8 & 9 - De l'ADN aux protéines

Question 1

Différenciez nucléotide et acide nucléique

Answer 1

Nucléotide :
C’est l’unité de base qui compose l’acide nucléique.
Dans l’ADN, les nucléotides sont liés ensemble pour former des polynucléotides, et deux chaînes de polynucléotides antiparallèles forment une molécule d’acide nucléique.

Acide nucléique :
Un acide nucléique, comme l’ADN ou l’ARN, est donc une macromolécule constituée d’une ou plusieurs longues chaînes de nucléotides. L’ADN, par exemple, est une double hélice formée de deux brins complémentaires de polynucléotides

Question 2

Quelle est la différence entre les nucléotides qui font partie des acides nucléiques et ceux qui sont seuls en terme de groupement phosphate?

Answer 2

Les nucléotiques qui font partie des acides nucléiques ont 1 groupement phosphate

Ceux qui sont seuls (monomères) ont habituellement 3 phosphates (dNTP)

Question 3

De quoi est composé un nucléotide

Answer 3

1. Une base azotée
   • Purines : adénine (A) et guanine (G)
   • Pyrimidines : cytosine (C), thymine (T) dans l’ADN, ou uracile (U) dans l’ARN
2. Un sucre à 5 carbones (pentose)
   • Désoxyribose dans l’ADN
   • Ribose dans l’ARN
3. Un groupement phosphate
   • Il y a habituellement un phosphate dans un nucléotide intégré à un acide nucléique
   • Les nucléotides libres peuvent en avoir trois (comme l’ATP ou les dNTP utilisés lors de la réplication)

👉 Donc, un nucléotide = base azotée + sucre + phosphate

Question 4

Expliquez comment déterminer l’extrémité 5’ et 3’

Answer 4

Pour déterminer l’extrémité 5’ (5 prime) et 3’ (3 prime) d’un brin d’acide nucléique, il faut se baser sur la structure du sucre à 5 carbones (le pentose) présent dans chaque nucléotide.

Le sucre (désoxyribose dans l’ADN) possède des atomes de carbone numérotés de 1’ à 5’.

L’extrémité 5’ d’un brin est celle où le groupe phosphate est attaché au carbone 5’ du sucre.

L’extrémité 3’ est celle où se trouve un groupe hydroxyle (-OH) libre sur le carbone 3’ du sucre.

Lors de la synthèse de l’ADN ou de l’ARN :

• Les nouveaux nucléotides sont toujours ajoutés à l’extrémité 3’.
• Donc, la synthèse se fait dans le sens 5’ vers 3’.

Pour identifier les extrémités sur un schéma :

• Cherche le groupe phosphate libre → c’est l’extrémité 5’.
• Cherche le groupe -OH libre sur le sucre → c’est l’extrémité 3’.

Ce principe est essentiel pour comprendre le sens de la réplication et de la transcription​

Ici :
T - G - C - A (gauche)
A - C - G - T (droite, antiparallèle)

Question 5

Polynucléotides = ?

Answer 5

= plusieurs nucléotides

Question 6

Nucléotides = ?

Answer 6

= Base + sucre à 5 carbones + phosphate

Question 7

Quels brins sont purines et quels sont pyrimidine?

Answer 7

Purine :

• A
• G

Pyrimidine :

• T
• C

Question 8

Les brins sont ________________

Answer 8

complémentaires

A = purine / T = pyrimidine
G = purine / C = pyrimidine

Question 9

Quels sont les noms des différents nucléotides (A, C, G, T)?

Answer 9

A = Adénine
C = Cytosine
G = Guanine
T = Thymine

Question 10

Pourquoi est-ce que les deux brins d’ADN sont antiparallèles?

Answer 10

Les deux brins d’ADN sont antiparallèles parce qu’ils sont orientés dans des directions opposées :

• Un brin va de l’extrémité 5’ vers l’extrémité 3’
• L’autre va de l’extrémité 3’ vers l’extrémité 5’

Pourquoi cette organisation antiparallèle?

1. Pour permettre la formation de liaisons hydrogène entre les bases azotées
   • Les bases azotées (A-T et G-C) s’apparient par des liaisons hydrogène.
   • Ces liaisons ne peuvent se former correctement que si les brins sont orientés en sens opposé, car les bases doivent être alignées de façon complémentaire et symétrique.
2. Pour permettre l’action des enzymes (ex. : ADN polymérase)
   • L’ADN polymérase ne peut ajouter des nucléotides que dans le sens 5’ → 3’.
   • L’orientation antiparallèle permet donc à une enzyme de lire un brin (3’ → 5’) tout en synthétisant l’autre dans le sens 5’ → 3’.

