1-ETUDES COMPARE DE L’EXPRESSION CHEZ LES EUCARYOTES ET LES
BACTERIES
L’information génétique portée par une séquence d’acides
nucléiques, s’exprime sous forme de protéines et doit, de ce fait, être
transformée en une séquence d’acides aminés. Ce processus
se déroule selon deux étapes principales, communes aux
Eucaryotes et aux Eubactéries : la transcription et la traduction. Il existe
cependant des spécificités pour chacun de ces deux
types d’organismes. Quels sont les points communs et les
particularités de chacun d’eux ?
I. UNE MODALITÉ GÉNÉRALE D’EXPRESSION DES GÉNOMES,
COMMUNE AUX DEUX TYPES D’ORGANISMES
a) La transcription :
passage de l’ADN à l’ARN
Séquences d’ADN impliquées dans la transcription ; schéma d’un
gène eucaryote et d’un gène d’Eubactérie (éléments communs : promoteur, unité
de transcription ; éléments
différents : séquences régulatrices distales chez les
Eucaryotes, séquences de terminaison définies chez les Eubactéries).
Étapes de la transcription : initiation, élongation, terminaison.
b) La traduction :
passage de l’ARNm à la protéine
Des acteurs communs : les ribosomes, le code génétique, les ARN
de transfert, les facteurs
protéiques nécessaires à chacune des étapes.
Étapes de la traduction : initiation (mise en place des
ribosomes à l’aide des facteurs d’initiation),
élongation et rôle des facteurs d’élongation, terminaison et
notion de codon stop.
II. DES PROCESSUS SPÉCIFIQUES À CHAQUE TYPE D’ORGANISME
a) Les particularités
liées à la spécificité cellulaire des deux types d’organismes
c
Particularités liées à la compartimentation
cellulaire : chez les Eubactéries, absence de compartimentation, la traduction
est un processus cotranscriptionnel ; chez les Eucaryotes,
étapes régionalisées.
Particularités liées à l’organisation du matériel génétique :
organisation des gènes procaryotes en opéron, synthèse d’un ARN polycistronique
; organisation du matériel génétique eucaryote sous forme de chromatine plus ou
moins condensée et active.
b) Le déroulement
spécifique de certaines étapes de l’expression des génomes
Spécificités de la transcription : ARN polymérases, intervention
de facteurs protéiques lors de l’initiation (sigma chez les Eubactéries, les
facteurs généraux chez les Eucaryotes),
terminaison : rho dépendante ou indépendante chez les
Eubactéries, mal définie chez les Eucaryotes.
Cadre et objectifs. Il
s’agit d’établir une comparaison entre les processus observés lors de l’expression
du génome chez les Eucaryotes et les Eubactéries. Les Eubactéries représentent
la majorité des Procaryotes ; elles sont opposées aux Archébactéries. On entend
par « expression du génome », le passage du gène à la protéine ainsi que les processus
de régulation mis en place.
Illustrations. Photos
en microscopie électronique de cellules eucaryotes et procaryotes.
Particularités de l’initiation de la traduction : pour les
Eucaryotes : rôle de la coiffe 5￠ ou des séquences IRES (internal
ribosome entry ribosome) ; chez les
Eubactéries, rôle de la séquence de Shine et Dalgarno.
c) Des étapes de
maturation supplémentaires chez les Eucaryotes
Maturation des ARN pré-messager.
Maturation des protéines natives : modifications post traductionnelles
et localisation cellulaire adéquate.
III. DES PROCESSUS DE RÉGULATION DE L’EXPRESSION DES GÈNES
DIFFÉRENTS
a) Une régulation
principalement transcriptionnelle chez les Eubactéries
Régulation au niveau de l’initiation de la transcription.
Modification du taux de base de transcription : régulation
catabolique (ex : opéron
lactose).
