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8.2 : Stockage des informations génétiques - Biologie

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Ce que vous apprendrez à faire : expliquer comment l'ADN stocke l'information génétique

La structure unique de l'ADN est la clé de sa capacité à stocker et à répliquer l'information génétique :

Dans ce résultat, vous apprendrez à décrire la structure en double hélice de l'ADN : son échelle de squelette sucre-phosphate avec des « échelons » d'échelle de base azotée.

Objectifs d'apprentissage

  • Diagramme de la structure de l'ADN
  • Relier la structure de l'ADN au stockage de l'information génétique

Structure de l'ADN

Les éléments constitutifs de l'ADN sont nucléotides. Les composants importants de chaque nucléotide sont une base azotée, le désoxyribose (sucre à 5 carbones) et un groupe phosphate (voir Figure 2). Chaque nucléotide est nommé en fonction de sa base azotée. La base azotée peut être un purine, tels que l'adénine (A) et la guanine (G), ou un pyrimidine, telles que la cytosine (C) et la thymine (T). L'uracile (U) est également une pyrimidine (comme le montre la figure 2), mais il ne se produit que dans l'ARN, dont nous parlerons plus en détail plus tard.

Les nucléotides se combinent entre eux par des liaisons covalentes appelées liaisons phosphodiester ou des liens. Le résidu phosphate est attaché au groupe hydroxyle du carbone 5' d'un sucre d'un nucléotide et au groupe hydroxyle du carbone 3' du sucre du nucléotide suivant, formant ainsi une liaison phosphodiester 5'-3'.

Dans les années 50, François Crampe et Jacques Watson ont travaillé ensemble pour déterminer la structure de l'ADN à l'Université de Cambridge, en Angleterre. D'autres scientifiques comme Linus Pauling et Maurice Wilkins exploraient également activement ce domaine. Pauling avait découvert la structure secondaire des protéines en utilisant la cristallographie aux rayons X. Dans le laboratoire de Wilkins, la chercheuse Rosalind Franklin utilisait des méthodes de diffraction des rayons X pour comprendre la structure de l'ADN. Watson et Crick ont ​​pu reconstituer le puzzle de la molécule d'ADN sur la base des données de Franklin car Crick avait également étudié la diffraction des rayons X (Figure 3). En 1962, James Watson, Francis Crick et Maurice Wilkins ont reçu le prix Nobel de médecine. Malheureusement, à ce moment-là, Franklin était décédé et les prix Nobel ne sont pas décernés à titre posthume.

Watson et Crick ont ​​proposé que l'ADN soit composé de deux brins qui sont enroulés les uns autour des autres pour former un droitier hélix. Appairage de bases a lieu entre une purine et une pyrimidine ; à savoir, A paires avec T et G paires avec C. L'adénine et la thymine sont des paires de bases complémentaires, et la cytosine et la guanine sont également des paires de bases complémentaires. Les paires de bases sont stabilisées par liaisons hydrogène; l'adénine et la thymine forment deux liaisons hydrogène et la cytosine et la guanine forment trois liaisons hydrogène. Les deux brins sont anti-parallèlel dans la nature ; c'est-à-dire que l'extrémité 3' d'un brin fait face à l'extrémité 5' de l'autre brin. Le sucre et le phosphate des nucléotides forment l'épine dorsale de la structure, tandis que les bases azotées sont empilées à l'intérieur. Chaque paire de bases est séparée de l'autre paire de bases par une distance de 0,34 nm, et chaque tour de l'hélice mesure 3,4 nm. Par conséquent, dix paires de bases sont présentes par tour d'hélice. Le diamètre de la double hélice d'ADN est de 2 nm et il est uniforme partout. Seul l'appariement entre une purine et une pyrimidine peut expliquer le diamètre uniforme. La torsion des deux brins l'un autour de l'autre entraîne la formation de rainures principales et secondaires uniformément espacées (figure 4).

Information génétique

L'information génétique d'un organisme est stockée dans des molécules d'ADN. Comment une sorte de molécule peut-elle contenir toutes les instructions pour faire des êtres vivants compliqués comme nous ? Quel composant ou caractéristique de l'ADN peut contenir cette information ? Il doit provenir des bases azotées, car, comme vous le savez déjà, le squelette de toutes les molécules d'ADN est le même. Mais il n'y a que quatre bases trouvées dans l'ADN : G, A, C et T. La séquence de ces quatre bases peut fournir toutes les instructions nécessaires pour construire n'importe quel organisme vivant. Il peut être difficile d'imaginer que 4 « lettres » différentes puissent communiquer autant d'informations. Mais pensez à la langue anglaise, qui peut représenter une énorme quantité d'informations en utilisant seulement 26 lettres. Le code binaire utilisé pour écrire des programmes informatiques est encore plus profond. Ce code ne contient que des uns et des zéros, et pensez à tout ce que votre ordinateur peut faire. L'alphabet ADN peut coder des instructions très complexes en utilisant seulement quatre lettres, bien que les messages finissent par être très longs. Par exemple, le E. coli bactérie porte ses instructions génétiques dans une molécule d'ADN qui contient plus de cinq millions de nucléotides. Le génome humain (tout l'ADN d'un organisme) se compose d'environ trois milliards nucléotides répartis entre 23 molécules d'ADN appariées, ou chromosomes.

