Quelles sont les 5 bases azotées de l’ADN et de l’ARN ?
Bases puriques (2 cycles) : Adénine (A) et Guanine (G) — communes à l’ADN et à l’ARN.
Bases pyrimidiques (1 cycle) : Cytosine (C) — commune aux deux ; Thymine (T) — ADN uniquement ; Uracile (U) — ARN uniquement.
Énoncez les règles de Chargaff.
- La quantité d’Adénine est égale à celle de Thymine : [A] = [T].
- La quantité de Guanine est égale à celle de Cytosine : [G] = [C].
- Donc [A] + [G] = [T] + [C] (purines = pyrimidiques).
Ces règles reflètent la complémentarité des brins de la double hélice d’ADN.
Décrivez la structure d’un nucléotide. En quoi un ribonucléotide diffère-t-il d’un désoxyribonucléotide ?
Un nucléotide = groupement phosphate (sur le carbone 5’) + pentose (ribose ou désoxyribose) + base azotée (sur le carbone 1’).
Ribonucléotide (ARN) : ribose avec un –OH sur le carbone 2’.
Désoxyribonucléotide (ADN) : désoxyribose avec un –H sur le carbone 2’ (absence du –OH).
Le carbone 3’ porte toujours un groupement –OH libre (site d’élongation de la chaîne).
Comment les nucléotides sont-ils reliés pour former un polymère ? Qu’est-ce qu’une liaison phosphodiester
Les nucléotides sont reliés par des liaisons phosphodiester : le groupement phosphate du carbone 5’ d’un nucléotide est lié au –OH du carbone 3’ du nucléotide précédent.
Cela crée un squelette sucre-phosphate régulier avec les bases azotées en position latérale.
La chaîne a une orientation : une extrémité 5’-phosphate libre et une extrémité 3’-OH libre
Qu’est-ce que la structure antiparallèle de l’ADN ?
Les deux brins de l’ADN s’orientent en directions opposées :
* Un brin va de 5’ → 3’ (de haut en bas, par convention).
* L’autre brin va de 3’ → 5’ (donc de bas en haut).
Conséquence : le brin complémentaire d’une séquence 5’-ATCG-3’ est 3’-TAGC-5’ (écrit conventionnellement 5’-CGAT-3’).
Cette structure antiparallèle est dictée, entre autre, par les liaisons hydrogène entre bases complémentaires.
Quelles liaisons maintiennent l’appariement des bases dans l’ADN ? Combien par paire ?
Les bases sont maintenues par des liaisons hydrogène entre bases complémentaires (règle de Chargaff) :
* A–T : 2 liaisons hydrogène
* G–C : 3 liaisons hydrogène
Conséquence : une séquence riche en G–C est plus stable thermiquement (température de fusion plus élevée) qu’une séquence riche en A–T.
Quelles sont les principales différences entre l’ADN et l’ARN ?
ADN :
* Sucre : désoxyribose (pas de –OH en 2’)
* Bases : A, T, G, C
* Structure : double brin, double hélice
* Localisation : noyau (+ mitochondries/chloroplastes)
* Fonction : stockage de l’information génétique
ARN :
* Sucre : ribose (–OH en 2’)
* Bases : A, U, G, C (U remplace T)
* Structure : simple brin (peut se replier pour former une structure à 3D)
* Localisation : noyau et cytoplasme
* Fonctions : ARNm, ARNr, ARNt, microARN, etc.
Qu’est-ce qu’un génome ? Est-ce que toutes les cellules d’un même organisme ont le même génome ?
Le génome = l’ensemble complet de l’information génétique d’un organisme (tous les chromosomes, y compris l’ADN mitochondrial/chloroplastique).
Oui, en général, toutes les cellules somatiques d’un organisme ont le même génome (elles dérivent toutes d’un même zygote par mitose).
Exceptions notables : globules rouges matures (pas de noyau), cellules reproductrices (génome haploïde après méiose), et quelques rares mutations somatiques.
Comparez les génomes procaryotes et eucaryotes.
