Lernzettel: Génétique moléculaire et mendélienne

📋 Plan du Cours

1. Nucléotides et acides nucléiques
2. Structure et polymérisation de l’ADN
3. Principes généraux de réplication
4. Synthèse des brins et Okazaki
5. Télomères et génome humain
6. Variabilité et transmission allélique
7. Transcription et maturation des ARNm
8. Code génétique et mutations
9. Acteurs et étapes de traduction

📖 1. Nucléotides et acides nucléiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Nucléotide : Associe une base azotée, un pentose et un groupement phosphate.
• Acides nucléiques : Des enchaînements linéaires de nucléotides, aussi appelés nucléosides monophosphates.

📝 Points essentiels

• Les bases puriques sont l’adénine et la guanine, tandis que les bases pyrimidiques sont l’uracile, la cytosine et la thymine.

• Un nucléoside résulte de l’association d’une base azotée avec un pentose, tandis qu’un nucléotide résulte de l’association d’un nucléoside avec un groupement phosphate.

• Le ribose est le pentose de l’ARN, tandis que le désoxyribose est celui de l’ADN.

📖 2. Structure et polymérisation de l’ADN

🔑 Notions clés & Définitions

• ADN : Formé de deux chaînes hélicoïdales complémentaires et antiparallèles.

★ À maîtriser

• Dans l’ADN, une base purique s’apparie toujours avec une base pyrimidique par des liaisons hydrogène faibles.

📐 Formule — Dans une molécule d’ADN bicaténaire, les proportions de bases vérifient $A=T$ et $G=C$.

• La polymérisation de l’ADN relie des désoxyribonucléotides par des liaisons phosphodiester et progresse toujours dans le sens 5’→3’ à partir d’une extrémité 3’-OH libre.

Compléments

• La double hélice d’ADN comporte 10 paires de bases par tour, un tour mesure 3,4 nm et la distance entre deux bases successives est de 0,34 nm.

📖 3. Principes généraux de réplication

🔑 Notions clés & Définitions

• Réplication semi-conservative : Produit deux molécules d’ADN filles possédant chacune un brin parental et un brin néosynthétisé.
• Réplicon : Une unité de réplication constituée de deux fourches issues d’une origine de réplication.
• ADN polymérase : Synthétise l’ADN dans le sens 5’→3’ à partir de dNTP et son activité exonucléasique 3’→5’ corrige les nucléotides erronés.

★ À maîtriser

• La réplication de l’ADN se déroule pendant la phase S du cycle cellulaire.

Compléments

• Chez les eucaryotes, 10^4 à 10^6 réplicons peuvent être activés simultanément, tandis que les procaryotes ne possèdent qu’une seule origine de réplication.

📖 4. Synthèse des brins et Okazaki

🔑 Notions clés & Définitions

• Primase : Synthétise sans amorce une courte amorce d’ARN dans le sens 5’→3’ à partir d’une matrice d’ADN, en consommant des NTP.
• Fragment d’Okazaki : Un segment d’ADN synthétisé de manière discontinue dans le sens 5’→3’ sur le brin tardif à partir d’une amorce d’ARN.

★ À maîtriser

• Chez les procaryotes, l’ADN polymérase III assure l’élongation continue du brin direct, tandis que l’ADN polymérase I intervient sur le brin discontinu.

• L’ADN polymérase I élimine les amorces d’ARN par son activité exonucléasique 5’→3’, comble les brèches, puis l’ADN ligase relie les fragments par une liaison phosphodiester.

Compléments

• La réplication procaryote comprend le déroulement par les hélicases, la séparation et la stabilisation des brins, la synthèse continue du brin direct, la synthèse discontinue du brin tardif puis la ligation des fragments.

📖 5. Télomères et génome humain

🔑 Notions clés & Définitions

• Télomères : Des séquences situées aux extrémités des chromosomes et ils raccourcissent à chaque cycle de réplication lorsque l’amorce terminale ne peut pas être remplacée.
• Télomérase : Allonge les extrémités télomériques en apportant une matrice d’ARN et en synthétisant un brin d’ADN dans le sens 5’→3’ grâce à son activité d’ADN polymérase ARN dépendante.

📝 Points essentiels

• Le génome humain comprend un génome nucléaire compacté dans les chromosomes et un génome mitochondrial.

• Chaque noyau humain comporte généralement 22 paires de chromosomes homologues, l’un maternel et l’autre paternel, ainsi que deux chromosomes sexuels.

💡 Astuce mémo

Amorce terminale absente → télomère raccourci

📖 6. Variabilité et transmission allélique

🔑 Notions clés & Définitions

• Génotype : L’ensemble de la constitution génétique d’un individu.
• Allèle : Une version alternative d’un locus génétique, c’est-à-dire d’une région chromosomique d’intérêt.
• Phénotype : Correspond à l’apparition des caractères et résulte de l’interaction entre le génotype et l’environnement.
• Polymorphisme : Une variation de la séquence d’ADN présentant au moins deux formes alléliques et une fréquence supérieure ou égale à 1 % dans une population.