Les informations stockées dans l'ordre des bases sont organisées en gènes: chaque gène contient des informations pour fabriquer un produit fonctionnel. L'information génétique est d'abord copiée dans un autre polymère d'acide nucléique, ARN (acide ribonucléique), en préservant l'ordre des bases nucléotidiques. Les gènes qui contiennent des instructions pour fabriquer des protéines sont convertis en ARN messager (ARNm). Certains gènes spécialisés contiennent des instructions pour fabriquer des molécules d'ARN fonctionnelles qui ne font pas protéines. Ces molécules d'ARN fonctionnent en affectant directement les processus cellulaires ; par exemple, certaines de ces molécules d'ARN régulent l'expression de l'ARNm. D'autres gènes produisent des molécules d'ARN nécessaires à la synthèse des protéines, transférer l'ARN (ARNt), et ARN ribosomique (ARNr).

Pour que l'ADN fonctionne efficacement pour stocker des informations, deux processus clés sont nécessaires. Premièrement, les informations stockées dans la molécule d'ADN doivent être copiées, avec un minimum d'erreurs, chaque fois qu'une cellule se divise. Cela garantit que les deux cellules filles héritent de l'ensemble complet des informations génétiques de la cellule mère. Deuxièmement, les informations stockées dans la molécule d'ADN doivent être traduit, ou exprimé. Pour que les informations stockées soient utiles, les cellules doivent pouvoir accéder aux instructions de fabrication de protéines spécifiques, afin que les bonnes protéines soient fabriquées au bon endroit au bon moment.

La copie et la lecture des informations stockées dans l'ADN reposent sur l'appariement de bases entre deux acide nucléique brins de polymère. Rappelons que la structure de l'ADN est une double hélice (voir Figure 5).

Le désoxyribose de sucre avec le Groupe phosphate forme l'échafaudage ou l'épine dorsale de la molécule (surlignée en jaune sur la figure 5). Les bases pointent vers l'intérieur. Les bases complémentaires forment des liaisons hydrogène entre elles au sein de la double hélice. Voyez comment les plus grandes bases (purines) jumeler avec les plus petits (pyrimidines). Cela maintient la largeur de la double hélice constante. Plus précisément, A s'apparie avec T et C s'apparie avec G. Alors que nous discutons de la fonction de l'ADN dans les sections suivantes, gardez à l'esprit qu'il existe une raison chimique à l'appariement spécifique des bases.

Pour illustrer le lien entre les informations contenues dans l'ADN et une caractéristique observable d'un organisme, considérons un gène qui fournit les instructions pour la construction de l'hormone insuline. L'insuline est responsable de la régulation de la glycémie. Le gène de l'insuline contient des instructions pour assembler la protéine insuline à partir d'acides aminés individuels. Changer la séquence de nucléotides dans la molécule d'ADN peut changer les acides aminés dans la protéine finale, entraînant un dysfonctionnement de la protéine. Si l'insuline ne fonctionne pas correctement, elle peut être incapable de se lier à une autre protéine (récepteur de l'insuline). Au niveau de l'organisation de l'organisme, cet événement moléculaire (changement de séquence d'ADN) peut conduire à un état pathologique, dans ce cas, le diabète.

Questions pratiques

L'ordre des nucléotides dans un gène (dans l'ADN) est la clé du stockage des informations. Par exemple, considérons ces deux mots : stable et tables. Les deux mots sont construits à partir des mêmes lettres (sous-unités), mais l'ordre différent de ces sous-unités entraîne des significations très différentes. Dans l'ADN, les informations sont stockées en unités de 3 lettres. Utilisez la clé suivante pour décoder le message crypté. Cela devrait vous aider à voir comment les informations peuvent être stockées dans l'ordre linéaire des nucléotides dans l'ADN.

ABC = unDEF = dGHI = eJKL = f
ORM = hPQR = jeUT = mVWX = n
YZA = oBCD = rEFG = sHIJ = t
KLM = wNOP = jQRS = pTUV = y

Message crypté : HIJMNOPQREFG – PQREFG – MNOYZAKLM – DEFVWXABC – EFGHIJYZABCDGHIEFG – PQRVWXJKLYZABCDSTUABCHIJPQRYZAVWX

[practice-area rows="2″][/practice-area]
[révéler-réponse q="236947″]Montrer la réponse[/révéler-réponse]
[hidden-answer a="236947″]C'est ainsi que l'ADN stocke les informations.

[/réponse-cachée]

Où dans l'ADN les informations sont-elles stockées ?

