Localisation cellulaire de ladn

Cette animation Flash illustre bien comment se fait cet enroulement. Dans le noyau, l'ADN associé à ses protéines forme une substance visqueuse qu'on a appelée chromatine à la fin du XIXe siècle on ne savait pas alors ce que c'était. Le terme vient du mot grec khrôma signifiant couleur la chromatine du noyau a une grande affinité avec plusieurs des colorants utilisés en microscopie pour mettre en évidence les structures cellulaires.

L'ADN s'enroule sur des protéines appelées histones illustrées, ici, par les petites boules.

L'espèce de gros boudin spiralé que vous pouvez voir se forme par l'union des nucléosomes les uns aux autres. Si vous avez de la difficulté à comprendre ce mode de repliement, faites une recherche sur Google Images avec le terme "nucleosome". Vous trouverez de nombreuses autres illustrations. On peut voir, surtout sur la photo de droite, la double hélice de Crick et Watson. Elle apparaît comme un mince fil. L'image ci-contre montre une partie d'un chromosome humain qui a été soumis à un traitement aux enzymes qui a digéré les histones associés à l'ADN. Le ruban d'ADN s'est alors déroulé autour du squelette de protéines.

L'image de droite est un agrandissement du rectangle rouge de l'image de gauche. Les structures noires plus foncées au centre de l'image de gauche correspondent à ce qui reste des histones après l'action des enzymes. Toute l'information nécessaire pour fabriquer un humain est contenue dans 23 chromosomes. Mis bout à bout, ces 23 chromosomes formeraient un fil de plus d'un mètre de long. Ces 23 molécules d'ADN sont formées d'environ 3 milliards de paires de bases. L'ensemble de ces informations forme ce qu'on appelle le génome humain.

Prenez un livre que vous avez près de vous n'importe quel, ça n'a pas d'importance. Si on représentait chacune des paires de base de l'ADN par une seule lettre A, T, C ou G; comme si on écrivait un seul brin de la molécule d'ADN , combien faudrait-il de pages du livre que vous avez choisi pour écrire tout le génome humain les 3 milliards de paires de bases des 23 chromosomes?

Si on représentait chaque nucléotide par un octet 8 bits , est-ce qu'on pourrait écrire tout le génome humain sur le disque dur de votre portable? On peut coder plus d'un nucléotide dans un octet. Combien faut-il, au minimum, de bits pour coder un nucléotide? Chez la plupart des pluricellulaires, le noyau de chacune des cellules contient deux exemplaires de chaque chromosome un hérité du père et un hérité de la mère.

Toutes nos cellules contiennent-elles le même ADN ? - Science & Vie

La chose peut paraître paradoxale: l'ADN doit être assez instable pour changer, ce qui permet l'évolution, mais pas trop. Si l'information se modifie trop vite, la vie devient impossible puisque, généralement, les modifications accidentelles de l'ADN sont nuisibles. Si elle ne se modifie pas du tout, l'évolution devient impossible car sans changements, il n'y a pas d'évolution. Nous en reparlerons Explorez la structure du nucléosome Nucleosome Structure Appuyez sur les boutons petits carrés dans la fenêtre de droite pour activer les fonctions script.

Chez les humains, chaque cellule possède 46 chromosomes, c'est à dire deux exemplaires de chacun des 23 chromosomes différents caractéristiques de l'espèce humaine. Pour chaque paire de chromosomes, un vient du père il a été apporté par un spermatozoïde et l'autre vient de la mère il était dans l'ovule. La double hélice.


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Les protéines. Sur la piste de l'ADN. Certaines bases peuvent être modifiées lors de la formation de la chromatine, les résidus de cytosine des régions peu ou pas exprimées génétiquement étant généralement fortement méthylées , et ce majoritairement aux sites CpG. Les histones autour desquelles l'ADN est enroulé dans les chromatines peuvent également être modifiées de façon covalente. La chromatine elle-même peut être modifiée par des complexes de remodelage de la chromatine.

De plus, la méthylation de l'ADN et la modification covalente des histones sont coordonnées pour affecter la chromatine et l'expression des gènes [ 44 ]. Ainsi, la méthylation des résidus de cytosine produit de la 5-méthylcytosine , qui joue un rôle important dans l' inactivation du chromosome X [ 45 ]. Les pyrimidines ont une structure moléculaire très similaire. Ainsi, la cytosine et la 5-méthylcytosine peuvent être désaminées pour produire l' uracile qui n'est pas une base faisant partie du code de l'ADN et la thymine , respectivement.

