2012organ Genome humain IFSI 1

Dr Odile Béra, CHU de Fort-de-France
Unité
Oncogénétique
Consultations
Martinique / Guyane
Unité Génétique
moléculaire des cancers
Activité LABORATOIRE
Prédisposition génétique cancers
•SEIN/OVAIRES
•COLON (Sd de Lynch & PAF)
« coordination du suivi des
patients à haut risque K »
Caractérisation Moléculaire des
tumeurs utiles au diagnostic, au
pronostic et/ou au traitement:
Du chromosome à la double hélice……
l’ADN
La cellule :unité élémentaire des êtres vivants = Noyau + cytoplasme
Le génome
• = l’ensemble des gènes d’un
organisme ou patrimoine
génétique est localisé dans le
noyau et stocké sur les
chromosomes.
• Les gènes contiennent les
informations nécessaires pour
que la cellule fabrique des
protéines (ou des enzymes) et
les hormones.
universelle
Acide désoxyribonucléique
PLAN
I. Les Acides Nucléiques
II. Architecture de l’ADN procaryote et
eucaryote
III. Réplication de l’ADN
IV. Le génome Humain
I.
Les Acides Nucléiques
A. Définition
B. Les nucléotides
1) Les bases azotées
2) Les sucres
C. L’ADN
1) Structure de l’ADN
2) Propriétés de l’ADN
D. L’ARN
I.
A.
Les Acides Nucléiques
Définition
Macromolécules fournissant les informations nécessaires au
développement et au maintien de la vie.

L'ADN (Acide DésoxyriboNucléique) = support de l'Information
Génétique.

Les ARN (Acides RiboNucléiques) = les vecteurs et médiateurs de
l'Information.
Fonctions :
- Transmission du patrimoine génétique de génération en génération
(hérédité)
- Contrôle de la fabrication des protéines nécessaires à la vie.
D'un point de vue chimique :
les Acides Nucléiques sont des polymères géants obtenus par
enchaînement de sous - unités appelées Nucléotides.
I.
Les Acides Nucléiques
 caractérisés chimiquement au début du 20ème siècle même
si leur rôle est resté relativement longtemps inexpliqué.
 acides nucléiques (ADN, ARN) constituées de la
condensation en très longues chaînes de molécules relativement
simples que l’on appelle des NUCLEOTIDES
 Les nucléotides sont les briques élémentaires de la
transmission de l’information génétique.
 Egalement rôle fondamental dans le métabolisme sous
forme di- et tri-phosphorylée ainsi que dans la transmission
de l’information dans la cellule (AMPc et GMPc).
I.
B.
Les Acides Nucléiques
Les Nucléotides
C’est l’unité de structure des acides nucléiques.
Un nucléotide est composé de 3 parties :

Une BASE AZOTÉE
- variable en fonction du nucléotide
- de nature purine ou pyrimidine


Un SUCRE à 5 atomes de carbone
- Le désoxyribose pour l’ADN
- Le ribose pour l’ARN

Un GROUPEMENT PHOSPHATE (ou acide phosphorique)
identique pour les nucléotides de l'ADN et de l'ARN.
I.
Les Acides Nucléiques
1) Les bases azotées
 bases puriques :
Noyau purine
ADENINE
GUANINE
(ADN/ARN)
(ADN/ARN)
 bases
pyrimidiques :
Noyau
pyrimidine
THYMINE
CYTOSINE
(ADN)
(ADN/ARN)
URACILE
(ARN)
I.
Les Acides Nucléiques
2) Les sucres
Le ribose pour l’ARN
β ribofuranose
Le désoxyribose pour l’ADN
β 2-désoxyribofuranose
I.
A
G
Les Acides Nucléiques
C
ribose
ARN
U
A
G
désoxyribose
ADN
C
T
I. Les Acides
Nucléiques
La liaison N-Osidique
 Base + sucre
L’atome d’azote n°1 des pyrimidines ou l’atome n°9 des purines établit
une liaison N- Osidique avec le carbone n°1’ du sucre.
I.
Les Acides Nucléiques
 Base + sucre + phosphate = NUCLEOTIDE
Dans les cellules les nucléosides sont retrouvés sous forme mono, diet triphosphates
L’enchaînement des nucléotides sera à l’origine des acides nucléiques.
I.
Les Acides Nucléiques
Remarques

La nature du nucléotide est déterminée par la base azotée qu’il
contient.