  1. La forme de l'ADN
  2. Le squelette sucre-phosphate
  3. La séquence des bases
  4. La présence de deux brins.

[reveal-answer q="767717″]Afficher la réponse[/reveal-answer]
[hidden-answer a="767717″]Réponse c. La séquence des bases code pour les instructions de synthèse des protéines. La forme de l'ADN n'est pas liée au stockage de l'information. Le squelette sucre-phosphate n'agit que comme un échafaudage. La présence de deux brins est importante pour la réplication, mais leur contenu informationnel est équivalent, car ils sont complémentaires l'un de l'autre.

[/réponse-cachée]

Quelle affirmation est correcte ?

  1. La séquence des bases d'ADN est organisée en chromosomes, dont la plupart contiennent les instructions pour construire un acide aminé.
  2. La séquence des brins d'ADN est organisée en chromosomes, dont la plupart contiennent les instructions pour construire une protéine.
  3. La séquence des bases d'ADN est organisée en gènes, dont la plupart contiennent les instructions pour construire une protéine.
  4. La séquence des phosphates d'ADN est organisée en gènes, dont la plupart contiennent les instructions pour construire une cellule.

[reveal-answer q="363484″]Afficher la réponse[/reveal-answer]
[hidden-answer a="363484″]Réponse c. La séquence des bases d'ADN est organisée en gènes, dont la plupart contiennent les instructions pour construire une protéine. L'ADN stocke des informations dans la séquence de ses bases. Les informations sont regroupées en gènes. La protéine est ce qui est principalement codé.[/hidden-answer]

Vérifie ta compréhension

Répondez aux questions ci-dessous pour voir dans quelle mesure vous comprenez les sujets abordés dans la section précédente. Ce petit quiz fait ne pas compte pour votre note dans la classe, et vous pouvez la repasser un nombre illimité de fois.

Utilisez ce quiz pour vérifier votre compréhension et décider s'il faut (1) approfondir la section précédente ou (2) passer à la section suivante.


8.2 : Stockage des informations génétiques - Biologie

La structure unique de l'ADN est la clé de sa capacité à stocker et à répliquer l'information génétique :

Dans ce résultat, vous apprendrez à décrire la structure en double hélice de l'ADN : son échelle de squelette sucre-phosphate avec des « échelons » d'échelle de base azotée.

Résultats d'apprentissage

  • Diagramme de la structure de l'ADN
  • Relier la structure de l'ADN au stockage de l'information génétique

8.2 : Stockage des informations génétiques - Biologie

L'information génétique d'un organisme est stockée dans des molécules d'ADN. Comment une sorte de molécule peut-elle contenir toutes les instructions pour faire des êtres vivants compliqués comme nous ? Quel composant ou caractéristique de l'ADN peut contenir cette information ? Il doit provenir des bases azotées, car, comme vous le savez déjà, le squelette de toutes les molécules d'ADN est le même. Mais il n'y a que quatre bases trouvées dans l'ADN : G, A, C et T. La séquence de ces quatre bases peut fournir toutes les instructions nécessaires pour construire n'importe quel organisme vivant. Il peut être difficile d'imaginer que 4 « lettres » différentes puissent communiquer autant d'informations. Mais pensez à la langue anglaise, qui peut représenter une énorme quantité d'informations en utilisant seulement 26 lettres. Le code binaire utilisé pour écrire des programmes informatiques est encore plus profond. Ce code ne contient que des uns et des zéros, et pensez à tout ce que votre ordinateur peut faire. L'alphabet ADN peut coder des instructions très complexes en utilisant seulement quatre lettres, bien que les messages finissent par être très longs. Par exemple, le E. coli bactérie porte ses instructions génétiques dans une molécule d'ADN qui contient plus de cinq millions de nucléotides. Le génome humain (tout l'ADN d'un organisme) se compose d'environ trois milliards nucléotides répartis entre 23 molécules d'ADN appariées, ou chromosomes.

Les informations stockées dans l'ordre des bases sont organisées en gènes: chaque gène contient des informations pour fabriquer un produit fonctionnel. L'information génétique est d'abord copiée dans un autre polymère d'acide nucléique, ARN (acide ribonucléique), en préservant l'ordre des bases nucléotidiques. Les gènes qui contiennent des instructions pour fabriquer des protéines sont convertis en ARN messager (ARNm). Certains gènes spécialisés contiennent des instructions pour fabriquer des molécules d'ARN fonctionnelles qui ne font pas protéines. Ces molécules d'ARN fonctionnent en affectant directement les processus cellulaires, par exemple certaines de ces molécules d'ARN régulent l'expression de l'ARNm. D'autres gènes produisent des molécules d'ARN nécessaires à la synthèse des protéines, transférer l'ARN (ARNt), et ARN ribosomique (ARNr).

