ADN: en tant que matériel héréditaire et propriétés du matériel génétique (ADN versus ARN) | La biologie

ADN: en tant que matériel héréditaire et propriétés du matériel génétique (ADN versus ARN)!

Les principes d'héritage donnés par Mendel et la découverte de nucléine (acides nucléiques) par Meischer (1871) coïncidaient presque, mais il était très long de prétendre que l'ADN agissait comme un matériel génétique. Les découvertes antérieures de Mendel, Walter Sutton, TH Morgan et d’autres avaient limité la recherche de matériel génétique aux chromosomes.

Les chromosomes sont constitués d’acides nucléiques et de protéines et sont appelés véhicules héréditaires. Dans le premier cas, il est apparu que les protéines seraient du matériel héréditaire, jusqu'à ce que des expériences soient effectuées pour prouver que les acides nucléiques agissent en tant que matériel génétique.

L'ADN (acide nucléique de désoxyribose) s'est avéré être un matériel génétique chez tous les êtres vivants, à l'exception de quelques virus de la plante dont l'ARN est le matériel génétique, car l'ADN ne se trouve pas dans ces virus.

A. Preuves de l'ADN en tant que matériel héréditaire:

Le concept que l'ADN est le matériel génétique a été soutenu par les preuves suivantes:

1. Transformation bactérienne ou principe de transformation (effet Griffith):

En 1928, Frederick Griffith, un médecin britannique, rencontra un phénomène appelé maintenant transformation bactérienne. Ses observations portaient sur la bactérie Streptococcus pneumoniae (figure 6.12), associée à un certain type de pneumonie. Au cours de cette expérience, un organisme vivant (bactérie) était devenu une forme vivante.

Cette bactérie se trouve sous deux formes:

(a) lisse (s):

Quelles cellules produisent une capsule de polysaccharides (muqueuse), rendant les colonies sur gélose lisses et plutôt brillantes? Cette souche est virulente (pathogène) et provoque une pneumonie.

(b) rugueux (R):

Dans ce cas, les cellules manquent de capsule et produisent des colonies rugueuses et ternes.

La présence ou l'absence de capsule est connue pour être génétiquement déterminée.

Les souches S et R se retrouvent dans plusieurs types et sont appelées respectivement SI, S-II, S-III, RI, R-II et R-III, etc.

Les mutations lisses à rugueuses se produisent spontanément avec une fréquence d'environ une cellule sur 10 ^7, mais l'inverse est beaucoup moins fréquent.

Griffith a réalisé son expérience en injectant les bactéries susmentionnées à des souris et a obtenu les résultats suivants:

(une) Des bactéries S-III (virulentes) ont été injectées à des souris; les souris ont développé une pneumonie et sont finalement mortes.

(b) Des bactéries R-II (non virulentes) ont été injectées à des souris; les souris n'ont souffert d'aucune maladie, car la souche R-II était non pathogène.

(c) Lorsque Griffith a injecté à des souris des bactéries S-III tuées par la chaleur, celles-ci ne souffraient pas de pneumonie et ont donc survécu.

(ré) On a injecté à des souris un mélange de bactéries S-III tuées à la chaleur R-II (non virulentes) et mortes à la chaleur; les souris ont développé une pneumonie et sont mortes. En post-mortemant les souris mortes, il a été remarqué que leur sang cardiaque avait à la fois des souches de bactéries R-II et S-III.

Ainsi, certains facteurs génétiques provenant de cellules S-III mortes ont converti les cellules R-II vivantes en cellules S-III vivantes et ces dernières ont provoqué la maladie. En bref, les cellules R-II vivantes ont été transformées. Ainsi, l’effet Griffith est devenu progressivement connu sous le nom de transformation et s’est avéré être la première étape de l’identification du matériel génétique.

Caractérisation biochimique du principe de transformation:

Ou

Identification de la substance génétique transformante:

Seize ans après l'expérience de Griffith, Oswald Avery, Colin MacLeod et Maclyn McCarty (1933-1944) ont signalé avec succès la répétition de la transformation bactérienne, mais in vitro. Ils ont pu identifier le matériel génétique en transformation. Ils ont testé des fractions de cellules tuées par la chaleur pour déterminer leur capacité de transformation. Leurs conclusions étaient comme sous.

Leurs conclusions étaient:

(i) L'ADN seul de la bactérie S a provoqué la transformation de la bactérie R.

(ii) Ils ont constaté que les protéases (enzymes de digestion des protéines) et l'ARNase (enzymes de digestion de l'ARN) n'affectaient pas la transformation.

(iii) La digestion avec la DNAase a effectivement inhibé la transformation.

Ainsi, ils ont finalement conclu que l'ADN est le matériel héréditaire.

Par conséquent, il ne fait maintenant aucun doute que l'ADN est le matériel héréditaire.

2. Infection par le bactériophage:

L'agent infectieux viral est l'ADN. En utilisant des traceurs radioactifs, Alferd Hershey et Maratha Chase (1952) ont démontré que l'ADN est le matériel héréditaire de certains bactériophages (virus bactériens).