Génome procaryote :
* ADN circulaire, pas de noyau membranaire
* Peu ou pas d’introns
* Gènes souvent en opérons
* Compact, peu d’ADN non-codant
* Pas d’histones
Génome eucaryote :
* ADN linéaire sur plusieurs chromosomes, dans un noyau
* Nombreux introns dans les gènes
* ADN non-codant abondant (répétitions, etc.)
* Organisation en chromatine avec histones
* Télomères aux extrémités des chromosomes
* Plus grand et plus complexe
Quels éléments retrouve-t-on dans les génomes eucaryotes mais PAS dans les génomes procaryotes ?
Éléments exclusifs aux eucaryotes :
* Chromosomes linéaires (vs circulaires)
* Télomères (extrémités des chromosomes linéaires)
* Introns (séquences non-codantes interrompant les gènes)
* Histones (protéines d’emballage de l’ADN)
* Nucléosomes
* Enveloppe nucléaire
* ADN répété en grande quantité
* Origines de réplication multiples (vs une seule chez procaryotes)
Décrivez la composition et la structure de la chromatine
La chromatine = ADN + protéines histones (+ protéines non-histones).
Nucléosome = unité de base
Structure en « collier de perles »
À quoi sert la chromatine ?
La chromatine remplit plusieurs fonctions essentielles :
1. Compaction : réduire la taille de l’ADN pour tenir dans le noyau (2 m d’ADN dans un noyau de ~6 µm).
2. Protection : protéger l’ADN des dommages mécaniques et chimiques.
3. Régulation de l’expression génique : l’état de condensation contrôle l’accessibilité de l’ADN aux facteurs de transcription.
4. Organisation : facilite la ségrégation fidèle des chromosomes lors de la division cellulaire.
5. Réparation : participe au contrôle de la réplication et de la réparation de l’ADN.
Quel niveau de condensation de la chromatine est associé à chaque stade du cycle cellulaire ?
Interphase (G1, S, G2) :
* Chromatine décondensée → accessible à la transcription et à la réplication.
* Principalement euchromatine.
Mitose / Méiose :
* selon la phase de la mitose : début de condensation jusqu’à une décondensation progressive.
Raison : la condensation maximale permet une ségrégation précise des chromatides sœurs vers les pôles sans enchevêtrement.
Définissez l’euchromatine et l’hétérochromatine. Quel impact ont-elles sur la régulation des gènes ?
Euchromatine :
* Chromatine peu condensée, ouverte.
* ADN accessible aux ARN polymérases et facteurs de transcription.
* Gènes activement transcrits.
* Associée à des histones acétylées (marques actives).
Hétérochromatine :
* Chromatine très condensée, fermée.
* ADN inaccessible → gènes silencieux (non-transcrit).
* Facultative : peut être réactivée selon le contexte cellulaire.
* Associée à des histones méthylées (marques répressives)
Qu’est-ce qu’un télomère et pourquoi est-il important dans un génome eucaryote ?
Un télomère = séquence d’ADN répétée (ex. TTAGGG chez l’humain) aux extrémités des chromosomes linéaires.
Importance :
1. Protection : prévient la dégradation des extrémités et les fusions chromosomiques accidentelles (les extrémités ne doivent pas être reconnues comme des cassures d’ADN).
2. Résolution du problème de réplication des extrémités : l’ADN polymérase ne peut pas répliquer complètement l’extrémité 5’, d’où raccourcissement progressif à chaque division (sauf si télomérase active).
Qu’est-ce que la réplication semi-conservative de l’ADN ?
La réplication est dite semi-conservative car chaque nouvelle molécule d’ADN fille contient :
* Un brin parental (conservé, servant de matrice).
* Un brin néosynthétisé (nouveau).
Résultat : deux molécules filles identiques à la molécule parentale, chacune avec un brin « ancien » et un brin « nouveau ».
Qu’est-ce qu’une origine de réplication ? Comment diffère-t-elle entre procaryotes et eucaryotes ?
L’origine de réplication (ori) est une séquence spécifique d’ADN où la réplication commence.
Procaryotes :
* 1 seule origine
* Réplication bidirectionnelle à partir de cette unique origine.
Eucaryotes :
* Multiples origines (des milliers par chromosome).
* Réplication simultanée à partir de toutes ces origines → permet de répliquer un génome énorme en quelques heures.