Pour que l'ADN fonctionne efficacement pour stocker des informations, deux processus clés sont nécessaires. Premièrement, les informations stockées dans la molécule d'ADN doivent être copiées, avec un minimum d'erreurs, chaque fois qu'une cellule se divise. Cela garantit que les deux cellules filles héritent de l'ensemble complet des informations génétiques de la cellule mère. Deuxièmement, les informations stockées dans la molécule d'ADN doivent être traduit, ou exprimé. Pour que les informations stockées soient utiles, les cellules doivent pouvoir accéder aux instructions de fabrication de protéines spécifiques, afin que les bonnes protéines soient fabriquées au bon endroit au bon moment.

Figure 1. Double hélice de l'ADN. Graphique modifié à partir de la structure chimique de l'ADN, par Madeleine Price Ball, CC-BY-SA-2.0

La copie et la lecture des informations stockées dans l'ADN reposent sur l'appariement de bases entre deux acide nucléique brins de polymère. Rappelons que la structure de l'ADN est une double hélice (voir Figure 1).

Le désoxyribose de sucre avec le Groupe phosphate forme l'échafaudage ou l'épine dorsale de la molécule (surlignée en jaune sur la figure 1). Les bases pointent vers l'intérieur. Les bases complémentaires forment des liaisons hydrogène entre elles au sein de la double hélice. Voyez comment les plus grandes bases (purines) jumeler avec les plus petits (pyrimidines). Cela maintient la largeur de la double hélice constante. Plus précisément, A s'apparie avec T et C s'apparie avec G. Alors que nous discutons de la fonction de l'ADN dans les sections suivantes, gardez à l'esprit qu'il existe une raison chimique à l'appariement spécifique des bases.

Pour illustrer le lien entre les informations contenues dans l'ADN et une caractéristique observable d'un organisme, considérons un gène qui fournit les instructions pour la construction de l'hormone insuline. L'insuline est responsable de la régulation de la glycémie. Le gène de l'insuline contient des instructions pour assembler la protéine insuline à partir d'acides aminés individuels. Changer la séquence de nucléotides dans la molécule d'ADN peut changer les acides aminés dans la protéine finale, entraînant un dysfonctionnement de la protéine. Si l'insuline ne fonctionne pas correctement, elle peut être incapable de se lier à une autre protéine (récepteur de l'insuline). Au niveau de l'organisation de l'organisme, cet événement moléculaire (changement de séquence d'ADN) peut conduire à un état pathologique, dans ce cas, le diabète.

Questions pratiques

L'ordre des nucléotides dans un gène (dans l'ADN) est la clé du stockage des informations. Par exemple, considérons ces deux mots : stable et tables. Les deux mots sont construits à partir des mêmes lettres (sous-unités), mais l'ordre différent de ces sous-unités entraîne des significations très différentes. Dans l'ADN, les informations sont stockées en unités de 3 lettres. Utilisez la clé suivante pour décoder le message crypté. Cela devrait vous aider à voir comment les informations peuvent être stockées dans l'ordre linéaire des nucléotides dans l'ADN.

ABC = un DEF = d GHI = e JKL = f
ORM = h PQR = je UT = m VWX = n
YZA = o BCD = r EFG = s HIJ = t
KLM = w NOP = j QRS = p TUV = y

Message crypté : HIJMNOPQREFG – PQREFG – MNOYZAKLM – DEFVWXABC – EFGHIJYZABCDGHIEFG – PQRVWXJKLYZABCDSTUABCHIJPQRYZAVWX


La diversité structurale des polymères génétiques artificiels

La génétique synthétique est une sous-discipline de la biologie synthétique qui vise à développer des polymères génétiques artificiels (également appelés acides xéno-nucléiques ou XNA) qui peuvent se répliquer in vitro et éventuellement dans des organismes cellulaires modèles. Ce domaine scientifique combine la chimie organique avec l'ingénierie de la polymérase pour créer des formes alternatives d'ADN qui peuvent stocker des informations génétiques et évoluer en réponse à des stimuli externes. Les praticiens de la génétique synthétique postulent que XNA pourrait être utilisé pour protéger les organismes de biologie synthétique en stockant des informations génétiques dans des chromosomes orthogonaux. Les polymères XNA sont également à l'étude en tant que source de réactifs d'affinité résistants aux nucléases (aptamères) et de catalyseurs (xénozymes) avec des applications pratiques dans le diagnostic et le traitement des maladies. Dans cette revue, nous proposons une perspective structurelle sur les structures duplex antiparallèles connues dans lesquelles au moins un brin du duplex Watson-Crick est entièrement composé de XNA. À l'heure actuelle, seule une poignée de structures XNA ont été archivées dans la banque de données sur les protéines, par rapport aux plus de 100 000 structures actuellement disponibles. Compte tenu de l'intérêt croissant pour les projets de xénobiologie, nous avons choisi de comparer les caractéristiques structurelles des polymères XNA et de discuter de leur potentiel pour accéder à de nouvelles régions de l'espace de repliement des acides nucléiques.

© The Author(s) 2015. Publié par Oxford University Press pour le compte de Nucleic Acids Research.