Régulation au niveau de la terminaison de la transcription :
répresseur et inducteur (ex :
opéron tryptophane).
b) Les différents niveaux
de régulation chez les Eucaryotes
Régulation par modification du matériel génétique.
Régulation lors de la synthèse des ARN messager.
Régulation lors de la traduction.
IV. CONCLUSION
La plupart des étapes de l’expression des gènes sont communes
aux Eucaryotes et aux Eubactéries.
Il existe cependant des étapes supplémentaires chez les
Eucaryotes. Ces différences doivent être prises en compte lors de la production
in vitro de
protéines eucaryotes par un système
procaryote.
2-TRANSFERE
DES GENE CHEZ LES BACTERIES
Les transferts de gènes horizontaux permettent un échange d’information
génétique entre deux bactéries. Après avoir vu les principes de ces échanges,
nous décrirons les différentes
modalités de transfert dont disposent les bactéries, pour
terminer sur les conséquences de tels échanges.
I. PRINCIPES DU TRANSFERT DE GÈNES CHEZ LES BACTÉRIES
a) Caractéristiques du
transfert horizontal de gènes
Transfert unidirectionnel : notion d’exogénote et d’endogénote.
Transfert partiel : une partie du génome est transférée.
b) Devenir de l’ADN
transféré
Dégradation : système de restriction – modification permettant
de protéger la bactérie contre l’introduction d’ADN étranger.
Intégration dans le génome de la cellule hôte par recombinaison
homologue non réciproque.
Persistance sous forme d’un plasmide qui se réplique de façon
autonome.
II. MÉCANISMES DE TRANSFERT DE GÈNES CHEZ LES BACTÉRIES
a) La conjugaison :
transfert de gènes par contact direct entre deux bactéries
Mise en évidence expérimentale du transfert de gènes par
conjugaison.
Mécanismes de la conjugaison.
b) La transformation :
transfert d’ADN nu
Mise en évidence expérimentale du transfert de gènes par
transformation : expérience de Griffith (1928) montrant le transfert de
virulence entre souches de Streptococcus
pneumoniae
: notion de principe transformant. Expérience de Avery, McLeod
et McCarthy (1943) montrant que le principe transformant décrit par Griffith
est de l’ADN.
Mécanisme de la transformation : conditions requises (ADN nu
issu de bactéries lysées, bactérie receveuse = bactérie compétente), étapes de
la transformation.
c) La transduction :
transfert de gènes via un bactériophage
Mise en évidence expérimentale du transfert de gènes par
transduction : expérience de Zinder et Lederberg (1951) sur mutants auxotrophes
de Salmonella typhimurium.
Mécanismes mis en jeu : transduction généralisée, transduction
spécialisée.
Cadre et objectifs. On
se limitera aux transferts de gènes horizontaux spécifiques aux bactéries. On
ne parlera pas
des transferts verticaux qui correspondent au transfert de la totalité
du génome bactérien lors des divisions cellulaires ni des processus de
transposition qui ne permettent pas un échange de gènes entre bactéries.
Illustrations. Photos
de transfert de gène par conjugaison.
III. CONSÉQUENCES DU TRANSFERT DE GÈNES ENTRE BACTÉRIES ET
APPLICATIONS
a) Évolution des espèces
bactériennes
Acquisition de nouveaux gènes : multi-résistance aux
antibiotiques.
b) Exploitation du
transfert de gènes en biotechnologie
Cartographie des génomes par conjugaison interrompue.
Production de protéines recombinantes par transformation de
cellules bactériennes à
l’aide d’un gène d’intérêt.
IV. CONCLUSION
Les transferts de gènes horizontaux permettent aux bactéries d’acquérir
une certaine variabilité génétique. Ce dynamisme des génomes peut être accru
par des transferts de gènes entre différentes régions d’un même chromosome
bactérien. Ce dernier type de transfert correspond au déplacement d’éléments
génétiques mobiles via un processus de transposition. Ce processus, cependant, ne
permet pas un échange direct d’information génétique entre bactérie.
