Sommaire détaillé - Nouveautés des diffusés Lavoisier

ix
Le monde des cellules animales est représenté par un ver, une mouche,
une souris et l’homme 36
Les études sur Drosophila ont fourni la clé du développement des
vertébrés 37
Le génome des vertébrés est le produit de duplications répétées 38
La redondance génétique est un problème pour les généticiens mais
offre plus d’opportunités aux organismes qui évoluent 39
La souris sert de modèle pour les mammifères 39
Les humains permettent de décrire leurs propres particularités 40
Nous sommes tous différents dans le détail 41
Résumé 42
Problèmes 42
Références 44
Chapitre 2 Chimie et biosynthèse cellulaires 45
COMPOSANTS CHIMIQUES DE LA CELLULE 45
Les cellules sont constituées d’un petit nombre de types d’atomes 45
Les électrons les plus externes déterminent les interactions entre les
atomes 46
Les liaisons covalentes se forment par partage d’électrons 48
Il y a différents types de liaisons covalentes 50
Un atome se comporte souvent comme s’il avait un rayon fi xe 51
L’eau est la substance la plus abondante dans les cellules 51
Certaines molécules polaires sont des acides ou des bases 52
Quatre types d’interactions non covalentes facilitent le rapprochement
des molécules dans la cellule 53
Une cellule est formée de composés du carbone 54
Les cellules contiennent quatre familles principales de petites
molécules organiques 55
Les sucres fournissent une source d’énergie pour la cellule et sont
les sous-unités des polysaccharides 55
Les acides gras sont des composants de la membrane cellulaire, mais
aussi une source d’énergie 58
Les acides aminés sont les sous-unités des protéines 59
Les nucléotides sont les sous-unités de l’ADN et de l’ARN 61
La chimie de la cellule est dominée par des macromolécules aux
propriétés remarquables 62
Des liaisons non covalentes défi nissent à la fois la forme précise
d’une macromolécule et sa liaison aux autres molécules 63
Résumé 65
CATALYSE ET UTILISATION DE L’ÉNERGIE
PAR LES CELLULES 65
Le métabolisme cellulaire est organisé par les enzymes 66
L’ordre biologique est rendu possible par la libération par la cellule
d’énergie thermique 66
Les organismes photosynthétiques utilisent la lumière solaire pour
synthétiser les molécules organiques 68
Les cellules obtiennent l’énergie par oxydation des molécules
organiques 70
Oxydation et réduction mettent en jeu un transfert d’électrons 71
Les enzymes abaissent les barrières qui bloquent les réactions
chimiques 72
Comment les enzymes trouvent-elles leurs substrats : la très grande
rapidité des mouvements moléculaires 74
La variation d’énergie libre d’une réaction détermine si celle-ci est
possible 75
La concentration en réactifs infl uence la variation d’énergie libre
et la direction de la réaction 76
Chapitre 1 Cellules et génomes 1
CARACTÈRE UNIVERSEL DES CELLULES SUR LA TERRE 1
Toutes les cellules stockent leur information génétique à l’aide du
même code chimique linéaire (ADN) 2
Toutes les cellules reproduisent leur information génétique par
polymérisation à partir d’une matrice 3
Toutes les cellules transcrivent des portions de leur information
génétique en une même forme intermédiaire (ARN) 4
Toutes les cellules utilisent les protéines comme catalyseurs 5
Toutes les cellules traduisent l’ARN en protéines de la même manière 6
Le fragment d’information génétique correspondant à une protéine
est un gène 7
La vie a besoin d’énergie libre 8
Toutes les cellules sont des usines biochimiques qui utilisent les mêmes
unités de construction moléculaire 8
Toutes les cellules sont entourées d’une membrane plasmique
à travers laquelle doivent passer les nutriments et les déchets 9
Une cellule vivante a besoin de moins de 500 gènes pour exister 10
Résumé 11
DIVERSITÉ DES GÉNOMES ET ARBRE PHYLOGÉNÉTIQUE 11
Les cellules peuvent utiliser une grande variété de sources
d’énergie libre 12
Certaines cellules fi xent l’azote et le gaz carbonique pour les autres 13
La plus grande diversité biochimique est trouvée parmi les cellules
procaryotes 14
L’arbre de la vie comporte trois branches primitives : les bactéries,
les archéobactéries et les eucaryotes 15
Certains gènes évoluent rapidement ; d’autres sont très conservés 16
La plupart des bactéries et des archéobactéries ont 1 000 à
6 000 gènes 17
Les nouveaux gènes proviennent de gènes préexistants 18
Les duplications de gènes donnent naissance à des familles de gènes
apparentés dans une même cellule 19
Les gènes peuvent être transférés d’un organisme à un autre, au
laboratoire et dans la nature 21