En résumé :
Les brins sont antiparallèles pour assurer une complémentarité stable entre les bases et permettre aux enzymes de fonctionner correctement pendant la réplication et la transcription

Question 11

Écrivez la séquence complémentaire aux brins suivants :

a) 5’ - A T T G G T C T A G - 3’
b) 5’ - T T A A G G A G A C T - 3’

Answer 11

a)
5’ - A T T G G T C T A G - 3’
3’ - T A A C C A G A T C - 5’

b)
5’ - T T A A G G A G A C T - 3’
3’ - A A T T C C T C T G A - 5’

Question 12

Pourquoi dit-on que la réplication de l’ADN est semi-conservative?

Answer 12

On dit que la réplication de l’ADN est semi-conservative parce que chaque nouvelle molécule d’ADN formée contient un brin original (ancien) et un brin nouvellement synthétisé

Concrètement :

• Lors de la réplication, la double hélice d’ADN est séparée en deux brins.
• Chaque brin sert de modèle (ou matrice) pour la synthèse d’un nouveau brin complémentaire.
• Le résultat est deux molécules d’ADN identiques, chacune formée :
  • d’un brin original (ancien)
  • d’un brin nouvellement fabriqué

Pourquoi c’est important ?

• Cela conserve la moitié de la molécule originale dans chaque copie.
• Cela garantit la fidélité de la transmission de l’information génétique lors de la division cellulaire.

D’où le nom : « semi-conservative », c’est-à-dire moitié conservée, moitié nouvelle​

Question 13

Qu’est-ce que l’origine de réplication?

Answer 13

L’origine de réplication (ou ori) est un site spécifique sur la molécule d’ADN où commence la réplication.

Explication :

• C’est à ce point précis que l’hélicase se fixe pour dérouler la double hélice d’ADN.
• Ensuite, les enzymes comme la primase et l’ADN polymérase interviennent pour initier la synthèse des nouveaux brins.
• Il peut y avoir une ou plusieurs origines de réplication, selon que l’organisme est un procaryote (souvent une seule ori) ou un eucaryote (plusieurs ori).

En résumé, l’origine de réplication est le point de départ de la duplication de l’ADN.

Question 14

Expliquez le processus de réplication d’ADN en ordre chronologique d’évènement qui se passe

Answer 14

Il y a d’abord la reconnaissance de l’origine de la réplication. Ensuite :

1. Ouverture de la double hélice par l’hélicase
   
   • L’hélicase se place sur l’ADN à l’origine
   • L’hélicase sépare les deux brins d’ADN dans une direction, créant une “fourche de réplication”
2. La primase met des amorces (segments d’ARN) complémentaires à l’ADN
   
   • Ces amorces sont nécessaires pour que l’ADN polymérase puisse commencer
3. Allongement de nouveaux brins par l’ADN polymérase
   
   • L’ADN polymérase ajoute des nucléotides dans le sens 5’ -> 3’ à partir des amorces :
     
     • Le brin directeur est synthétisé de façon continue
     • Le brin discontinu (brin retardé) est synthétisé en fragments d’Okazaki
4. Remplacement des amorces par de l’ADN
   
   • Une exonucléase retire les amorces d’ARN
5. Remplissage des trous par l’ADN polymérase
   
   • L’ADN polymérase complète les segments manquants laissés par l’enlèvement des amorces
6. Ligation des fragments (brin discontinu)
   
   • L’ADN ligase relie les fragments d’Okazaki entre eux pour former un brin continu

Question 15

Qu’est-ce qu’une amorce?

Answer 15

Une amorce est un court segment d’ARN (environ 5 à 10 nucléotides) complémentaire au brin d’ADN matrice.

Question 16

Quelle enzyme met les amorces?

Answer 16

La primase

Question 17

Pourquoi sont-elles nécessaires?

Answer 17

Les ADN polymérases ne peuvent pas commencer la synthèse d’ADN à partir de rien.
Elles ont besoin d’un point de départ, c’est-à-dire une extrémité 3’-OH libre, fournie par l’amorce.

Donc :

• L’amorce permet à l’ADN polymérase de commencer à ajouter des nucléotides pour former le nouveau brin d’ADN.

Question 18

Dans quel sens l’enzyme responsable de la synthèse de la chaine de polynucléotide travaille-t-elle?

