuve de type A : Sujet de synthèse

BCPST-Véto 1 – Vendredi 2 juin 2007 - Devoir n°9 – Durée 3h30
Épreuve de type A : Sujet de synthèse
Les polymérases et leur intervention au cours de la réplication et de la transcription de l'ADN
Les polymérases d'origine virale ne sont pas attendues.
Corrigé du devoir n°9 – 2 juin 2007 – Partie de type A noté sur 100 *=1 pt
Introduction
Présentation générale du sujet
Présentation de l'ADN, support de l'information génétique.
Définition de la réplication et place dans le cycle cellulaire.
Définition et rôle de la transcription.
Notion d'enzyme.
Présentation du plan
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I. l'intervention des polymérases à l'échelle moléculaire
A. L'activité catalytique des polymérases : l'élongation d'une chaîne polynucléotidique
A partir de nucléosides triphosphates
schéma d'un nucléoside triphosphate
Dans les sens 5'3'
brins orientés sur un schéma
Par établissement d'une liaison ester en récupérant l'énergie de la liaison phosphate.
Schéma
Énergie récupérée pour estérification et pour processivité
En respectant la complémentarité des bases et l'antiparallèlisme avec le brin matrice ou transcrit
liaison faibles entre bases complémentaires / schémas /5'3' face à 3'5'
L'intervention de Mg2+ , cation activateur
B. Les particularités des ARN et ADN polymérases
Nécessité ou non d'une amorce
Amorce d'ARN (ext.3' OH libre) pour ADNpol., mise en place d'un nucléoside triphophate pour ARN pol.
Différences entre les nucléosides triphosphates polymérisés.
Bases U /T, ribose/ désoxyribose
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II. L'intervention des ADN (et ARN) polymérases lors de la réplication
A. Les observations mettant en évidence les caractéristiques générales de l'activité des polymérases chez les
procaryotes et les eucaryotes
Une localisation différentes de la réplication et donc des enzymes
procaryote association au mésosome lié à membrane (schéma) /euc. dans le noyau
Intervention au niveau de fourches de réplication, extrémités des yeux de réplication
un oeil( proc), plusieurs (euc.) /schéma proc. euc./ progression de part et d'autre symétrique /
Une activité en continu ou non selon les branches de la fourche
schéma montrant fragments d'Okazaki / longueur des fragments 1000 à 2000n. proc et 100 à 200n chez euc.
Réplication à vitesse différentes
1000 pdb.s-1 pour les proc.=> 40 min pour E.Coli, 100 chez les euc;
B. Une mise en place conditionnée par une phase d'amorçage
Un amorçage en un ou plusieurs sites en fonction de l'existence d'une ou plusieurs origines de réplication
exemple du site OriC chez E.Coli
un seul site également pour ADN des organites semi-autonomes
plusieurs sites chez les eucaryotes
Un déroulement de l'ADN et un étirement par des enzymes
action des ssb et hélicases /schéma
La synthèse des amorces par une ARN polymérase = primase
schéma
La mise en place de l'ADN polymérase III
sous-unités β permettant fixation sur ADN
schéma
C. Le déroulement de la réplication avec intervention de plusieurs ADN polymérases chez les bactéries
Un complexe holoenzyme polymérase III relié au mésosome chez les bactéries
schéma
L'intervention de l'ADN polymérase I pour remplacer les amorces d'ARN
schéma / nécessité d'un ligase
Une correction des erreurs grâce à l'activité exonucléasique des ADN polymérases
taux d'erreur = 10-6 / due à tautomères /site particulier /schéma / efficacité 99%
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La mise en action de polymérases lors des corrections des mésappariements contrôlés par un brin
déformations de l'hélice / reconnaissance du brin néosynthétisé / efficacité => mutation = 10-9 ***
III. L'intervention des ARN polymérases lors de la transcription
A. Les observations mettant en évidence les sites d'intervention des ARN polymérases
Chez les procaryotes l'observation de figures en « arbre de Noël »
la transcription simultanée d'un gène par plusieurs ARN pol / schéma
Chez les eucaryotes,
le cas particulier des chromosomes polyténiques /schéma d'une boucle de chromatine avec ARN encours de synthèse