Les échanges horizontaux des informations génétiques dans une
espèce sont introduits par la reproduction sexuée 22
La fonction d’un gène peut souvent être déduite de sa séquence 22
Plus de 200 familles de gènes sont communes aux trois
embranchements primaires de l’arbre phylogénétique 23
Les mutations révèlent les fonctions des gènes 23
Les biologistes moléculaires se sont focalisés sur l’étude d’E. coli 24
Résumé 26
INFORMATION GÉNÉTIQUE CHEZ LES EUCARYOTES 26
Les cellules eucaryotes étaient peut-être, à l’origine, des prédateurs 26
Les cellules eucaryotes modernes ont évolué à partir d’une symbiose 27
Les eucaryotes ont des génomes hybrides 30
Les génomes des eucaryotes sont gros 30
Les génomes des eucaryotes sont riches en séquences d’ADN
régulatrices 31
Le génome défi nit le programme de développement multicellulaire 31
De nombreux eucaryotes vivent sous forme d’une cellule isolée : les
protistes 32
Une levure sert de modèle eucaryote minimal 33
Les niveaux d’expression de tous les gènes d’un organisme peuvent
être contrôlés simultanément 34
Pour comprendre les cellules, nous avons besoin de mathématiques,
d’ordinateurs et d’informations quantitatives 35
Arabidopsis a été choisi parmi 300 000 espèces comme modèle
végétal 36
Sommaire détaillé
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x Sommaire détaillé
La force de liaison est mesurée par la constante d’équilibre 157
Les enzymes sont de puissants catalyseurs hautement spécifi ques 158
La liaison au substrat est la première étape de la catalyse
enzymatique 159
Les enzymes accélèrent les réactions en stabilisant sélectivement
les états de transition 160
Les enzymes peuvent utiliser simultanément la catalyse acide et la
catalyse basique 160
Le lysozyme illustre le fonctionnement d’une enzyme 161
De petites molécules fortement liées ajoutent des fonctions
supplémentaires aux protéines 166
Des tunnels moléculaires canalisent les substrats dans les enzymes
comportant plusieurs sites catalytiques 167
Les complexes multienzymatiques permettent d’accélérer le
métabolisme cellulaire 168
La cellule régule l’activité catalytique de ses enzymes 169
Les enzymes allostériques possèdent deux sites de liaison, voire plus,
qui interagissent 171
Deux ligands dont les sites de liaison sont couplés modifi ent
réciproquement la liaison l’un de l’autre 171
L’assemblage symétrique de protéines forme des transitions
allostériques coopératives 172
La structure atomique détaillée de la transition allostérique de
l’aspartate transcarbamylase est connue 173
De nombreuses modifi cations de forme des protéines sont produites
par phosphorylation 175
Une cellule eucaryote contient une grande collection de protéine-
kinases et de protéine-phosphatases 176
La régulation des protéine-kinases Cdk et Src montre qu’une protéine
peut fonctionner comme une puce électronique 177
Les protéines qui se lient au GTP et l’hydrolysent sont des régulateurs
cellulaires ubiquitaires 178
Des protéines de régulation contrôlent l’activité des protéines de
liaison au GTP en déterminant la liaison d’un GDP ou d’un GTP 179
Les mouvements de grosses protéines peuvent être produits par de
petites protéines 179
Les protéines motrices entraînent de grands déplacements dans les
cellules 181
Des transporteurs liés à la membrane utilisent de l’énergie pour
pomper des molécules à travers la membrane 182
Les protéines forment souvent de gros complexes qui fonctionnent
comme des machines protéiques 184
Les machines protéiques avec leurs parties interchangeables
utilisent effi cacement l’information génétique 184
L’activation des machines protéiques suppose souvent de les
positionner sur des sites spécifi ques 185
De nombreuses protéines sont contrôlées par des modifi cations
covalentes sur plusieurs sites 186
Un réseau complexe d’interactions protéiques est à la base de la
fonction cellulaire 187
Résumé 190
Problèmes 191
Références 193
Chapitre 4 ADN, chromosomes
et génomes 195
STRUCTURE ET FONCTION DE L’ADN 197
Une molécule d’ADN est composée de deux chaînes complémentaires
de nucléotides 197
La structure de l’ADN fournit un mécanisme à l’hérédité 199
Chez les eucaryotes, l’ADN est enfermé dans le noyau cellulaire 200
Résumé 201
L’ADN CHROMOSOMIQUE ET SON EMPAQUETAGE
DANS LA FIBRE DE CHROMATINE 202
L’ADN eucaryote est empaqueté dans un ensemble de chromosomes 202
Les chromosomes contiennent de longues fi les de gènes 204
La séquence des nucléotides du génome humain indique comment
les gènes sont disposés chez l’homme 205