Answer 18

La réplication est toujours dans le sens 5’ vers 3’ et L’ADN polymérase commence la synthèse d’ADN en polymérisant une chaîne polynucléotide complémentaire au brin matrice dans le sens 5’ à 3’

Question 19

Pourquoi est-ce qu’il existe un brin continu (directeur) et un brin discontinu?

Answer 19

Il existe un brin continu (brin directeur) et un brin discontinu (brin retardé) à cause de deux facteurs :

1. La structure antiparallèle de l’ADN
2. Le fait que l’ADN polymérase ne peut synthétiser que dans une seule direction : 5’ → 3’

Un des brins est synthétisé de manière continue en direction 5’ → 3’ […]
L’autre brin, le brin discontinu, est synthétisé en direction opposée (toujours en 5’ → 3’) de l’hélicase

Explication détaillée :
Brin directeur (continu) :

• Synthétisé dans la même direction que l’ouverture de la fourche de réplication (5’ → 3’).
• L’ADN polymérase peut y ajouter les nucléotides de façon continue, sans interruption.

Brin retardé (discontinu) :

• Est orienté dans le sens 3’ → 5’, donc l’ADN polymérase doit y synthétiser en petits fragments (Okazaki) dans le sens opposé à l’ouverture de la fourche.
• Nécessite plusieurs amorces.
• Les fragments seront ensuite reliés entre eux par l’ADN ligase.

Question 20

Comment s’appelle les fragments d’ADN synthétisés par l’ADN polymérase sur le brin discontinu?

Answer 20

Fragments d’Okazaki

Question 21

Expliquez la fonction de 4 enzymes dans la réplication de l’ADN

Answer 21

1. Hélicase :
   
   • Déroule la double hélice d’ADN en séparant les deux brins
2. Primase :
   
   • Synthétise une amorce d’ARN (5 à 10 nucléotides) complémentaires au brin matrice
3. ADN polymérase :
   
   • Ajoute des nucléotides à l’extrémité 3’ du brin en cours, dans le sens 5’ -> 3’. Il synthétise les nouveaux brins d’ADN de manière continu (brin directeur) ou en fragments (brin discontinu)
4. Exonucléase :
   
   • Retire les amorces d’ARN (placées par la primase) après la synthèse

Question 22

Quel nucléotide est unique à l’ARN?

Answer 22

L’uracile (U).

• Dans l’ADN, la base azotée complémentaire à l’adénine est la thymine (T).
• Dans l’ARN, la thymine est remplacée par l’uracile (U).

Donc :

• Uracile (U) est spécifique à l’ARN
• Thymine (T) est spécifique à l’ADN

Question 23

Pourquoi est-ce que l’ARNm a un nucléotide différent?

Answer 23

L’uracil n’est pas dans l’ADN, car il est moins résistant aux réactions photochimiques, qui causent des mutations

Plus détaillé :
L’ARNm a un nucléotide différent — l’uracile (U) au lieu de la thymine (T) — pour des raisons chimiques, fonctionnelles et évolutives
L’ARNm contient l’uracile (U) à la place de la thymine, car :

• L’uracile est suffisant pour une molécule temporaire
• Il est moins stable mais plus simple chimiquement
• L’utilisation de la thymine dans l’ADN aide à prévenir les mutations et à maintenir l’intégrité de l’information génétique.

Question 24

Si l’ARN polymérase synthétise un brin d’ARN à partir de l’ADN, et qu’elle fonctionne dans la direction 5’ à 3’, quelle sera la direction du brin transcrit?

Answer 24

Si l’ARN polymérase synthétise un brin d’ARN dans le sens 5’ → 3’, alors le brin d’ADN utilisé comme matrice (appelé brin matrice ou brin transcrit) est lu dans la direction opposée, soit 3’ → 5’

La polymérase ajoute les ribonucléotides à l’extrémité 3’ de l’ARN en croissance.

Pour cela, elle doit lire le brin d’ADN matrice dans le sens 3’ → 5’.

Le brin d’ARN nouvellement formé sera complémentaire et antiparallèle au brin d’ADN matrice.

Question 25

Comment est-ce que l’ARN polymérase fait pour reconnaître le promoteur?

Answer 25

Grâce aux **facteurs de transcription** Le promoteur d’un gène : c’est la région de l’ADN située en amont (avant) du point de départ de la transcription. Le promoteur est constitué de plusieurs douzaines de paires de nucléotides. Des protéines appelées des facteurs de transcription permettent à l’ARN polymérase de reconnaître le promoteur et le site d’initiation de la transcription. * Ce sont des protéines régulatrices qui se lient au promoteur. * Ils guident l’ARN polymérase vers le bon emplacement pour qu’elle puisse initier la transcription.