Les figures

Des structures représentatives illustrent la structure…

Les structures représentatives illustrent la diversité structurale et la plasticité des cellules nucléiques naturelles et artificielles…

Unités répétitives du squelette XNA. Chimique…

Unités répétitives du squelette XNA. Structures chimiques du noyau nucléique naturel et artificiel (XNA)…

Paramètres géométriques de A-…

Paramètres géométriques des hélices naturelles de forme A et B. ( UNE ) Génétique naturelle…

Angles de phase de pseudorotation P pour…

Angles de phase de pseudorotation P pour les duplex XNA. Les angles n'ont été calculés que pour les oligonucléotides…

(χ, ?? ) covariance angulaire…

(χ, ?? ) les matrices de covariance angulaire reflètent la diversité structurelle et la plasticité de…


L'importance de l'ADN et son importance dans la biologie moderne

L'acide désoxyribonucléique, autrement appelé « ADN », est plus qu'un simple groupe de nucléotides parfaitement organisés et orchestrés pour former la tristement célèbre « double hélice ». Couramment étudié au niveau moléculaire, l'ADN et sa structure ont été fondamentaux pour comprendre l'évolution. L'importance de l'ADN ne peut pas être surestimée, car il a plusieurs applications dans de nombreux domaines. Une compréhension et une appréciation de la structure et de la fonction de l'ADN ont ouvert de nombreux domaines de recherche, tels que le génie génétique, qui est un domaine d'étude d'un intérêt croissant. La science médico-légale et la généalogie s'appuient également fortement sur les empreintes digitales et le séquençage de l'ADN pour obtenir des informations.

L'ADN est considéré comme un modèle permettant au corps de fabriquer des protéines. Structurellement, une molécule d'ADN a un squelette sucre-phosphate avec des paires de bases liées par des liaisons hydrogène, ces liaisons hydrogène aident à stabiliser la structure hélicoïdale de l'ADN. La stabilité de la structure de l'ADN est obtenue par empilement de bases (interactions hydrophobes). Considérons une phrase : la phrase elle-même est le polymère, et les lettres qui la composent, les unités individuelles de la phrase, sont ses monomères. L'ADN est composé de la même manière : c'est un polymère constitué de monomères appelés nucléotides. Il existe quatre nucléotides différents : A (adénine), C (cytosine), G (guanine) et T (thymine). Les nucléotides sont les éléments constitutifs de l'ADN - comme les lettres d'une phrase, ils peuvent être disposés de différentes manières, modifiant ainsi la fonction globale du brin d'ADN [1]. Les molécules d'ADN sont emballées dans des chromosomes, stockant des informations génétiques, les individus ont une séquence et un arrangement différents de chromosomes, de gènes et d'allèles (variants de gènes). Cette structuration unique du matériel génétique est la base par laquelle l'extraction d'informations sur un organisme est formée.

Les maladies et les conditions médicales peuvent être interprétées et comprises à l'aide de l'ADN : les mutations génétiques qui endommagent l'ADN ont des effets néfastes sur la santé et le bien-être d'un individu. Une étude portant sur l'importance de l'ADN a conclu que les troubles héréditaires sont tous transmis par un ADN défectueux, par exemple, le stress oxydatif endommage l'ADN à un point tel que les cellules germinales impliquées dans la conception sont endommagées. Le résultat, entre autres, de tels dommages à l'ADN est l'infertilité, qui est transmise à la lignée germinale. Un cancer infantile peut également survenir [2].

La lutte contre le cancer repose également sur la manipulation de la réplication de l'ADN. En l'absence de remède pour cette maladie à l'heure actuelle, les scientifiques du monde entier se concentrent plus que jamais sur la recherche sur l'ADN. On dit que les patients atteints de cancer ont des « fragments d'ADN dérivés de tumeurs [ADN tumoral circulant (ADNct)] » et la découverte de ces fragments s'est avérée utile pour évaluer la propagation et la récurrence du cancer [3]. L'épidémiologie de COVID-19 peut également être comprise à l'aide de l'ADN, en particulier dans l'analyse des individus sensibles. L'entrée et la réplication virales réussies dépendent de l'interaction du SRAS-CoV-2 et de l'enzyme de conversion de l'angiotensine 2 (ACE2). Des études montrent que le polymorphisme du gène ACE2 a un effet sur la gravité du COVID-19. Elle a également des implications dans la susceptibilité individuelle à la maladie [4]. La variation génétique de l'ACE2, résultat direct de la mutation de l'ADN, signifie que différentes variétés de cette enzyme auront différentes interactions avec le virus, expliquant pourquoi et comment contracter le virus a des effets différents sur les personnes.

Alors que les études d'ADN sont principalement observées en milieu clinique, elles sont utiles ailleurs : l'ADN a une longévité de plusieurs années, ce qui le rend utile pour le traçage historique et l'archéologie. De telles applications pratiques ont aidé les spécialistes de l'histoire à savoir où Richard III a été enterré, et aussi à apprendre que les enfants du tsar Nicolas II ont été tués pendant la révolution russe, sans tenir compte des spéculations sur leur disparition. Un simple traçage des séquences d'ADN uniques a permis de découvrir de telles vérités [5].