La comparaison des génomes révèle des séquences d’ADN
conservées au cours de l’évolution 207
Les chromosomes se présentent sous différents états au cours de la vie
d’une cellule 208
Chaque molécule d’ADN qui forme un chromosome linéaire doit
contenir un centromère, deux télomères et des origines de
réplication 209
Les molécules d’ADN sont très condensées dans les chromosomes 210
Les nucléosomes sont les unités de structure de base des chromosomes
eucaryotes 211
Pour les réactions séquentielles, les valeurs de ΔG° s’ajoutent 77
Des molécules de transport activées sont indispensables à la
biosynthèse 78
La formation d’un transporteur enrichi en énergie est couplée à une
réaction énergétiquement favorable 79
L’ATP est la molécule de transport d’énergie la plus utilisée 80
L’énergie stockée dans l’ATP est souvent utilisée pour unir deux
molécules 81
NADH et NADPH sont d’importants transporteurs d’électrons 82
Il existe beaucoup d’autres molécules de transport dans les cellules 83
La synthèse des polymères biologiques nécessite un apport
d’énergie 84
Résumé 87
COMMENT LES CELLULES TIRENT LEUR ÉNERGIE
DES ALIMENTS 88
La glycolyse est une voie métabolique centrale de production d’ATP 88
La fermentation permet de produire de l’ATP en l’absence d’oxygène 89
La glycolyse illustre la manière dont les enzymes couplent l’oxydation
au stockage de l’énergie 91
Les organismes stockent les molécules alimentaires dans des
réservoirs spéciaux 91
Entre les repas, la plupart des cellules animales tirent leur énergie
des acides gras 95
Les sucres et les graisses sont dégradés en acétyl CoA dans les
mitochondries 96
Le cycle de l’acide citrique génère du NADH par oxydation des
groupements acétyle en CO2 97
Le transport d’électrons entraîne la synthèse de la majorité de l’ATP
dans la plupart des cellules 100
Les acides aminés et les nucléotides font partie du cycle de l’azote 100
Le métabolisme est organisé et régulé 101
Résumé 103
Problèmes 103
Références
Chapitre 3 Protéines 125
FORME ET STRUCTURE DES PROTÉINES 125
La forme d’une protéine est spécifi ée par sa séquence d’acides aminés 125
Les protéines se replient en une conformation de plus faible énergie 130
L’hélice α et le feuillet β sont des types de repliement fréquents 131
Les domaines protéiques sont des unités modulaires à partir
desquelles des protéines plus grandes sont construites 135
Parmi les nombreuses chaînes polypeptidiques possibles, peu seront
utiles aux cellules 136
Les protéines peuvent être classées en un grand nombre de familles 137
Les recherches de séquences homologues permettent d’identifi er
les proches parents 139
Certains domaines protéiques participent à de nombreuses protéines
différentes 140
Certaines paires de domaines sont retrouvées associées dans de
nombreuses protéines 141
Le génome humain code un ensemble complexe de protéines
et en a révélé beaucoup que nous ne connaissions pas encore 142
Les grosses molécules protéiques contiennent souvent plus d’une
chaîne polypeptidique 142
Certaines protéines forment de longs fi laments hélicoïdaux 143
De nombreuses molécules protéiques ont des forme allongées et
fi breuses 145
De nombreuses protéines contiennent une quantité étonnamment
grande de chaînes polypeptidiques non structurées 146
Les protéines extracellulaires sont souvent stabilisées par des liaisons
transversales covalentes 147
Les protéines servent souvent de sous-unités d’assemblage pour former
des grosses structures 148
Beaucoup de structures cellulaires peuvent s’auto-assembler 149
La formation de structures biologiques complexes est souvent facilitée
par des facteurs d’assemblage 151
Résumé 152
FONCTION DES PROTÉINES 152
Toutes les protéines se lient à d’autres molécules 153
La conformation de la surface d’une protéine détermine son activité
chimique 154
La comparaison des séquences entre les membres d’une famille
de protéines fait apparaître des sites de liaison décisifs 155
Les protéines se lient à d’autres protéines par l’intermédiaire de
plusieurs types d’interfaces 156
Les sites de liaison aux anticorps sont particulièrement capables
d’adaptation 156
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Sommaire détaillé xi
Chapitre 5 Réplication, réparation
et recombinaison de l’ADN 263
CONSERVATION DES SÉQUENCES ADN 263
Les taux de mutations sont extrêmement bas 263
Un taux bas de mutations est nécessaire à la vie telle que nous la
connaissons 265
Résumé 265
MÉCANISMES DE RÉPLICATION DE L’ADN 266
L’appariement des bases est à l’origine de la réplication et de la
réparation de l’ADN 266