Question 26

Qu'est-ce qu'un opéron?

Answer 26

Un opéron est un ensemble de gènes regroupés sur une même région d’ADN, transcrits ensemble, et dont les fonctions sont souvent reliées (ex. : enzymes d’une même voie métabolique).

Question 27

Décrivez les composantes d’un opérons

Answer 27

1. Gènes de structure : * Ce sont les gènes codant pour des enzymes ou des protéines impliquées dans une fonction biologique (ex. : dégrader le lactose). 2. Gène régulateur : * Code pour une protéine régulatrice, souvent un répresseur * Ce répresseur peut se lier à l'opérateur pour bloquer la transcripton 3. Opérateur : * Région de l’ADN située près du promoteur, où le répresseur peut se fixer. * Fonctionne comme un interrupteur ON/OFF pour la transcription. 4. Promoteur (mentionné ailleurs dans le document, utile à inclure ici pour clarté) : * Séquence où l’ARN polymérase se lie pour commencer la transcription des gènes de structure.

Question 28

À quoi sert le gène régulateur?

Answer 28

Le gène régulateur sert à contrôler l’expression des gènes de structure en produisant une protéine régulatrice, généralement un répresseur

Question 29

Sur quelle partie de l’opéron est l’opérateur? À quoi sert-il?

Answer 29

L’opérateur est situé dans le promoteur ou juste après, entre le promoteur et les gènes de structure. Agit comme interrupteur de la transcription (on ou off)

Question 30

Donnez un exemple de contrôle négatif de la transcription dans l’opéron Lactose

Answer 30

Un exemple classique de contrôle négatif dans l’opéron lactose (ou opéron lac) est la liaison du répresseur au site opérateur pour empêcher la transcription des gènes. « Le répresseur se lie à l’opérateur → la transcription est OFF = contrôle négatif » **Exemple dans l’opéron lactose :** * En absence de lactose, le répresseur (produit par le gène régulateur) se fixe à l’opérateur. * Cela empêche l’ARN polymérase de transcrire les gènes nécessaires à la dégradation du lactose. * La transcription est bloquée = contrôle négatif

Question 31

Différenciez opéron inductible d’opéron répressible

Answer 31

* L’opéron inductible est activé en présence d’une substance à dégrader (ex. : lactose). * L’opéron répressible est désactivé lorsque le produit à fabriquer est déjà présent (ex. : tryptophane). Ces deux types d’opérons permettent aux cellules de réguler l’expression des gènes selon leurs besoins.

Question 32

Décrivez le mécanisme de régulation de la transcription de l’opéron Lactose en expliquant le mécanisme de régulation de la protéine répresseur et du facteur de transcription CAP

Answer 32

L’opéron lactose est contrôlé par deux mécanismes : 1. Un contrôle négatif (via le répresseur) 2. Un contrôle positif (via le facteur de transcription CAP) **1. Rôle de la protéine répresseur (contrôle négatif)** En absence de lactose : * Le répresseur (produit par le gène régulateur) se lie à l’opérateur. * Cela bloque l’ARN polymérase, donc empêche la transcription des gènes qui permettent de digérer le lactose. * → L’opéron est OFF. En présence de lactose : * Le lactose (ou son dérivé, l’allolactose) agit comme un inducteur. * Il se lie au répresseur et le désactive → le répresseur ne peut plus se fixer à l’opérateur. * L’ARN polymérase peut alors transcrire les gènes de l’opéron lactose. * → L’opéron est ON. **2. Rôle du facteur de transcription CAP (contrôle positif)** En absence de glucose : * Le niveau d’AMP cyclique (AMPc) augmente dans la cellule. * L’AMPc se lie au facteur CAP (catabolite activator protein). * Le complexe AMPc-CAP se fixe en amont du promoteur, ce qui renforce la liaison de l’ARN polymérase au promoteur. * → La transcription est fortement activée si le lactose est aussi présent. En présence de glucose : * Le niveau d’AMPc est faible, donc CAP ne peut pas s’activer. * Même si le répresseur est inactif (grâce au lactose), la transcription est faible. * → La cellule privilégie le glucose.

Question 33

# mécanisme de régulation de la transcription de l’opéron Lactose Pourquoi est-ce que la transcription des gènes de structure de l’opéron Lactose est lente lorsqu’il y a du lactose et du glucose?

