genes, dna, proteines
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Voies de transmission de l'information génétique . Réplication du DNA (ADN)

L'information génétique s'écoule chez les procaryotes et les eucaryotes du DNA (ADN) au RNA (ARN), puis du RNA (ARN) aux protéines suivant le modèle: DNA <--> DNA (Réplication), DNA <--> RNA (Transcription) et RNA --> Protéines (Traduction).


Liens utiles: - QCM-Réplication -- QCM- réplication-transcription -- QCM-Traduction -- ADN Réplication -- Transcription ADN-ARN -- Structure d'un gène -- Manipulation du ADN et bases du génie génétique -- Visualisation 3D en JMOL de la transcription
Quatre étapes importantes de la transmission de l'information peuvent être dégagées:

replication, transcription, traduction

La réplication (étape 1, DNA <--> DNA). Elle assure la production du DNA (ADN) identique à lui même pour conserver l'identité de l'espèce. Parmi les protéines impliquées dans cette étapes, les DNA polymérases DNA dépendantes jouent un rôle capital. Le DNA (ADN) est un réservoir de gènes qui sont à l'origine des génotypes.

La transcription (étape 2, DNA --> RNA). C'est le processus par lequel le message génétique contenu dans les séquences des bases du DNA (sous forme de nucléotides) est transcrit en RNA (ARN) messager (m RNA ou ARNm). Les RNA polymérases DNA dépendantes assurent principalement ce rôle.

La traduction (étape 3, RNA --> Protéines). C'est l'étape où le message génétique porté par le mRNA (ARNm), décodé par les ribosomes, est transformé en séquences d'acides aminés qui correspondent à des protéines spécifiques (QCM-expression gènes)

La transcription inverse (étape 4, DNA <-- RNA). C'est une étape présente chez certains virus à RNA (rétrovirus) où le génome est copié en DNA grâce à une DNA polymérase RNA dépendante ou transcriptase réverse qui permet la synthèse du RNA à partir du DNA.

Les protéines résultant de la traduction des mRNA subissent des changement post-traductionnels (glycosylation, phosphorylation,...). Ils en résulte des repliements moléculaires dans l'espaces (conformation) dont les fonctions biologiques des protéines en dépendent. Des phénotypes apparaissent.


الخبر الوراثي هو المادة الوراثية التي تتحكم في مجموع الصفات الوراثية، حسب التسلسل مورث (Gène) --< بروتين (Protéine) -<- صفة (Caractère). أصلا، يتموضع الخبر الوراثي في شكل حمض نووي ريبوزي ناقص الأوكسيجين (Acide désoxyribonucléique, ADN ou DNA, en Anglais) داخل النواة في الكائنات بخلايا ذات نواة حقيقية (Eucaryotes) و مباشرة في الجبلة الشفافة (السيتوبلازم) بالنسبة للكائنات ذات نواة غير حقيقية (Procaryotes). تحتوي خلايا الكائنات الحية على ثلاثة أنوع من الجزيئات تلعب دورا رئيسيا في تشكيل و نقل الخبر الوراثي، و هي حمض ADN، الحمض النووي الريبوزي (Acide ribonucléique, ARN ou RNA, en Anglais) و البروتين (Protéine). ينتقل الخبر الوراثي وفق أربعة مسارات، كما يبينه الرسم.  

-  المسار 1: من ADN إلى ADN. يسمى هذا المسار بالنسخ الذاتي ل ADN أو 'تضاعف ADN' (Réplication du l’ADN) و يعطي ADN مشابها. يلعب أنزيم البلمرة ADN بوليمراز (ADN polymérase)، دورا رئيسيا في هذا المسار.

-  المسار 2: من ADN إلى ARN. يلقب هذا المسار ب 'النسخ' (Transcription)، من خلاله ينتج ADN جزيئ ARN يسمى ARN الرسول (ARN messager, ARNm). يلعب أنزيم البلمرة  ARN بوليمراز (ARN polymérase) دورا رئيسيا في هذا المسار.