La fourche de réplication de l’ADN est asymétrique 266
La haute-fi délité de la réplication de l’ADN nécessite plusieurs
mécanismes de vérifi cation 268
Seule la réplication de l’ADN dans la direction 5’→3’ permet une
correction effi cace des erreurs 271
Une enzyme particulière catalysant la polymérisation de nucléotides
synthétise de courtes molécules d’ARN amorce sur le brin retardé 272
Des protéines particulières facilitent l’ouverture de la double hélice
d’ADN en avant de la fourche de réplication 273
La molécule d’ADN polymérase qui se déplace le long de l’ADN
reste connectée grâce à un anneau coulissant 273
Les protéines situées à la fourche de réplication coopèrent pour
former la machine réplicative 275
Un système de réparation des mésappariements contrôlé par le brin
d’ADN enlève les erreurs de réplication qui ont échappé à la
machinerie de la réplication 276
Les ADN topo-isomérases empêchent que l’ADN ne s’emmêle
pendant la réplication 278
La réplication de l’ADN est fondamentalement similaire
chez les eucaryotes et les bactéries 280
Résumé 281
INITIATION ET FIN DE LA RÉPLICATION DE L’ADN
DANS LES CHROMOSOMES 281
La synthèse de l’ADN commence aux origines de réplication 281
Les chromosomes bactériens n’ont généralement qu’une seule
origine de réplication de l’ADN 282
Les chromosomes eucaryotes contiennent de multiples origines de
réplication 282
Chez les eucaryotes, la réplication de l’ADN ne s’effectue que pendant
une partie du cycle cellulaire 284
Différentes régions du même chromosome se répliquent à des
moments différents au cours de la phase S 285
La chromatine fortement condensée se réplique tardivement, alors
que les gènes de la chromatine moins condensée ont tendance
à se répliquer précocement 285
Des séquences d’ADN bien défi nies servent d’origine de réplication
chez un eucaryote simple, la levure bourgeonnante 286
Un grand complexe comportant de multiples sous-unités se fi xe sur
les origines de réplication des eucaryotes 287
Les séquences d’ADN qui spécifi ent l’initiation de la réplication chez
les mammifères ont été diffi ciles à identifi er 288
De nouveaux nucléosomes s’assemblent à l’arrière de la fourche de
réplication 289
Les mécanismes de duplication des chromosomes eucaryotes
s’assurent que le motif particulier de la modifi cation des histones
peut être transmis 290
La télomérase réplique les extrémités des chromosomes 292
La longueur du télomère est régulée par les cellules et les organismes 293
Résumé 294
RÉPARATION DE L’ADN 295
Sans réparation de l’ADN, les lésions spontanées modifi eraient
rapidement les séquences d’ADN 296
La double hélice d’ADN est facilement réparée 296
Les dommages sur l’ADN peuvent être éliminés de plusieurs façons 297
Le couplage de la réparation de l’ADN à la transcription permet à
l’ADN le plus important pour la cellule d’être réparé effi cacement 299
La nature chimique des bases de l’ADN facilite la détection des
dommages 300
Des ADN polymérases spéciales sont utilisées pour les réparations
d’urgence de l’ADN 302
Les cassures des doubles brins sont effi cacement réparées 302
Les dommages causés à l’ADN retardent la progression du cycle
cellulaire 303
Résumé 304
RECOMBINAISON HOMOLOGUE 304
La recombinaison homologue a de multiples utilités dans la cellule 304
La recombinaison homologue a des caractéristiques communes dans
toutes les cellules 305
La structure du cœur du nucléosome révèle le mode d’empaquetage
de l’ADN 212
Les nucléosomes ont une structure dynamique et sont souvent
soumis à des modifi cations catalysées par des complexes
de remodelage de la chromatine dépendant de l’ATP 215
Les nucléosomes sont généralement compactés en une fi bre de
chromatine compacte 216
Résumé 218
RÉGULATIONS DE LA STRUCTURE CHROMATINIENNE 219
Quelques anciens mystères se rapportant à la structure de la
chromatine 220
L’hétérochromatine est hautement organisée et exceptionnellement
résistante à l’expression des gènes 220
Les histones du cœur subissent des modifi cations covalentes sur de
nombreux sites différents 222
La chromatine acquiert une variété supplémentaire par l’insertion de
petites quantités d’histones modifi ées sur des sites particuliers 224
Les modifi cations covalentes et les variants d’histones agissent de
concert pour produire un « code des histones » qui aide à
déterminer les fonctions biologiques 224
Un complexe de protéines de lecture et d’écriture du code peut
propager des modifi cations précises de la chromatine, sur de
longues distances, le long d’un chromosome 226