★ À maîtriser

• Un individu homozygote possède deux allèles identiques à un locus, tandis qu’un individu hétérozygote possède deux allèles différents.

• Une anomalie somatique n’est pas transmise à la descendance, tandis qu’une anomalie germinale peut être héritée.

Compléments

• Les quatre catégories de variation sont le variant neutre ou silencieux, le variant à conséquence fonctionnelle sans phénotype pathologique, le variant de signification incertaine et la mutation entraînant une maladie génétique.

💡 Astuce mémo

Somatique non transmissible, germinale héritable

📖 7. Transcription et maturation des ARNm

🔑 Notions clés & Définitions

• Transcription : Transforme un ADN double brin en ARN simple brin dans le noyau grâce à une ARN polymérase ADN dépendante.
• Épissage : Élimine les introns du transcrit primaire afin de conserver les séquences exoniques dans l’ARNm mature.

★ À maîtriser

• Les ARNr structurent les ribosomes et participent à la traduction, les ARNt interviennent dans la synthèse protéique, et les ARNm portent l’information codant une protéine après maturation.

• L’ARN transcrit est complémentaire du brin d’ADN matrice antisens et sa séquence correspond au brin codant sens, sauf que l’uracile remplace la thymine.

• La transcription comprend l’initiation au promoteur, l’élongation de l’ARN dans le sens 5’→3’ par ajout de ribonucléotides à l’extrémité 3’-OH, puis la terminaison déclenchée par des signaux spécifiques.

• La maturation des ARNm comprend l’ajout d’une coiffe 7-méthylguanosine en 5’, l’épissage des introns et l’ajout d’une queue polyA en 3’.

Compléments

• Le promoteur se situe en 5’ du site +1 et peut contenir une TATA box riche en AT ou une GC box riche en CG; il est reconnu par l’ARN polymérase II.

• Le site donneur d’épissage commence par GU en 5’ de l’intron, le site de branchement contient un adénine, et le site accepteur se termine par AG en 3’ de l’intron.

• La coiffe 5’ stabilise l’ARNm, le protège des attaques exonucléasiques et potentialise la traduction, tandis qu’une queue polyA plus longue augmente sa stabilité et sa traductibilité.

📖 8. Code génétique et mutations

🔑 Notions clés & Définitions

• Code génétique : Associe chaque codon, constitué de trois nucléotides, à un acide aminé ou à un signal STOP.

📝 Points essentiels

• Le code génétique est universel, dégénéré et colinéaire; 64 codons codent 20 acides aminés, et UAA, UAG et UGA sont des codons STOP.

• Une transition remplace une purine par une autre purine ou une pyrimidine par une autre pyrimidine, tandis qu’une transversion remplace une purine par une pyrimidine ou inversement.

• Une mutation faux sens remplace un codon d’acide aminé par un autre codon d’acide aminé, tandis qu’une mutation non-sens transforme un codon d’acide aminé en codon STOP et peut produire une protéine tronquée.

• Une insertion ou une délétion d’un nombre de bases multiple de trois ne décale pas le cadre de lecture, tandis qu’une insertion ou une délétion d’une ou deux bases le décale et peut provoquer un STOP prématuré.

💡 Astuce mémo

Transition purine-purine, transversion purine-pyrimidine

📖 9. Acteurs et étapes de traduction

🔑 Notions clés & Définitions

• ARN de transfert : Un ARNt relie un acide aminé à un codon de l’ARNm grâce à son extrémité 3’CCA de fixation de l’acide aminé et à sa boucle anticodon.
• Ribosome : Un assemblage de protéines et d’ARN dont le site A accueille l’ARNt entrant et dont le site P fixe l’ARNt lié à la chaîne polypeptidique en croissance.

★ À maîtriser

• Lors de l’initiation, le ribosome reconnaît la coiffe de l’ARNm et le motif de Kozak, atteint le premier codon AUG, puis fixe l’ARNt initiateur portant une méthionine.

• Pendant l’élongation, la chaîne peptidique est transférée du site A au site P, le ribosome avance de trois nucléotides dans le sens 5’→3’, puis le site A accueille un nouvel ARNt chargé.

• La traduction s’arrête lorsqu’un codon STOP atteint le site A du ribosome.

Compléments

• Les polysomes permettent à plusieurs ribosomes de traduire simultanément un même ARNm afin de produire plusieurs protéines en même temps.

• La traduction se déroule dans le cytoplasme, lit l’ARNm de 5’→3’, synthétise la protéine de l’extrémité NH2 vers l’extrémité COOH et consomme de l’ATP et du GTP.

💡 Astuce mémo

A → P → déplacement → sortie

📊 Tableaux de synthèse

Comparaison des brins d’ADN

Caractéristique	Brin continu	Brin discontinu
Synthèse	Continue	Par fragments d’Okazaki
Amorce	Une amorce d’ARN	Une amorce d’ARN par fragment
Enzyme principale	ADN polymérase III chez les procaryotes	ADN polymérase I chez les procaryotes