ou image montrant les transcrits de préARNm avec splicéosomes sur une molécule d'ADN
La localisation particulière au niveau de l'euchromatine et les nucléoles chez les eucaryotes
B. Une fixation déterminée par l'existence de promoteurs
Les promoteurs, des séquences consensus situés en amont du gène
chez les procaryotes, 2 séquences consensus / schéma
chez les eucaryotes, boîte TATA / schéma
Déterminant le brin à transcrire
promoteurs sur les deux brins (fonction des gènes chez les procaryotes)/ schéma
un seul promoteur par brin pour les ADN des organites semi-autonomes
toujours sur le même brin chez les eucaryotes = un seul des brins est transcrit
Déterminant le site de début de la transcription
Reconnu par une ARN polymérase associée à des facteurs d'initiation
procaryotes : facteur sigma / schéma / ouverture du double brin
eucaryotes : facteurs généraux de la transcription / schéma /nécessité de facteurs activateurs
C. Une régulation intervenant dans la fixation de la polymérase
Fixation autorisée ou non par l'intervention ou non d'un répresseur sur un opérateur chez les procaryotes
exemple de l'opéron lactose : en absence de lactose, blocage par répresseur de l'opérateur / schéma
notion de gène inductible
exemple de l'opéron tryptophane : gène répressible par le tryptophane
Fixation autorisée par des interventions d'activateurs (ou de répresseurs) agissant sur l'état de condensation de la
chromatine chez les eucaryotes
schéma montrant activation du complexe de remodelage et décondensation
schéma montrant l'activation des histones acétylases (cas des répresseurs activant les désacétylases)
D. Une régulation intervenant au niveau de la mise en action
Démarrage de la transcription grâce à une activation chez les procayotes
en présence de lactose et absence de glucose , activation par protéine CAP-AMPc
Par des interventions d'activateurs (ou de répresseurs) sur le complexe de préamorçage chez les eucaryotes
existence de séquences régulatrices = amplificateurs (ou atténuateurs) / fixation d'activateurs (ou de répresseurs)
rôle intégrateur du complexe médiateur multiprotéique / schéma
E. Le déroulement de la transcription et la libération de l'ARN synthéthisé
L'organisation fonctionnelle d'une ARN polymérase
un seul type 4 sous-unités / 3 types ARNpolI (ARN)II (ARNm)III (ARN5S et ARNsn et autres petits ARN), 10 sous
unités pour polII eucaryotes
Schéma (exemple de la polymérase bactérienne) montrant ouverture du double brin par activité intégrée de l'ARN
polymérase / tunnel des ribo nucléosides triphosphates / courte double hélice ADN-ARN/....
vitesse 50 à 100n.s-1/ 20 n.s-1 pour la polymérase eucaryote
Les erreurs de transcription et leurs conséquences
possibilité de « marche » arrière et de correction du dernier nucléotide / taux d'erreur 10-4 > ADN pol mais peu de csq.
La dissociation de l'ARN polymérase de l'ADN en fin de transcription
séquence symétrique + paires AT (A-U/ A-T) => séparation facilitée
facteur rho pour certains procaryotes
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Conclusion
Bilan :
Beaucoup de points communs entre les fonctionnements deux enzymes
Régulation de la transcription importante pour la différenciation cellulaire conditionnée par des facteurs externes et internes à
la cellule.
C'est le cas aussi de la régulation de la réplication située en amont de l'intervention de l'ADN polymérase.
Ouverture :
Intervention de polymérases aussi lors des processus de conservation de l'ADN (lors des réparations des séquences modifiées
lors du stockage)
Existence d'autres polymérases d'origine virale : ARN polymérase - ARN dépendantes et ADN polymérase - ARN
dépendantes.
Utilisation d'une polymérase particulière = Taq pol. pour la PCR, technique clef dans l'étude et les manipulations du génome
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Plan,
qualité des transitions
soin apporté à la présentation
et à la rédaction et à l'orthographe
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