Des séquences garde-fou bloquent la propagation des complexes
de lecture-écriture et séparent deux domaines de proximité de
la chromatine 227
La chromatine des centromères révèle comment les histones
modifi ées peuvent créer des structures particulières 228
Les structures chromatiniennes peuvent être directement transmises
par hérédité 230
La structure des édifi ces chromatiniens ajoute des particularités
uniques aux fonctions des chromosomes d’eucaryotes 231
Résumé 233
STRUCTURE GLOBALE DES CHROMOSOMES 233
Les chromosomes sont repliés en larges boucles de chromatine 234
Les chromosomes polytènes sont exceptionnellement utiles pour
visualiser la structure de la chromatine 236
Il existe de nombreuses formes d’hétérochromatine 238
Les boucles de chromatine se décondensent quand les gènes qu’elles
contiennent sont exprimés 239
La chromatine peut se déplacer vers des sites particuliers du noyau
afi n d’altérer l’expression de ses gènes 239
Un réseau de macromolécules forme un ensemble d’environnements
biochimiques distincts à l’intérieur du noyau 241
Les chromosomes mitotiques sont formés à partir de la chromatine
dans son état le plus condensé 243
Résumé 245
COMMENT ÉVOLUENT LES GÉNOMES 245
Des altérations du génome peuvent être causées par des échecs
dans les mécanismes normaux de copie et d’entretien de l’ADN 246
Les différences entre les séquences des génomes de deux espèces
sont proportionnelles à la durée pendant laquelle celles-ci ont
évolué séparément 247
Les arbres phylogénétiques construits par comparaison des séquences
ADN permettent d’établir des relations entre tous les organismes 248
La comparaison des chromosomes humains et de souris montre
comment les structures de génomes divergent 249
La taille du génome d’un vertébré refl ète la vitesse relative des
additions et des pertes d’ADN dans une lignée 251
Nous pouvons reconstituer la séquence de quelques génomes anciens 251
La comparaison de séquences provenant de nombreuses espèces
a permis d’identifi er de longues séquences ADN à fonction
inconnue 252
Des modifi cations accélérées dans des séquences antérieurement
bien conservées peuvent aider à déchiffrer les étapes critiques
de l’évolution humaine 253
La duplication des gènes est une source importante de nouveauté
génétique au cours de l’évolution 253
Les gènes dupliqués divergent 254
L’évolution de la famille des gènes de la globine montre comment les
duplications de l’ADN contribuent à l’évolution des organismes 256
Des gènes codant de nouvelles protéines peuvent être créés
par recombinaison des exons 257
Souvent, des mutations silencieuses se disséminent jusqu’à ce qu’elles
se fi xent dans une population, avec une probabilité qui dépend
de la taille de cette population 257
L’analyse des différences génétiques entre les hommes peut beaucoup
nous apprendre 258
Résumé 260
Problèmes 260
Références 262
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xii Sommaire détaillé
L’épissage de l’ARN catalysé par le splicéosome a probablement
évolué à partir d’un mécanisme d’autoépissage 355
Les enzymes de maturation des ARN produisent l’extrémité 3’ des
ARNm des eucaryotes 357
Les ARNm matures des eucaryotes sont exportés du noyau
sélectivement 358
De nombreux ARN non codants sont également synthétisés et
transformés dans le noyau 360
Le nucléole est une usine qui produit des ribosomes 362
Le noyau contient diverses structures sub-nucléaires 363
Résumé 366
DE L’ARN AUX PROTÉINES 366
Une séquence d’ARNm est décodée par groupes de trois nucléotides 367
Les molécules d’ARNt font correspondre les acides aminés aux codons
de l’ARNm 368
Les ARNt sont modifi és de façon covalente avant de sortir du noyau 369
Des enzymes spécifi ques couplent chaque acide aminé à sa molécule
d’ARNt particulière 370
L’édition par les ARNt synthétases assure l’exactitude 371
Les acides aminés sont ajoutés à l’extrémité C-terminale de la chaîne
polypeptidique en croissance 373
Le message ARN est décodé sur les ribosomes 373
Les facteurs d’élongation font avancer la traduction et améliorent
son exactitude 377
Le ribosome est un ribozyme 378
Des séquences nucléotidiques de l’ARNm signalent où doit commencer
la synthèse protéique 379
Les codons d’arrêt marquent la fi n de la traduction 381
Les protéines sont fabriquées sur des polyribosomes 381
Il existe des variations mineures du code génétique standard 382
Les inhibiteurs de la synthèse protéique des procaryotes sont des
antibiotiques utiles 383
L’exactitude dans la traduction nécessite une dépense d’énergie
libre 385