-  المسار 3: من ADN إلى البروتين. يعرف هذا المسار ب 'الترجمة' (Traduction) حيث يعطي ARNm بروتينا معينا في السيتوبلازم، استعانة بالريبوزوم (Ribosome) و ARN آخر يسمى ARN الناقل (ARN de transfert, ARNt).

-  المسار 4: من ARN إلى ADN. يسمى هذا المسار 'النسخ العكسي' (Transcription inverse, rétrotranscription)، إذ ينتج ARN جزيئ ADN بواسطة الناسخ العكسي أو أنزيم الترانسكريبتاز العكسية (Transcriptase inverse). يخص هذا المسار الفيروسات القهقرية (Rétrovirus) التي تستعمله لدمج مادتها الوراثية داخل جزيئة ADN لخلايا مضيفة.


Actuellement on parle de génomique structurelle (structure des génomes) et de génomique fonctionnelle qui englobe le transcriptome (ensemble de gènes transcrits) et le protéome (ensemble des gènes traduits).
Ces trois niveaux moléculaires font le lien entre le génotype et le phénotype. Ils sont en interactions complexes contrôllant l'expression (transcription) et l'activité (épissage régulier et alternatif, modifications posttranscriptionnelles et posttraductionnelles) des gènes.



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Réplication du DNA (ADN)

La réplication du DNA (ADN) qui prend lieu au niveau de la fourche de réplication comprend un ensemble de processus précédant  la réplication proprement dite ou intervenant après celle ci. Plusieurs enzymes y sont impliquées dont des topoisomérases, des hélicases, des primases, des DNA polymerases (ADN polymérase) et des ligases. La réplication commence au niveau des régions du génôme, appelées origines de réplication.

Le DNA bicaténaire est ouvert par des hélicases en deux simple bins. Les torsions engendrées sont éliminées par les topoisomérases. Après stabilisation des deux brins et protéction contre les DNases, la synthèse de brins complémentaires commence après mise en place d'amorces RNA par la primase. En effet, la DNA polymérase n'arrive pas à commencer une chaîne. Elle ne peut que catalyser l'élongation d'une chaîne de nucléotides. C'est une RNA polymérase (primase) qui va commencer une chaîne d'acides nucléiques par un fragment de RNA de 4 à 12 nucléotides. Ce fragment d'RNA est appelé 'amorce'. Les amorces RNA synthétisées sont ensuite allongées dans le sens 5' => 3' par la DNA polymérase. Cette fois c'est du DNA qui est ajouté.

DNA réplication


Le brin de DNA orienté 3' => 5' (dans le bon sens de l'élongation) est répliqué de façon continue par la DNA polymérase. C'est le brin leader. Le brin de DNA orienté 5' => 3' (dans le sens inverse de l'élongation), est répliqué de façon discontinue. C'est le brin retardé. En effet, la DNA polymérase doit attendre, à chaque fois, l'avancée de la fourche de réplication pour synthétiser un bout de DNA complémentaire. Il en résulte des fragments d'Okazaki qui seront joints ensuite pour former un DNA continu. Ce sont les DNA ligase qui catalyse cette soudure après élimination des amorces RNA par des des RNAse H (reconnaissant le RNA hybridé au DNA).

DNA replication (animation): Replication du DNA. Animation 2, Replication du DNA. Animation 3

Réplication chez les rétrovirus

Chez les rétrovirus (virus à RNA); la réplication est assurée par une DNA polymérase - RNA dépendante (Transcriptase inverse).

Inhibiteurs de la réplication du DNA (ADN) et applications thérapeutiques

Il existe plusieurs inhibiteurs de la réplication du DNA, agissant souvent sur la DNA polymérase. Cest le cas des antiviraux. Les antirétroviraux sont des molécules de synthèses chimiques. Ils regroupent entre autres, la classe d'inhibiteurs de la transcriptase inverse et la classe des inhibiteurs de protéase.

antiviraux. Inbibiteurs de  la réplication

Liens utiles:

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(animation)
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DNA. Réplication