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LAvènement de la Biologie Moléculaire
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A - 1941 Une relation entre gène et enzyme
Edward Tatum
Georges Beadle
Georges Beadle et Edward tatum travaillent sur la
capacité dune moisissure (Neurospora crassa) à
synthétiser un acide aminé larginine. Ils
obtiennent, par mutagénèse dirigée (en utilisant
des rayons X), des souches mutantes présentant
chacune une déficience enzymatique qui empêche
les cellules de catalyser une étape de cette voie
de biosynthèse.
Précurseur ornithine
citruline arginine
e3
e2
e1 Ils établissent ainsi lidée dune
relation entre gène et enzyme, donc entre gène et
protéine.
Type de souche Milieu minimum (Mm) Mm ornithine Mm citruline Mm arginine
Sauvage
Mutant 1 - - -
Mutant 2 - -
Mutant 3 -
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B - 1944 La nature chimique du matériel
génétique
Oswald Avery
Colin Mac Leod
Maclyn Mac Carhy
Dès 1928, langlais Griffith démontre quune
substance extraite dune souche bactérienne (S)
peut modifier le patrimoine génétique dune autre
souche (R). En 1944, trois américains, Avery, Mac
Leod et Mac Carhy, démontrent que, parmi toutes
les molécules présentes dans un extrait de
bactéries S, seul lADN peut induire la
transformation héréditaire de bactéries R en
bactéries S. La composition chimique de lADN est
connue depuis 1929.
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C - 1953 La structure de lADN
En 1949, après lanalyse de la composition de
lADN de plusieurs espèces E. Chargaff édita sa
règle A T et G C exprimée aussi par la
formule A G T C
1950 1952 , le biophysicien Maurice Wilkins et
la chimiste Rosalind Franklin analysent des
clichés de cristaux dADN obtenus par diffraction
des rayons X et en tirent des informations
capitales la molécule dADN est hélicoïdale et
comprend plusieurs chaînes de nucléotides. Les
groupes phosphates sont à lextérieur et les
bases azotées occupent une position centrale.
1953, J.D. Watson et F. Crick regroupent un
ensemble de données physicochimiques et proposent
un modèle pour la structure de lADN. Cest une
double hélice formée de deux chaînes
polynucléotidiques complémentaires maintenues
ensemble par des liaisons hydrogènes. Ils
suggèrent immédiatement un mécanisme possible de
réplication. Ils reçoivent le prix Nobel en 1962
avec M. Wilkins pour leur découverte.
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D - 1957 Le mode de réplication de lADN
Franklin W Stalh
Avant Meselson et Stahl trois modèles de
doublement de lADN étaient proposés.
Matthew Meselson
Ces deux chercheurs de linstitut de technologie
de Californie tranchent parmi les 3 hypothèses
concernant ce processus de doublement la
réplication de lADN seffectue suivant un mode
semi-conservatif. Chaque brin de la double hélice
dADN initiale sert de modèle à la construction
dune nouvelle molécule dADN, en respectant la
complémentarité des bases. Des bactéries
cultivées depuis longtemps en présence de
molécules azotées 15N sont repiquées sur un
milieu contenant des molécules azotées 14N et
permettant la synchronisation des divisions. Des
fractions sont prélevées après différents temps
correspondant à 1, 2, 3, ... divisions. L'ADN est
extrait, placé dans la solution de chlorure de
Césium et centrifugé 24 H à 100 000 g. La
position des ADN est repérée par une mesure de la
densité optique.
Représentation schématique de la population de
fragments d'ADN au cours des générations. Après
la 1ère génération tout l'ADN est "hybride" et
constitué d'un brin "lourd" (15N) et d'un brin
"léger" (14N).
Position des différentes bandes d'ADN au cours du
temps. Les chiffres donnent le nombre de
divisions.
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E - 1961 la découverte de lARN messager
En 1961, plusieurs observations ont conduit à
proposer lexistence dun intermédiaire entre
gènes et protéines lARNm. Par exemple, on sait
quaprès infection par un bactériophage, une
bactérie synthétise de nouvelles protéines
celles du phage. Ce processus saccompagne de la
production dune petite quantité dARN dont la
composition correspond à lADN du phage. Deux
séries dexpériences vont démontrer formellement
lexistence et le rôle de des ARNm. Brenner,
Jacob et Meselson montrent que, lorsquune
bactérie synthétise de nouvelles protéines, on
observe la présence dARN nouvellement
synthétisés sur des ribosomes plus anciens ,
où la synthèse des nouvelles protéines est en
cours. Simultanément, F. Gros et J. D. Watson
marquent pendant un temps bref les ARN bactériens
avec des précurseurs radioactifs, puis les
séparent suivant leur taille et suivant leur
liaison ou non aux ribosomes. Ils montrent ainsi
quil existe une population hétérogène dARN à
courte durée de vie, qui se fixent sur les
ribosomes et permettent la synthèse des protéines.
Ces trois biologistes français montrèrent que
lARN messager joue un rôle dintermédiaire entre
lADN et la synthèse des protéines. Ils sont les
premiers à proposer un modèle moléculaire de
lexpression des gènes, ce qui leur vaudra le
prix Nobel en 1965.
La transcription de lADN
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F - 1961 de lARN m à la protéine
Une preuve expérimentale du code à trois
lettres Le système de correspondance entre ADN
et. Protéines, ou code génétique est dabord un
concept élaboré par F. Crick et G. Gamov avant
dêtre validé par lexpérience. Létude du
bactériophage T4 muté pour le gène rII a apporté
la preuve expérimentale quun triplet de
nucléotides code un acide aminé. Laddition ou la
perte dun ou deux nucléotides dans la séquence
du gène rII entraîne la production dune protéine
non fonctionnelle alors que laddition ou la
perte de trois nucléotides permet de reformer une
protéine active.
1961 le déchiffrage du code génétique
Nirenberg et Matthaei réalisent une expérience
qui ouvre la voie au déchiffrage du code
génétique. Ils mettent au point une méthode de
synthèse protéique avec des extraits
dEscherichia coli, de lATP, les 20 acides
aminés et un ARN messager synthétique. En
utilisant un ARN de synthèse poly U, poly A ou
poly C, ils obtiennent respectivement un polymère
de phénylalanine, de lysine ou de proline.
Khorona et son équipe finissent ensuite le
déchiffrage du code avec des ARN messagers
synthétiques. Le code génétique est entièrement
décrypté en 1966.
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FIN