L'ADN peut également être utilisé en agriculture pour identifier les cultures ainsi que dans « le clonage de gènes de traits agronomiques importants et la sélection assistée par marqueurs moléculaires » [6]. Les applications de ceci peuvent également être vues dans les couleurs de la biotechnologie. La biotechnologie verte (pour l'agriculture) voit son application dans l'ingénierie moléculaire dans la sélection des plantes pour modifier génétiquement les plantes avec des traits souhaitables [7, 8]. Le concept derrière la fabrication du «riz doré» utilise l'ADN comme base pour de telles modifications, le riz étant génétiquement modifié pour augmenter la teneur en vitamine A. Bien que de nombreuses controverses existent concernant la consommation de « riz doré », il peut être particulièrement utile pour aider à réduire une carence généralisée en vitamine A (rétinol) dans des endroits comme le Bangladesh, où 3 000 enfants meurent chaque jour en raison d'une carence en vitamine A [9].

L'ADN est polyvalent, ayant un large éventail d'utilisations dans diverses disciplines. La liste d'exemples de ses utilisations et applications est exhaustive, illustrant et démontrant à quel point elle est importante, notamment en biologie moderne. C'est un fait indéniable que la découverte de l'ADN a eu un impact positif sur le monde de la science, aidant les scientifiques dans leur quête pour en savoir plus sur la génétique de divers organismes. De telles informations ont été bénéfiques pour comprendre l'épidémiologie, améliorant ainsi notre qualité de vie.

Les références

[1] Khan Academy, "Structure et fonction de l'ADN", Khan Academy, 2020. [En ligne]. Disponible : https://www.khanacademy.org/test-prep/mcat/biomolecules/dna/a/dna-structure-and-function. [Consulté le 5 juillet 2020].

[2] R. J. Aitken, G. N. De Iuliis et R. I. McLachlan, « importance biologique et clinique des dommages à l'ADN dans la lignée germinale mâle », Revue internationale d'andrologie, non. 32, p. 48, 2008.

[3] E. Heitzer, « Point : Circulation de l'ADN tumoral pour la gestion moderne du cancer », Chimie clinique , vol. 66, non. 1, p. 143, 2020.

[4] C.A. Devaux, J.-M. Rolain et D. Raoult, « Polymorphisme des récepteurs ACE2 : susceptibilité au SRAS-CoV-2, à l'hypertension, à la défaillance multiviscérale et à l'issue de la maladie COVID-19 » Journal de microbiologie, d'immunologie et d'infection, vol. 53, p. 425-435, 2020.

[5] J. Wilson, "CNN Health", Turner Broadcasting System, 25 avril 2013. [En ligne]. Disponible : https://edition.cnn.com/2013/04/25/health/national-dna-day-tests/index.html. [Consulté le 3 juillet 2020].

[6] C. Wang, X. Zhu, L. Shangguan et J. Fang, "Applications des technologies de l'ADN en agriculture," Génomique actuelle, vol. 17, non. 4, pages 379-386, 2016.

[7] P. Kafarski, « Code arc-en-ciel de la biotechnologie », CHEMIK, vol. 66, non. 8, p. 811-816, 2012.

[8] M.C.S. Barcelos, F.B. Lupki, G.A. Campolina, D.L. Nelson et G. Molina, "Les couleurs de la biotechnologie : aperçu général et développements des zones blanches, vertes et bleues," Lettres de microbiologie FEMS, vol. 365, non. 21, p. 1, 2018.

[9] Dhaka Tribune, « Bangladesh proche de la sortie du riz doré », Dhaka Tribune, 28 octobre 2019. [En ligne]. Disponible : https://www.dhakatribune.com/bangladesh/agriculture/2019/10/28/bangladesh-close-to-releasing-golden-rice. [Consulté le 13 juillet 2020].

Laura est une étudiante en médecine de première année qui est également passionnée par les sciences. Après avoir effectué des recherches approfondies sur des sujets liés aux STIM, elle a appris à apprécier l'aspect scientifique des STIM. Outre la médecine et la science, Laura est passionnée par la santé et la forme physique, le développement personnel, ainsi que l'horticulture, et aime lire et cuisiner aussi. Laura est rédactrice en communication scientifique, au sein de l'équipe de bénévoles de Youth STEM Matters.