Des mécanismes de contrôle de qualité opèrent pour prévenir la
traduction des ARNm endommagés 385
Certaines protéines commencent à se replier alors qu’elles sont
encore en cours de synthèse 387
Les molécules chaperons facilitent le repliement de nombreuses
protéines 388
Les régions hydrophobes exposées fournissent des signaux critiques
pour le contrôle de qualité des protéines 390
Le protéasome est une protéase compartimentée avec des sites actifs
isolés 391
Un système élaboré de conjugaison à l’ubiquitine marque les protéines
pour leur destruction 393
Beaucoup de protéines sont contrôlées par une destruction régulée 395
Les protéines mal repliées peuvent s’agréger et provoquer des maladies
destructrices chez l’homme 396
Il existe de nombreuses étapes entre l’ADN et les protéines 399
Résumé 399
LE MONDE ARN ET LES ORIGINES DE LA VIE 400
Le stockage des informations est nécessaire à la vie 401
Les polynucléotides peuvent stocker des informations et catalyser
des réactions chimiques 401
Un monde pré-ARN a probablement précédé le monde ARN 402
Les molécules d’ARN simples brins peuvent se replier en structures
extrêmement élaborées 403
Les molécules qui s’auto-répliquent subissent une sélection naturelle 404
Comment la synthèse protéique s’est-elle développée ? 407
Toutes les cellules actuelles utilisent l’ADN comme matériel
héréditaire 408
Résumé 408
Problèmes 409
Références 410
Chapitre 7 Contrôle de l’expression
des gènes 411
GÉNÉRALITÉS SUR LE CONTRÔLE DES GÈNES 411
Les différents types cellulaires d’un organisme multicellulaire
contiennent le même ADN 411
Les différents types cellulaires synthétisent différents ensembles de
protéines 412
Des signaux externes peuvent conduire une cellule à modifi er
l’expression de ses gènes 413
L’expression des gènes peut être contrôlée au niveau de nombreuses
étapes dans la voie allant de l’ADN aux ARN puis aux protéines 415
Résumé 415
La recombinaison homologue est guidée par l’appariement des bases
de l’ADN 305
La protéine RecA et ses homologues permettent à un ADN simple
brin de s’apparier avec une région homologue d’une double hélice
d’ADN 307
La migration de branche peut soit élargir les régions d’hétéroduplex,
soit libérer de l’ADN nouvellement synthétisé sous forme d’un
simple brin 308
La recombinaison homologue peut réparer sans faute une cassure
totale d’ADN double brin 308
Les cellules contrôlent avec soin le recours à la recombinaison
homologue pour réparer l’ADN 310
Des jonctions de Holliday sont souvent formées au cours des
processus de recombinaison homologue 311
La recombinaison au cours de la méiose commence avec une cassure
programmée de l’ADN double brin 312
La recombinaison homologue a souvent comme résultat une conversion
génique 314
La correction des mésappariements empêche la recombinaison
entre deux séquences d’ADN proches médiocrement appariées 315
Résumé 316
TRANSPOSITION ET RECOMBINAISON CONSERVATIVE
SPÉCIFIQUE DE SITE 316
Grâce à la transposition, les éléments génétiques mobiles peuvent
s’insérer dans n’importe quelle séquence ADN 317
Les transposons d’ADN se déplacent à la fois selon des mécanismes
de coupé-collé de l’ADN et selon des mécanismes réplicatifs 317
Certains virus utilisent un des mécanismes de transposition pour
pénétrer dans les chromosomes de la cellule hôte 319
Les rétrotransposons de type rétroviral ressemblent à des rétrovirus
dépourvus d’enveloppe protéique 320
Une grande partie du génome humain est composée de
rétrotransposons non rétroviraux 321
Différents éléments transposables prédominent dans différents
organismes 322
Les séquences du génome révèlent le moment approximatif
où les éléments transposables se sont déplacés dans le temps 323
La recombinaison conservative spécifi que de site peut réarranger
l’ADN de façon réversible 323
La recombinaison conservative spécifi que de site a été découverte
chez le bactériophage λ 324
La recombinaison conservative spécifi que de site est utilisée pour
activer et inactiver les gènes 324
Résumé 326
Problèmes 327
Références 328
Chapitre 6 Les cellules lisent le génome :
de l’ADN aux protéines 329
DE L’ADN À L’ARN 331
Des portions d’ADN sont transcrites en ARN 332
La transcription produit un ARN complémentaire d’un des deux brins
d’ADN 333
Les cellules produisent divers types d’ARN 335
Des signaux codés dans l’ADN indiquent à l’ARN polymérase où
commencer et où fi nir 336
Les signaux de début et de fi n de transcription sont des séquences
de nucléotides hétérogènes 338
L’initiation de la transcription chez les eucaryotes nécessite de