Décrivez en ordre les étapes d’initiation de la réplication de l’ADN.
- Reconnaissance de l’origine (ori) par les protéines initiatrices
- Recrutement des hélicases → ouverture de la bulle de réplication.
- Stabilisation des brins par les petites protéines qui protègent le simple brin (SSB -Single-Strand Binding proteins) → empêchent la renaturation.
- Recrutement de la primase → synthèse des amorces ARN sur chaque brin matrice.
- Chargement de l’ADN polymérase sur l’amorce → début de l’élongation.
Quel est le rôle de la primase et pourquoi est-elle nécessaire ?
La primase est une ARN polymérase spécialisée qui synthétise de courtes amorces d’ARN (≈ 5–15 nucléotides) complémentaires à la matrice.
Pourquoi nécessaire ?
L’ADN polymérase ne peut PAS initier de novo une nouvelle chaîne ; elle ne peut qu’allonger (ajouter des nucléotides sur un 3’–OH préexistant).
La primase fournit donc ce 3’–OH de départ.
Les amorces ARN sont ensuite remplacées par de l’ADN (par l’ADN polymérase I), puis la brèche est soudée par une ligase.
Expliquez la différence entre le brin directeur et le brin retardé (discontinu)
L’ADN polymérase synthétise l’ADN uniquement dans le sens 5’→3’, or les deux brins matrice sont antiparallèles.
Brin directeur :
* Synthèse continue dans le sens 5’→3’ dans la même direction que la fourche de réplication.
* Une seule amorce au départ.
Brin retardé (discontinu) :
* Synthèse discontinue, en sens opposé à la fourche.
* Production de courts fragments Okazaki
* Chaque fragment Okazaki nécessite sa propre amorce d’ARN.
* Les amorces sont ensuite enlevées par l’ADN polymérase I et les fragments liés par l’ADN ligase
Quel est le rôle de la topoisomérase lors de la réplication de l’ADN ?
L’ouverture de la double hélice par l’hélicase crée une torsion positive (tension) en avant de la fourche de réplication.
Les topoisomérases relâchent cette tension.
Sans topoisomérases, la réplication serait bloquée par l’accumulation de torsions.
Nommez les principales molécules impliquées dans la réplication de l’ADN et leur rôle respectif.
- Hélicase : déroule la double hélice à la fourche.
- SSB (protéines à simple brin) : stabilisent les brins séparés (ADN simple brin).
- Topoisomérase : relâche les torsions en avant de la fourche de réplication.
- Primase : synthétise les amorces d’ARN.
- ADN polymérase III (procaryotes) : synthèse du nouveau brin 5’→3’.
- ADN polymérase I (procaryotes) : remplace les amorces ARN par de l’ADN.
- ADN ligase : soude les fragments Okazaki (et lie les brèches après retrait des amorces)
Qu’est-ce que la correction d’épreuve (proofreading) de l’ADN polymérase ?
Lors de la synthèse, l’ADN polymérase peut incorporer un mauvais nucléotide (erreur ~1 sur 10⁵).
La correction d’épreuve est une activité 3’→5’ exonucléase intrinsèque à l’ADN polymérase :
1. Si une paire de bases incorrecte est détectée, la polymérisation s’arrête.
2. L’activité exonucléase 3’→5’ excise le nucléotide mal apparié.
3. La polymérase réinsère le bon nucléotide.
Cela réduit le taux d’erreur à ~1 sur 10⁷.
Combiné aux systèmes de réparation post-réplicatifs, le taux final est ~1 erreur par 10⁹–10¹⁰ pb.
Qu’est-ce que la réparation par excision de nucléotides ?
La réparation par excision de nucléotides (Nucleotide Excision Repair, NER) corrige des lésions volumineuses qui déforment la double hélice (ex. dimères de thymine causés par les UV)
Étapes :
1. Reconnaissance de la lésion par des protéines de surveillance.
2. Recrutement d’un complexe multi-protéique à la lésion.
3. Excision des nucléotides de part et d’autre de la lésion (≈ 25–30 nucléotides excisés).
5. Resynthèse par une ADN polymérase (en utilisant le brin intact comme matrice).
6. Ligation par la ligase