Échange d'informations génétiques

Les bactéries n'ont pas de stade de reproduction sexuelle obligatoire dans leur cycle de vie, mais elles peuvent être très actives dans l'échange d'informations génétiques. L'information génétique contenue dans l'ADN peut être transférée d'une cellule à une autre, cependant, il ne s'agit pas d'un véritable échange, car un seul partenaire reçoit la nouvelle information. De plus, la quantité d'ADN qui est transférée n'est généralement qu'un petit morceau du chromosome. Il existe plusieurs mécanismes par lesquels cela se produit. En transformation, les bactéries prélèvent des fragments libres d'ADN qui flottent dans le milieu. Pour absorber efficacement l'ADN, les cellules bactériennes doivent être dans un état compétent, qui est défini par la capacité des bactéries à se lier à des fragments libres d'ADN et ne se forme naturellement que dans un nombre limité de bactéries, telles que Haemophilus, Neisseria, Streptocoque, et Bacille. De nombreuses autres bactéries, dont E. coli, peut être rendu compétent artificiellement dans des conditions de laboratoire, telles que par exposition à des solutions de chlorure de calcium (CaCl2). La transformation est un outil majeur dans la technologie de l'ADN recombinant, car des fragments d'ADN d'un organisme peuvent être absorbés par un deuxième organisme, permettant ainsi au deuxième organisme d'acquérir de nouvelles caractéristiques.

La transduction est le transfert d'ADN d'une bactérie à une autre au moyen d'un virus infectant les bactéries appelé bactériophage. La transduction est un moyen efficace de transférer l'ADN entre les bactéries car l'ADN enfermé dans le bactériophage est protégé de la décomposition physique et des attaques des enzymes de l'environnement et est injecté directement dans les cellules par le bactériophage. Cependant, le transfert de gènes à grande échelle au moyen de la transduction est d'une importance limitée car l'encapsidation de l'ADN bactérien dans un virus est inefficace et les bactériophages sont généralement très limités dans la gamme d'espèces bactériennes qu'ils peuvent infecter. Ainsi, le transfert interspécifique d'ADN par transduction est rare.

La conjugaison est le transfert d'ADN par contact direct de cellule à cellule qui est médié par des plasmides (molécules d'ADN non chromosomiques). Les plasmides conjugatifs codent pour un mécanisme extrêmement efficace qui médie leur propre transfert d'une cellule donneuse à une cellule receveuse. Le processus se déroule dans un sens puisque seules les cellules donneuses contiennent le plasmide conjugatif. Chez les bactéries à Gram négatif, les cellules donneuses produisent un pilus spécifique codé par un plasmide, appelé pilus sexuel, qui attache la cellule donneuse à la cellule receveuse. Une fois connectées, les deux cellules sont mises en contact direct, et un pont conjugal se forme à travers lequel l'ADN est transféré du donneur au receveur. De nombreux plasmides conjugatifs peuvent être transférés entre et se reproduire dans un grand nombre d'espèces bactériennes gram-négatives différentes. Les plasmides varient en taille, de quelques milliers à plus de 100 000 paires de bases, ces derniers sont parfois appelés mégaplasmides.

Le chromosome bactérien peut également être transféré pendant la conjugaison, bien que cela se produise moins fréquemment que le transfert de plasmide. La conjugaison permet l'hérédité de grandes portions de gènes et peut être responsable de l'existence de bactéries avec des traits de plusieurs espèces différentes. La conjugaison a également été observée dans le genre gram-positif Entérocoque, mais le mécanisme de reconnaissance cellulaire et de transfert d'ADN est différent de celui qui se produit chez les bactéries gram-négatives.


Résoudre la structure des réponses de la feuille de calcul de l'ADN

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Stockage de l'information génétique Biologie pour les majeures I

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Principes de biochimie Acide nucléique I ADN et ses nucléotides

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Pourquoi la réplication de l'ADN est-elle importante ?

La réplication de l'ADN est importante car elle crée une deuxième copie d'ADN qui doit aller dans l'une des deux cellules filles lorsqu'une cellule se divise. Sans réplication, chaque cellule manque de matériel génétique suffisant pour fournir des instructions pour créer des protéines essentielles au fonctionnement corporel.

L'ADN est généralement étroitement emballé dans une structure appelée chromatine. Il est double brin et tordu en une structure appelée double hélice. Pour se répliquer, l'ADN doit se dérouler. Après le déroulement, chaque côté de l'ADN se sépare en décompressant au milieu, les deux brins décompressés servant de modèles pour créer de nouveaux brins. A la fin de la réplication, les deux nouveaux segments d'ADN contiennent chacun un ancien et un nouveau brin.

La réplication se produit à des vitesses différentes dans différents types de cellules. Certaines cellules se divisent en continu et doivent constamment répliquer leur ADN. D'autres cellules se divisent beaucoup plus lentement et n'ont pas besoin de répliquer leur ADN aussi souvent. Some cells divide until the organ they make up reaches its normal size, and then they do not divide again.

ADN signifie acide désoxyribonucléique. Each strand of DNA is made up of a sugar, a phosphate and a nitrogenous base bonded together into a structure called a nucleotide. Many nucleotides bond together to form DNA.


The Role of Genes and Inheritance

Genes are located on rodlike structures called chromosomes that are found in the nucleus of every cell in the body. Each gene occupies a specific position on a chromosome. Because genes provide instructions for making proteins, and proteins determine the structure and function of each cell in the body, it follows that genes are responsible for all the characteristics you inherit.