nombreuses protéines 339
L’ARN polymérase II nécessite des facteurs de transcription généraux 340
L’ARN polymérase II nécessite aussi des protéines activatrices,
un médiateur et des protéines qui modifi ent la chromatine 342
L’élongation de la transcription produit une tension superhélicoïdale
dans l’ADN 343
Chez les eucaryotes, l’élongation de la transcription est fortement
couplée à la maturation de l’ARN 345
L’addition d’une coiffe à l’ARN est la première modifi cation des pré-
ARNm des eucaryotes 346
L’épissage de l’ARN enlève les séquences d’intron des pré-ARNm
néotranscrits 347
Des séquences de nucléotides signalent où l’épissage doit se produire 349
Le splicéosome effectue l’épissage de l’ARN 349
Le splicéosome utilise l’hydrolyse de l’ATP pour produire une série
complexe de réarrangements ARN-ARN 351
D’autres propriétés des pré-ARNm et de leur synthèse aident à
expliquer le choix du site d’épissage correct 352
Un deuxième ensemble de RNPsn effectue l’épissage d’une petite
fraction de séquences d’introns chez les animaux et les végétaux 353
L’épissage de l’ARN présente une souplesse remarquable 355
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Sommaire détaillé xiii
Deux protéines qui répriment mutuellement leur synthèse
déterminent l’état transmissible du bactériophage lambda 457
Des circuits simples de régulation des gènes peuvent être utilisés
comme dispositifs mnésiques 458
Des circuits de transcription permettent à la cellule d’effectuer des
opérations logiques 459
La biologie de synthèse crée de nouveaux dispositifs à partir d’éléments
biologiques existants 460
Les rythmes circadiens sont fondés sur les boucles de rétrocontrôle
de la régulation des gènes 460
Une seule protéine régulatrice de gènes peut coordonner l’expression
d’un ensemble de gènes 462
L’expression d’une protéine régulatrice de gènes critique peut
déclencher l’expression de toute une batterie de gènes en aval 463
Le contrôle combinatoire des gènes engendre de nombreux types
cellulaires différents chez les eucaryotes 464
Une seule protéine régulatrice de gènes peut déclencher la formation
d’un organe entier 465
Le schéma des méthylations de l’ADN est transmissible lors de la
division des cellules de vertébrés 467
L’empreinte génomique parentale est basée sur la méthylation de
l’ADN 468
Des îlots riches en CG sont associés à de nombreux gènes chez les
mammifères 470
Les mécanismes épigénétiques assurent que des schémas stables
d’expression des gènes peuvent être transmis aux cellules fi lles 471
Des altérations de la structure chromatinienne sur toute la longueur
du chromosome peuvent être transmissibles 473
Le contrôle de l’expression des gènes est intrinsèquement bruyant 476
Résumé 477
CONTRÔLES POST-TRANSCRIPTIONNELS 477
L’atténuation de la transcription entraîne la fi n prématurée de
certaines molécules d’ARN 477
Les commutateurs ribonucléotidiques pourraient représenter une
ancienne forme de contrôle des gènes 478
L’épissage alternatif de l’ARN permet de produire différentes
formes d’une même protéine à partir du même gène 479
La défi nition du gène a dû être modifi ée depuis la découverte
de l’épissage alternatif 480
La détermination du sexe de Drosophila dépend d’une série
contrôlée d’événements d’épissage alternatif 481
Une modifi cation dans le site de coupure du transcrit ARN et
l’addition de poly-A peuvent modifi er l’extrémité C-terminale
d’une protéine 482
L’édition de l’ARN peut modifi er le sens du message ARN 483
Le transport de l’ARN à partir du noyau peut être régulé 485
Certains ARNm sont localisés dans des régions particulières du
cytoplasme 486
Les régions 5’ et 3’ non traduites de l’ARNm en contrôlent sa
traduction 488
La phosphorylation d’un facteur d’initiation module globalement la
synthèse des protéines 488
L’initiation sur des codons AUG situés en amont du point d’initiation
de la traduction peut moduler l’initiation de la traduction d’un
eucaryote 489
Les sites d’entrée internes aux ribosomes apportent des opportunités
supplémentaires pour le contrôle de la traduction 491
Des modifi cations de la stabilité des ARNm peuvent moduler
l’expression des gènes 492
L’addition de poly-A dans le cytoplasme peut moduler la traduction 493
Des petits transcrits d’ARN non codants modulent de nombreux
gènes animaux et végétaux 493
L’ARN interférent représente un mécanisme de défense de la
cellule 495
L’interférence d’ARN peut diriger la formation d’hétérochromatine 496
L’ARN interférent est devenu un instrument de recherche puissant 497
Résumé 497