Dans la séquence d'un brin d'ADN ou d'ARN, on nomme donc les
cinq nucléotides selon leur base azotée : A, G, C, T et U.
Complémentarité des bases lors de la formation de doubles brins :
I.
Les Acides Nucléiques
C.
L’ Acide DésoxyriboNucléique ou ADN



Molécule support de l'information génétique héréditaire :
Les gènes sont des segments d'ADN.
C'est un des constituants des chromosomes.
 L'ADN forme des pelotes microscopiques :
- Situées dans le noyau chez les eucaryotes,
- Situées directement dans le cytoplasme de la cellule chez les procaryotes.

les molécules d'ADN déroulées s'étirent en un très long fil :
enchaînement (séquence) précis d'unités élémentaires que sont
les désoxy ribonucléotides.

Structure l'ADN : formée de deux brins complémentaires enroulés en
hélice (double hélice).
I.
Les Acides Nucléiques
1) Structure de l’ADN
 Enchaînement des désoxyribonucléotides
I.
Les Acides Nucléiques
 Macromolécule double brin
Les 2 brins sont antiparallèles
 Squelette désoxyribo-phosphate
I.
 La double hélice
Les Acides Nucléiques
2) Propriétés de l’ADN
D. L’ Acide RiboNucléique ou ARN
Molécules ayant de très nombreuses fonctions dans la cellule.

L'ARN transporte l'information génétique des molécules
d'ADN (noyau) aux ribosomes contenus dans le cytoplasme
des cellules.

L'ARN est constitué par l'assemblage de ribonucléotides.

Il existe de nombreuses familles d'ARN (ARNr, ARNm, ARNt,
snARN...).
Chacune assure une fonction particulière
Différences ADN/ARN
 ADN= desoxyribose plus stable, primordial compte
tenu de l’importance de l’ADN
 ADN forme double brin pour la « sauvegarde » de
l’information d’une chaîne par rapport à l’autre
PLAN
II.
Architecture de l’ADN procaryote et eucaryote
A.
Génome nucléaire humain
1) ADN et chromatine
2) Structure de la chromatine
3) De l’enchaînement nucléosomique au chromosome
B.
ADN des bactéries
II. Architecture de l’ADN
A.
Génome nucléaire humain (eucaryote)
1) ADN et chromatine
 L’ADN humain est fortement associé à des protéines :
 Protéines histones
 Protéines non histones
 ADN + protéines = la chromatine
Ø 2 nm
Fibre de 2 nanomètres



Condensation
L'ADN est associé à des protéines appelées « histones ».
Chez les eucaryotes il est localisé dans le noyau de la cellule
et replié d'une manière ordonnée qui assure le stockage d'une
grande quantité d'ADN.