The full genetic instructions for each person, known as the human genome, is carried by 23 pairs of chromosomes, and consists of around 20,000-25,000 genes.

At conception, the embryo receives 23 chromosomes from the mother's egg and 23 chromosomes from the father's sperm. These pair up to make a total of 46 chromosomes. Pairs 1 to 22 are identical or nearly identical the 23rd pair consist of the sex chromosomes, which are either X or Y. Each egg and sperm contains a different combination of genes. This is because when egg and sperm cells form, chromosomes join together and randomly exchange genes between each other before the cell divides. This means that, with the exception of identical twins (see How twins are conceived), each person has unique characteristics.

How gender is determined

Of the 23 pairs of chromosomes that are inherited, one pair determines gender. This pair is composed either of two X (female) chromosomes, in which case the baby will be a girl, or of one X and one Y (male) chromosome, in which case the baby will be a boy.

An egg always contains one X chromosome, while a sperm can carry an X or a Y chromosome. Whether your baby is a boy or a girl will therefore always be determined by the father. If a sperm carrying an X chromosome fertilizes the egg, the resulting embryo will be a girl. If a sperm with a Y chromosome fertilizes the egg, the resulting embryo will be a boy. In the male, both the X and Y chromosomes are active. In females, however one of the two X chromosomes is deactivated early in development of the embryo in order to prevent duplicate instructions. This could be the X chromosome from either the mother or the father.

Gene variations

Each gene within a cell exists in two versions, one inherited from each parent. Often these genes are identical. However, some paired genes occur in slightly different versions, called alleles. There may be two to several hundred alleles of a gene, although each person can only have two. This variation in alleles accounts for the differences between individuals, such as color of eyes or shape of ears. One allele may be dominant and "overpower" the other recessive one.

Genes usually exist in a healthy form, but sometimes a gene is faulty. Genetic disorders arise either when an abnormal gene is inherited or when a gene changes, or mutates. Genetic disorders may follow a dominant or recessive pattern of inheritance. They can also be passed on via the X chromosome. Such sex-linked disorders are usually recessive, which means that a woman can carry the faulty gene without being affected, because she has another healthy X chromosome to compensate. If a boy receives an affected X chromosome, he will be affected a girl will be a healthy carrier like her mother. An affected male could pass on the affected gene only to his daughters.


Genetics: Biosynthesis Pathway of A New DNA Nucleobase Elucidated (Biology)

DNA is composed of nucleobases represented by the letters A, T, G and C. They form the basis of the genetic code and are present in all living beings. But in a bacteriophage, another base, represented by the letter Z, exists. This exception, the only one observed to date, has long remained a mystery. Scientists from the Institut Pasteur and the CNRS, in collaboration with the CEA, have now elucidated the biosynthesis pathway of this base. This work has been published in the April 30th, 2021 issue of Science.

DNA, or deoxyribonucleic acid, is a molecule that serves as the medium for storing genetic information in all living organisms. It is a double helix characterized by alternating purine nucleobases (adenine and guanine) and pyrimidine nucleobases (cytidine and deoxycytidine). The bases of each DNA strand are located at the center of the helix and are bonded together, thereby linking the two DNA strands: adenine forms two hydrogen bonds with thymine (A–T), and guanine forms three hydrogen bonds with cytosine (G–C). This applies to all living beings, with one exception.

Cyanophage S-2L, an exception to conventional genetics.

Cyanophage S-2L is a bacteriophage, in other words a virus that infects bacteria. In this phage, adenine is completely replaced by another base, 2-aminoadenine (represented by the letter Z). The latter forms three hydrogen bonds with thymine (Z–T), instead of the usual two bonds between adenine and thymine. This higher number of bonds increases the stability of the DNA at high temperatures and changes its conformation, meaning that the DNA is less well recognized by proteins and small molecules

2-aminoadenine biosynthesis pathway elucidated

Since it was discovered in 1977, cyanophage S-2L has been the only known exception, and the biosynthesis pathway of 2-aminoadenine has remained unknown. Scientists from the Institut Pasteur and the CNRS, in collaboration with the CEA, recently elucidated this biosynthesis pathway and demonstrated its enzymatic origins. They achieved this by identifying a homolog of the known enzyme succinoadenylate synthase (PurA) in the genome of cyanophage S-2L. A phylogenetic analysis of this enzyme family revealed a link between the homolog, known as PurZ, and the PurA enzyme in archaea. This indicates that the homolog is an ancient enzyme that probably conferred an evolutionary advantage. The research was carried out using the Institut Pasteur’s Crystallography Platform.

The new Z–T base pair and the discovery of the biosynthesis pathway show that new bases can be enzymatically incorporated into genetic material. This increases the number of coding bases in DNA, paving the way for the development of synthetic genetic biopolymers.

La source

A third purine biosynthetic pathway encoded by aminoadenine-based viral DNA genomes, Science,April 30, 2021


Voir la vidéo: LADN et les informations génétiques - SVT Seconde - Les Bons Profs (Juin 2022).


Commentaires:

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