Comparaison des génomes des Eucaryotes et des génomes des procaryotes.

SUJET FAIT PAR MME PERRIER:

Champs du programme concernés par le sujet :
1° année : Support et organisation de l’information génétique, surtout ;
Mécanismes moléculaires de conservation de l’information génétique ; mécanismes moléculaires de l’information génétique, dans une moindre mesure.

Introduction.
- Observations simples mettant en évidence l’existence de caractères héréditaires.
- Définir provisoirement "gène" comme une entité qui spécifie un de ces caractères, et "génome" comme l’ensemble de ces gènes, information génétique pouvant être transmise d’une cellule-mère à ses cellules-filles.
- Définir "Eucaryotes" et "procaryotes"
Où sont localisés les génomes des cellules procaryotes et eucaryotes ? Quelle est la nature de leurs supports, à l’échelle moléculaire, à l’échelle cellulaire ? Comment sont-ils transmis ? Quel type d’information contiennent-ils ? Comment s’exprime-t-elle ?
- Logique du plan : comparaison de l’organisation des génomes procaryotes et eucaryotes, des modalités de leur transmission puis de leur expression.

I - Organisation des génomes procaryotes et eucaryotes
A – Support moléculaire identique : l’ADN
1° Mise en évidence
- Expériences de Griffith, puis d’Avery et collaborateurs sur la transformation bactérienne
- Les expériences de greffe de noyau chez l’Acétabulaire
2° Séquence nucléotidique codante de l’ADN
3° Information codée : la séquence des protéines
B – Des supports cellulaires différents
1° Chez les procaryotes : chromosome bactérien unique + plasmide
2° Chez les eucaryotes
- Plusieurs chromosomes nucléaires faits de chromatine à condensation variable
- Génomes mitochondriaux et chloroplastiques.
C – Un génome quantitativement plus important chez les eucaryotes
1° Plusieurs copies possibles de chaque chromosome (suivant la ploïdie)
2° Une grande quantité de séquences non codantes
3° Des séquences peu, moyennement ou hautement répétées
Bilan I.
Les cellules eucaryotes contiennent beaucoup plus d’ADN que les cellules procaryotes, mais une grande partie de l’ADN eucaryote n’est pas codant. Le génome n’est pas seulement constitué de séquences codant des protéines.

II - Transmission des génomes procaryotes et eucaryotes
A – Un processus commun : la réplication semi-conservative de l’ADN
1° Mise en évidence : expérience de Meselson et Stahl
2° Fonctionnement d’une fourche de réplication
3° Particularités de la réplication des Eucaryotes
4° Erreurs d’appariements à l’origine de mutations.
B – Transmission du génome répliqué lors de la division cellulaire
1° Par la division bactérienne
2° Par la mitose
C – Transmission de génome recombiné
1° Après recombinaison homologue, uniquement chez les Eucaryotes (prophase I de méiose)
2° Après recombinaison hétérologue chez les Eucaryotes et les procaryotes.
Bilan II.
Toutes les cellules peuvent transmettre un génome identique au leur (division conforme). Ce processus, à l’origine de la conservation des génomes, est aussi à l’origine de leur variabilité, s’il se produit des mutations. La variabilité des génomes est ensuite amplifiée par la recombinaison génétique dont les modalités diffèrent beaucoup entre cellules eucaryotes et procaryotes.

III - Expression des génomes procaryotes et eucaryotes
A – Un intermédiaire commun entre ADN et protéines : l’ARN messager
1° Mise en évidence
2° Transcription d’un brin d’ADN en ARNm
3° Traduction de l’ARNm en protéines
B – Une particularité du génome des Eucaryotes : les gènes en mosaïques
1° Mise en évidence
Expérience d’hybridation de l’ADN génomique avec l’ARNm du même gène.
2° Conséquence : excision des introns
C – Contrôle de l’expression du génome
1° Organisation du génome procaryote en unités fonctionnelles ou opérons
2° Diversité des séquences de contrôle chez les Eucaryotes.

Conclusions.
- Dans toutes les cellules, l’unité fonctionnelle du génome est le gène, fragment d’ADN (macromolécule séquencée) codant une protéine. Le génome est transmis dans son ensemble, mais dans une cellule donnée, à un moment donné, seuls certains gènes s’expriment, sous l’effet d’un contrôle individualisé.
- Les génomes des cellules eucaryotes sont quantitativement plus importants que ceux des cellules procaryotes. L’ADN y est associé à des protéines qui en favorisent la condensation, dans le compartiment nucléaire à l’interphase, et sous forme de chromosomes mitotiques lors des divisions cellulaires. Le niveau de condensation des chromosomes influe sur les possibilités d’expression du génome eucaryote. Le génome nucléaire contient de nombreuses séquences non codantes, dont le rôle reste inconnu, y compris au sein des gènes (introns). Les génomes des cellules procaryotes (et ceux des organites semi-autonomes) sont portés par une unique molécule d’ADN circulaire. Il existe en outre des plasmides dans les bactéries.
- Ouvertures possibles : utilisations des plasmides comme vecteurs de la recombinaison in vitro ; théorie endosymbiotique de l’évolution.