3-TRANSMISSION DE L’INFORMATION
GENETIQUE AUCOUR DE LA DIVISION CELULLAIRE
Lors des divisions, les
différents constituants cellulaires sont répartis de façon homogène entre les
cellules. Il en est de même pour le matériel génétique. Quels sont les
mécanismes
permettant la transmission équationnelle ou réductionnelle de l’information
génétique ? Quels sont les liens entre la transmission de l’information
génétique et les variabilités génétiques ?
I. DUPLICATION DE L’INFORMATION GÉNÉTIQUE : LA RÉPLICATION
a) Les caractéristiques
de la réplication
Situation de réplication d’ADN : phase S du cycle cellulaire,
avant la première division de méiose.
Caractéristiques de la réplication : semi-conservative,
bidirectionnelle chez les Eucaryotes et les Eubactéries, asymétrique.
b) Les étapes de la
réplication
Initiation : mise en place de la fourche de réplication.
Élongation et synthèse d’un nouveau brin d’ADN continu et d’un
brin discontinu (fragment d’Okazaki).
Dégradation des amorces d’ARN et liaison des fragments d’Okazaki.
c) Le contrôle de la
réplication
Contrôle de la fidélité de la réplication : spécificité de l’ADN
polymérase pour les paires de bases, correction sur épreuve grâce à l’activité
exonucléasique 3￠-5￠ de l’ADN polymérase ;
Coordination réplication et division cellulaire : chez les
Eubactéries couplage assuré par l’accumulation de protéines DnaA et le taux de
méthylation du chromosome bactérien, chez les Eucaryotes, intervention de
complexes protéiques et de réactions de phosphorylation.
II. RÉPARTITION DE L’INFORMATION GÉNÉTIQUE ENTRE LES CELLULES
ET CONSERVATION DE L’INFORMATION GÉNÉTIQUE
a) La répartition de l’information
génétique entre les cellules
Répartition égale entre les cellules : lors de la mitose, lors
de la première division de méiose, lors de la division bactérienne.
Répartition inégale entre les cellules lors de la deuxième
division de méiose, obtention de cellules haploïdes.
Cadre et objectifs. Il
s’agit de montrer les modalités de transmission de l’information génétique lors
des divisions cellulaires en insistant sur la conservation de l’information et
l’introduction de variations. On se limitera à l’ADN nucléaire chez les
Eucaryotes et à l’ADN chromosomique chez les Eubactéries. Illustrations.
Observation en microscopie optique de mitose et de méiose.
b) Les mécanismes à l’origine
de la migration des chromosomes
lors des divisions
cellulaires
Mise en place et dynamique du fuseau mitotique.
Interaction microtubule et cinétochore : mouvement des
chromosomes.
III. VARIATION DE L’INFORMATION GÉNÉTIQUE LORS DE SA
TRANSMISSION
a) Les erreurs de
réplication et mutations
Différents types de mutations
b) La recombinaison et le
brassage génétique
Crossing over et échange de matériel génétique : brassage
intra-chromosomique
c) La ségrégation des
chromosomes et la variabilité génétique
Ségrégation des chromosomes et brassage interchromosomique
Défaut de ségrégation et anomalie chromosomique (non-disjonction
et trisomie 21).
IV. CONCLUSION
La transmission de l’information génétique lors des divisions
cellulaires permet de conserver
l’information génétique entre générations. Des systèmes de
réparation permettent par ailleurs
de conserver l’intégrité de l’information génétique au sein des
cellules en dehors des processus
de division cellulaire. Leur fonctionnement est coordonné au déroulement
du cycle cellulaire.LA SOURCE : C’EST UN EXTRAIT DE :SCIENCES DE LA VIE POUR LE CAPES ET L’AGRÉGATION Daniel Richard Patrick Chevalet Nathalie Giraud Fabienne Pradere Thierry Soubaya
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