La réaction de désamination pourrait par conséquent favoriser les mutations génétiques [ 47 ] , [ 48 ].

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Il existe également d'autres bases modifiées dans l'ADN, résultant par exemple de la méthylation de résidus d' adénine chez les bactéries [ 49 ] mais également chez des nématodes Caenorhabditis elegans [ 50 ] , des algues vertes Chlamydomonas [ 51 ] et des drosophiles [ 52 ]. La 5-hydroxyméthylcytosine est un dérivé de la cytosine particulièrement abondant dans le cerveau des mammifères [ 53 ]. Un certain nombre de protéines qui se lient spécifiquement à la base J ont été identifiées [ 58 ] , [ 59 ] , [ 60 ].

L'ADN peut être endommagé par un grand nombre de mutagènes qui modifient sa séquence. Ces mutagènes comprennent les oxydants , les alkylants , les rayonnements électromagnétiques énergétiques tels que les ultraviolets et les rayons X et gamma , ainsi que les particules subatomiques des rayonnements ionisants tels que ceux résultant de la radioactivité voire des rayons cosmiques.

Le type de dommages produits dépend du type de mutagène. Ainsi, les rayons ultraviolets sont susceptibles d'endommager l'ADN en produisant des dimères de pyrimidine en établissant des liaisons entre bases adjacentes d'un même brin d'ADN [ 62 ].

Classification

Les oxydants tels que les radicaux libres ou le peroxyde d'hydrogène produisent plusieurs types de dommages, comme des modifications de bases, notamment de la guanosine , et des cassures de la structure bicaténaire [ 63 ]. Parmi ces lésions dues à des oxydants, les plus dangereuses sont les ruptures bicaténaires parce que ce sont les plus difficiles à réparer et qu'elles sont susceptibles de produire des mutations ponctuelles , des insertions et des délétions au sein de la séquence d'ADN, ainsi que des translocations chromosomiques [ 65 ].

Ces mutations sont susceptibles de provoquer des cancers. Les altérations naturelles de l'ADN, qui résultent par exemple de processus cellulaires produisant des dérivés réactifs de l'oxygène , sont assez fréquentes. Bien que les mécanismes de réparation de l'ADN résorbent l'essentiel de ces lésions, certaines d'entre elles ne sont pas réparées et s'accumulent au fil du temps dans les tissus postmitotiques des mammifères. L'accumulation de telles lésions non réparées semble être une importante cause sous-jacente du vieillissement [ 66 ] , [ 67 ].

De nombreux mutagènes s'insèrent dans l'espace entre deux paires de bases adjacentes selon un mode qu'on appelle intercalation. La plupart des intercalations sont le fait de composés aromatiques et de molécules planes, telles que le bromure d'éthidium , les acridines , la daunorubicine ou la doxorubicine. Les bases doivent s'écarter afin de permettre l'insertion du composé d'intercalation, ce qui provoque une distorsion de la double hélice par désenroulement partiel. Ceci bloque à la fois la transcription et la réplication de l'ADN , entraînant cytotoxicité et mutations [ 68 ].

En conséquence, les composés d'intercalation peuvent être cancérogènes et, dans le cas du thalidomide , tératogènes [ 69 ]. D'autres composés tels que le benzo[ a ]pyrène diol époxyde et l' aflatoxine forment avec l'ADN des adduits qui provoquent des erreurs lors de la réplication [ 70 ]. Cependant, en raison de leur aptitude à bloquer la transcription et la réplication de l'ADN, d'autres toxines semblables sont également utilisées en chimiothérapie contre les cellules à prolifération rapide [ 71 ]. L'ADN se trouve essentiellement au sein de chromosomes , généralement linéaires chez les eucaryotes et circulaires chez les procaryotes.

Chez ces derniers, il peut également se trouver en dehors des chromosomes, au sein de plasmides. L'ensemble de l'ADN d'une cellule constitue son génome. L'information contenue dans le génome est portée par des segments d'ADN formant les gènes. Lorsqu'une cellule se divise , elle doit répliquer l'ADN portant son génome afin que les deux cellules filles héritent de la même information génétique que la cellule mère.

Ce processus est catalysé par un ensemble d' enzymes parmi lesquelles les ADN polymérases sont celles qui complémentent les brins d'ADN déroulées pour reconstruire les deux brins complémentaires. L'ADN du génome est organisé et compacté selon un processus appelé condensation de l'ADN afin de pouvoir se loger dans l'espace restreint d'une cellule. Chez les eucaryotes , l'ADN est localisé essentiellement dans le noyau , avec une petite fraction également dans les mitochondries et, chez les plantes , dans les chloroplastes. Chez les procaryotes , l'ADN se trouve au sein d'une structure irrégulière du cytoplasme appelée nucléoïde [ 75 ].