Dans le plus petit chromosome humain s’il était étendu il
aurait une longueur de 14 000 microns (14 cm).
Dans son état le plus condensé lors de la mitose il mesure 2
microns, soit une condensation d'un facteur 7 000.
II. A
2) Structure de la chromatine
Cette condensation ne se fait pas en une seule fois, mais par plusieurs niveaux
Le premier niveau est constitué par l'enroulement de l'ADN autour d'un noyau protéique
pour produire une "perle " appelée le nucléosome,
Le second niveau est l'enroulement des perles dans une structure
hélicoidale appelée la fibre
II A 3) De l’enchaînement nucléotidique au chromosome
STRUCTURE DE L’ADN
Structure primaire
La chaine polypeptidique est formée de condensation de
nucléotides
Structure secondaire
Les 2 chaînes d’ADN sont
•Complémentaires AT/CG
•Antiparallèles
•Hélicoïdales
Liaisons hydrogènes et forces de van der Waals entre les
2 chaînes d’ADN
CONTRÔLE DE LA COMPACTION DE L’ADN
 Pour que l’ADN puisse être transcrit ou répliqué, il doit être moins
condensé et plus accessible à la machinerie enzymatique
 Importance du rôle des protéines histones et non histones dans la
régulation de l’expression des gènes
 Un procaryote (du latin pro, « avant », et du grec
caryon, « noyau ») est un être vivant unicellulaire dont
la structure cellulaire ne comporte pas de noyau
 Un eucaryote est un organisme vivant possédant un
noyau isolé du cytoplasme par une membrane et qui
contient de l'ADN.
B.
ADN des bactéries (procaryote)
 Pas de structure aussi régulière que chez les eucaryotes
 Présence de protéines qui ressemble à des histones : protéines HU
 Structure plus flexible et plus accessible que chez les eucaryotes
(division cellulaire plus rapide)
III. Réplication de l’ADN
A. La réplication procaryote
1) Généralités
2) Mécanisme
B. Eucaryotes / Procaryotes
III. Réplication de l’ADN
A.
La réplication procaryote
1) Généralités
 Semi – conservative
 Une seule origine de réplication
 Génération de 2 fourches de réplication symétriques
III. Réplication de l’ADN
Réplication :
Formation de nouveaux brins d’ADN à partir des 2 brins initiaux
= TRANSMISSION des informations contenues dans l’ADN
de génération en génération
2) Mécanisme
 ADN polymérases (ADN Pol) = complexe enzymatique .
 Production de 2 cellules filles identiques = même patrimoine
génétique que cellule mère
III. Réplication de l’ADN
Sens de réplication
3’
5’
Pol
3’
5’
Eucaryotes / Procaryotes
 ADN Eucaryote
 ADN Procaryote
 Structure régulière
 Structure irrégulière
 + Histones  chromatine
 Protéines ≈ histones
 Moins accessible (nucléosomes)
 Plus flexible et plus accessible
 Division cellulaire plus lente
 Division cellulaire rapide
 Nombreuses origines de réplication
 1 seule origine de réplication
(longueur ADN)
 Transcription et traduction
simultanées
 1,5% d’ADN codant
 ADN codant +++
IV. Le génome Humain
 Le génome = ensemble de l’information héréditaire
d’un organisme, présente en totalité dans chaque
cellule de l’organisme
 Même espèce, 0.1% différence entre 2 génomes de
personnes non apparentés
 Le génome nucléaire
 Les chromosomes : 24 molécules différentes.

22 autosomes

2 chromosomes sexuels (X et Y)
 Code pour environ 30 000 gènes.
 Le génome mitochondrial
 Petit ADN circulaire (16,6 Kb) contenu dans la mitochondrie.
 Code pour 37 gènes.
 Plusieurs copies par cellule.
 Transmis par la mère.
Caractéristiques ADN
Taille (Mégabases)
 Bactéries (EC) : 4500 gènes
 Insecte :
 Plante :
 Souris :
 Homme :
 Amoebia..
15 000 gènes
25 000 gènes
30 000 gènes
26 500 gènes
675 000 gènes…
4.6
170
140
2500
3000
La quantité d’ADN n’est pas proportionnelle à la complexicité d’un
organisme
ADN GÉNIQUE :
 ADN codant (exons)
code pour ARNm (Protéines)
 ADN non codant
code pour ARNr et ARNt
séquences régulatrices
introns
Notion de gène
Gène:
Unité fonctionnelle et physique élémentaire de l’hérédité
qui transmet l’information d’une génération à la suivante.
Un fragment d’ADN, constitué d’une région transcrite
et de séquences régulatrices.
Procaryote
Eucaryote
Promoteur
Stop
Promoteur
Stop
Intron
Exon1
Exon2
Codant

projet Génome humain début des années 1990

séquencer les 3 milliards de nucléotides du génome humain, dont seuls 3%
correspondent à la partie "codante" des gènes

recherche des gènes impliqués dans les maladies génétiques

La connaissance d'un gène dont la mutation provoque une maladie
génétique permet la mise au point d'un test diagnostic à partir de l'ADN

faciliter l'identification des facteurs génétiques de susceptibilité aux maladies
communes (composante génétique et multitude de facteurs contribuant chacun
pour une faible part, interagissant avec les facteurs de l'environnement de façon
complexe)
Le séquencage haut débit en génétique humaine : une révolution

En résumé…
ADN (Acide DésoxyriboNucléique)
 chaine polypeptidique de nucléotides
 Structure: deux brins complémentaires




enroulés en hélice (double hélice).
Situé dans le noyau
Support de l'information génétique
héréditaire
Les gènes sont des segments d'ADN
C'est un des constituants des chromosomes