Problèmes 497
Références 499
Chapitre 8 Manipulation des protéines,
l’ADN et l’ARN 501
ISOLATION DES CELLULES ET CULTURE CELLULAIRE 501
Des cellules peuvent être isolées à partir de tissus intacts 502
Les cellules peuvent pousser en culture 502
Les lignées cellulaires eucaryotes sont largement utilisées en tant que
source homogène de cellules 505
Les cellules souches embryonnaires pourraient révolutionner la
médecine 505
MOTIFS DE LIAISON À L’ADN DANS LES PROTÉINES
RÉGULATRICES DE GÈNES 416
Les protéines régulatrices de gènes ont été découvertes grâce à la
génétique bactérienne 416
L’extérieur de l’hélice d’ADN peut être lu par des protéines 416
De courtes séquences ADN sont des composantes fondamentales
des commutateurs génétiques 418
Les protéines régulatrices de gènes portent des motifs structuraux
qui peuvent lire les séquences ADN 418
Le motif hélice-tour-hélice est l’un des plus simples et des plus
communs des motifs de liaison à l’ADN 419
Les protéines à homéodomaines constituent une classe spéciale de
protéines de type hélice-tour-hélice 420
Il existe plusieurs types de motifs en doigt à zinc se liant à l’ADN 421
Les feuillets β peuvent aussi reconnaître l’ADN 422
Certaines protéines utilisent des boucles qui entrent dans le grand
et le petit sillon pour reconnaître l’ADN 423
La glissière à leucine sert d’intermédiaire à la fois pour la liaison
à l’ADN et pour la dimérisation des protéines 423
L’hétérodimérisation augmente le répertoire des séquences ADN
reconnues par les protéines régulatrices de gènes 424
Le motif hélice-boucle-hélice est aussi un intermédiaire dans la
dimérisation et la liaison à l’ADN 425
Il n’est pas encore possible de prévoir les séquences ADN reconnues
par toutes les protéines régulatrices de gènes 426
Un test de retard sur gel détecte les protéines de liaison à des
séquences spécifi ques de l’ADN 427
La chromatographie d’affi nité de l’ADN facilite la purifi cation des
protéines de liaison à l’ADN spécifi ques de séquences 428
La séquence ADN reconnue par une protéine régulatrice de gènes
peut être déterminée expérimentalement 429
Les empreintes phylogénétiques identifi ent les séquences régulatrices
grâce à la génomique comparative 431
L’immunoprécipitation de la chromatine identifi e de nombreux
sites ADN occupés par des protéines régulatrices de gènes
dans les cellules vivantes 431
Résumé 432
MODE DE FONCTIONNEMENT DES COMMUTATEURS
GÉNÉTIQUES 432
Le répresseur du tryptophane est un commutateur simple qui active
et inactive les gènes chez les bactéries 433
Les activateurs de transcription activent les gènes 435
Un activateur transcriptionnel et un répresseur transcriptionnel
contrôlent l’opéron Lac 435
L’ADN fait des boucles particulières au cours de la régulation
des gènes bactériens 437
Les bactéries utilisent des sous-unités d’ARN polymérase inter-
changeables pour faciliter le contrôle de la transcription
des gènes 438
Des commutateurs complexes ont évolué pour contrôler la
transcription des gènes chez les eucaryotes 439
Chez les eucaryotes, la région contrôlant le gène comprend un
promoteur et des séquences ADN régulatrices 440
Les protéines activatrices de gènes eucaryotes facilitent l’assemblage
de l’ARN polymérase et des facteurs généraux de la transcription 441
Les protéines activatrices de gènes eucaryotes modifi ent aussi
la structure locale de la chromatine 442
Les protéines activatrices de gènes travaillent en synergie 444
Les protéines répresseurs de gènes des eucaryotes peuvent inhiber
la transcription de différentes façons 445
Les protéines régulatrices de gènes des eucaryotes se lient souvent
à l’ADN avec coopérativité 445
Les commutateurs génétiques complexes qui contrôlent le
développement de Drosophila sont formés à partir de modules
plus petits 447
Le gène Eve de Drosophila est régulé par des contrôles combinatoires 448
Les régions complexes de contrôle de gènes des mammifères sont
aussi construites à partir de modules régulateurs simples 450
Les isolateurs sont des séquences d’ADN qui empêchent les
protéines régulatrices de gènes eucaryotes d’infl uencer des gènes
distants 452
Les commutateurs de gènes évoluent rapidement 453
Résumé 453
LES MÉCANISMES GÉNÉTIQUES MOLÉCULAIRES QUI
CRÉENT LES DIFFÉRENTS TYPES CELLULAIRES SPÉCIALISÉS 454
Les réarrangements de l’ADN servent de médiateur aux changements
de phase des bactéries 454
Un ensemble de protéines régulatrices de gènes détermine le type
cellulaire chez une levure bourgeonnante 455
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