L'information génétique du génome est organisée au sein de gènes , et l'ensemble complet de cette information est appelé génotype. Un gène est une fraction de l'ADN qui influence une caractéristique particulière de l'organisme et constitue de ce fait un élément de l' hérédité. Il contient un cadre de lecture ouvert qui peut être transcrit en ARN , ainsi que des séquences de régulation de l' expression génétique telles que les promoteurs et les amplificateurs qui en contrôlent la transcription. Chez la plupart des espèces , seule une petite fraction du génome encode des protéines.

Cependant, certaines séquences d'ADN qui n'encodent pas de protéines peuvent coder des molécules d' ARN fonctionnelles intervenant dans la régulation de l' expression génétique [ 78 ]. Certaines séquences d'ADN non codantes jouent un rôle structurel dans les chromosomes. Les télomères et les centromères contiennent généralement peu de gènes mais contribuent significativement aux fonctions biologiques et à la stabilité mécanique des chromosomes [ 38 ] , [ 79 ].

Une fraction significative de l'ADN non codant est constituée de pseudogènes , qui sont des copies de gènes rendues inactives à la suite de mutations [ 80 ]. Ces séquences ne sont généralement que des fossiles moléculaires mais peuvent parfois servir de matière première génétique pour la création de nouveaux gènes à travers des processus de duplication génétique et de divergence évolutive [ 81 ]. L' expression génétique consiste à convertir le génotype d'un organisme en phénotype , c'est-à-dire en un ensemble de caractéristiques propres à cet organisme.

Notons qu'un même ADN peut à deux étapes du développement d'un organisme s'exprimer en raison de répresseurs et dérépresseurs différents de façons très dissemblables, l'exemple le plus connu étant celui de la chenille et du papillon, morphologiquement très éloignés. Cet ARN est structurellement très semblable à une molécule d'ADN monocaténaire mais en diffère par la nature de l' ose de ses nucléotides — l'ARN contient du ribose là où l'ADN contient du désoxyribose — ainsi que par l'une de ses bases nucléiques — la thymine de l'ADN y est remplacée par l' uracile.

Ces ARN de transfert sont liés à un acide aminé parmi les 22 acides aminés protéinogènes et possèdent chacun un groupe de trois bases nucléiques consécutives appelées anticodon. Les trois bases de ces anticodons peuvent s'apparier à trois bases consécutives de l'ARN messager, ce triplet de bases formant un codon complémentaire de l'anticodon de l'ARN de transfert.

De la cellule à l'ADN

Ce code est matérialisé par les différents ARN de transfert réalisant physiquement la liaison entre un acide aminé donné et différents anticodons selon les différents ARN de transfert pouvant se lier à un même acide aminé. Ainsi, une séquence donnée de bases nucléiques au sein d'un gène sur l'ADN peut être convertie en une séquence précise d'acides aminés formant une protéine dans le cytoplasme de la cellule.

Il existe davantage de codons qu'il n'existe d'acides aminés à coder. On dit de ce fait que le code génétique est dégénéré.

Toutes les fonctions biologiques de l'ADN dépendent d'interactions avec des protéines. Il peut s'agir d'interactions non spécifiques comme d'interactions avec des protéines qui se lient spécifiquement à une séquence précise de l'ADN. Des enzymes peuvent également se lier à l'ADN et, parmi celles-ci, les polymérases qui assurent la réplication de l'ADN ainsi que sa transcription en ARN jouent un rôle particulièrement déterminant.

Les protéines structurelles qui se lient à l'ADN offrent des exemples bien compris d'interactions non spécifiques entre des protéines et de l'ADN. Celui-ci est maintenu au sein des chromosomes en formant des complexes avec des protéines structurelles qui condensent l'ADN en une structure compacte appelée chromatine.


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Chez les eucaryotes , cette structure fait intervenir de petites protéines basiques appelées histones , tandis qu'elle fait intervenir de nombreuses protéines de différentes sortes chez les procaryotes [ 84 ] , [ 85 ]. Les histones forment avec l'ADN un complexe en forme de disque appelé nucléosome contenant deux tours complets d'une molécule d'ADN bicaténaire enroulée autour de la protéine.