Answer 33

Parce que le glucose inhibe le mécanisme d’activation positive nécessaire pour une transcription efficace, même si le lactose est présent. Si : glucose + lactose abondant dans le milieu → PAS de transcription (le répresseur n’est pas sur l’opérateur, mais le facteur de transcription CAP n’est pas lié à l’AMPc, donc pas de transcription) 🧬 Explication : Présence de lactose : Le lactose inactive le répresseur → donc l’opérateur est libre. L’ARN polymérase peut potentiellement transcrire les gènes de structure. Mais présence de glucose : Le taux d’AMPc est faible → donc CAP ne peut pas s’activer. Sans CAP activé, l’ARN polymérase a moins d'affinité pour le promoteur. Résultat : la transcription est possible, mais lente et inefficace.

Question 34

# mécanisme de régulation de la transcription de l’opéron Lactose Pourquoi est-ce que l’absence de glucose est nécessaire pour que la transcription des gènes de structure soit optimale?

Answer 34

Parce que l’absence de glucose augmente le niveau d’AMP cyclique (AMPc), ce qui permet l’activation du facteur CAP, nécessaire pour stimuler fortement la transcription. « Un signal de carence de glucose est déclenché sous forme d’une augmentation du taux d’AMPc. CAP est un facteur de transcription qui active l’opéron Lac. » 🧬 Explication : Quand le glucose est absent : Le taux d’AMPc augmente dans la cellule. L’AMPc se lie à la protéine CAP, formant un complexe AMPc–CAP. Ce complexe se fixe au promoteur de l’opéron lactose et améliore la liaison de l’ARN polymérase. Résultat : transcription maximale des gènes de structure. Si le glucose est présent : Le taux d’AMPc est bas. CAP ne peut pas s’activer, donc ne se fixe pas au promoteur. → La transcription est faible, même si le lactose est présent.

Question 35

Voici une séquence d’ADN. Écrivez la séquence de l’ARNm en utilisant le brin matrice. 3’ – A T G C G G T T A T C G T C A T – 5’ 5’ – T A C G C C A A T A G C A G T A – 3’

Answer 35

**Brin matrice :** 3' - A T G C G G T T A T C G T C A T - 5' ARN polymérase lit le brin matrice dans le sens 3' -> 5' Donc ARNm : 5' - U A C G C C A A U A G C A G U A - 5'

Question 37

De quelle composante d'un opéron s'agit-il? Codent pour les enzymes impliquées dans des voies cataboliques ou de synthèse a) Gènes de structures b) Gènes régulateurs c) Opérateurs

Answer 37

a) Gènes de structures

Question 38

De quelle composante d'un opéron s'agit-il? Codent pour une protéine qui inhibe la transcription : le répresseur a) Gènes de structures b) Gènes régulateurs c) Opérateurs

Answer 38

b) Gènes régulateurs

Question 39

De quelle composante d'un opéron s'agit-il? Site dans le promoteur qui agit comme un interrupteur de la transcription (on ou off) a) Gènes de structures b) Gènes régulateurs c) Opérateurs

Answer 39

c) Opérateur

Question 40

# Composants d'un opéron Si le répresseur se lie à l'opérateur, la transcription est (1) on ou off? (2) Est-ce un contrôle positif ou négatif?

Answer 40

(1) OFF (2) Contrôle négatif

Question 41

La transcription des gènes qui font partie d’un opéron est contrôlée par a) Un seul promoteur b) Plusieurs promoteurs c) Un seul répresseur d) Plusieurs répresseurs

Answer 41

a) Un seul promoteur

Question 42

Vrai ou faux La transcription à lieu (ON) si l'ARN polymérase se lie au promoteur et est capable d'initier la transcription

Answer 42

Vrai

Question 43

Vrai ou faux La transcription n’a pas lieu (OFF) si l’ARN polymérase ne se lie au promoteur ou qu’elle n’est pas capable d’initier la transcription

Answer 43

Vrai

Question 44

Quelle protéine inhibe la transcription?

Answer 44

Le répresseur

Question 45

Une protéine appelée ____________ se fixe à l'opérateur (sur le promoteur) et empêche la liaison ou l'initiation de l'ARN polymérase (contrôle négatif de la transcription)

Answer 45

répresseur

Question 47

Quels sont les deux types d'opéron?

Answer 47

1. Inductible --> opéron lactose 2. Opéron répressible --> Tryptophane

Question 48

Le lactose est un ________ a) Monosaccharide b) Polysaccharide c) Disaccharide

Answer 48

c) Disaccharide