Structure du bactériophage T ₂ :

Ce virus bactérien contient une enveloppe protéique externe non génétique et un noyau interne de matériel génétique (ADN). Les phages T2 ont la forme d'un têtard différencié en régions de tête et de queue. La tête est une structure allongée, bipyramidale, à six côtés composée de plusieurs protéines.

Dans la tête (Fig. 6.13) se trouve une molécule d'ADN fermée et non terminable. Les dimensions de la tête sont telles qu’elle est capable d’emballer une molécule d’ADN étroitement à l’intérieur. La queue est un cylindre creux. La queue porte 24 stries hélicoïdales.

Six fibres de la queue apparaissent à partir d'une plaque hexagonale à l'extrémité distale de la plaque. La queue est formée uniquement de protéines. La coque externe protéinée contient du soufre (S) mais pas de phosphore (P), alors que l'ADN contient du phosphore mais pas de soufre.

Hershey et Chase (1952) ont mené leur expérience sur le phage T ₂ qui attaque la bactérie Escherichia coli.

Les particules de phage ont été préparées en utilisant des radio-isotopes de ³⁵ S et de ³² P dans les étapes suivantes:

(i) Peu de bactériophages ont été cultivés dans des bactéries contenant du ³⁵ S.Cette radioactivité était du ³⁵ S incorporé dans les acides aminés de la cystéine et de la méthionine de protéines et donc ces acides aminés avec du ³⁵ S formaient les protéines du phage.

(ii) Certains autres bactériophages ont été cultivés dans des bactéries ayant ³² P. Ce ³² P radioactif était limité à l'ADN des particules de phage.

Ces deux préparations de phages radioactifs (une avec des protéines radioactives et une autre avec un ADN radioactif) ont été autorisées à infecter la culture de E. coli. Les couches de protéines ont été séparées des parois des cellules bactériennes par agitation et centrifugation.

Les cellules bactériennes infectées plus lourdes lors de la centrifugation ont été transformées en culot (Fig. 6.14). Le surnageant contenait les particules plus légères du phage et d’autres composants qui n’infectaient pas les bactéries.

Il a été observé que les bactériophages avec l'ADN radioactif donnaient naissance à des pastilles radioactives avec ³² P dans l'ADN. Cependant, dans les particules de phage contenant une protéine radioactive (avec ³⁵ S), les pastilles bactériennes n'ont presque aucune radioactivité, ce qui indique que les protéines n'ont pas réussi à migrer dans les cellules bactériennes.

On peut donc en conclure que lors de l'infection par le bactériophage T2, c'est l'ADN qui est entré dans la bactérie. Elle a été suivie d'une période d'éclipse au cours de laquelle l'ADN du phage s'est répliqué à de nombreuses reprises dans la cellule bactérienne (figure 6.15).

Vers la fin de la période d'éclipse, l'ADN des phages dirige la production de couches de protéines assemblées à partir de particules de phages nouvellement formées. Le lysozyme (une enzyme) provoque la lyse de la cellule hôte et libère les bactériophages nouvellement formés.

L’expérience ci-dessus montre clairement que c’est l’ADN du phage et non une protéine qui contient les informations génétiques nécessaires à la production de nouveaux bactériophages. Cependant, chez certains virus de plantes (comme le TMV), l'ARN agit comme un matériel héréditaire (en l'absence d'ADN).

B. Propriétés du matériel génétique (ADN versus ARN):

L'ADN est le matériel génétique. L'ARN s'est révélé être du matériel génétique dans le virus de la mosaïque du tabac, le bactériophage, etc. L'ADN est un matériel héréditaire majeur dans la plupart des organismes. L'ARN remplit principalement les fonctions de messager et d'adaptateur. Ceci est principalement dû aux différences entre la structure chimique de l'ADN et de l'ARN.

Propriétés requises du matériel génétique:

1. Réplication:

Cela fait référence à la duplication de son matériel génétique par une réplication fidèle qui est montrée à la fois par l'ADN et l'ARN. Les protéines et autres molécules présentes chez l'être vivant ne présentent pas cette propriété.

2. Stabilité:

La stabilité du matériel génétique devrait exister. Il ne devrait pas changer facilement de structure avec les différentes étapes de la vie, l'âge de la physiologie des êtres vivants. Même dans l'expérience de «principe transformant» de Griffith, l'ADN a survécu dans des bactéries tuées par la chaleur. Les deux brins d'ADN qui sont complémentaires peuvent être séparés.

L'ARN est susceptible et facilement dégradable du fait de la présence du groupe 2'-OH présent dans chaque nucléotide. Comme l'ARN est catalytique, il est devenu réactif. Parce que l'ADN est plus stable que l'ARN, on dit qu'il est un meilleur matériel génétique. La présence de thymine au lieu d'uracile est une autre raison qui conduit à la stabilité de l'ADN.

3. Mutation:

Le matériel génétique devrait pouvoir subir une mutation et un tel changement devrait être hérité de manière stable. L'ADN et l'ARN des deux acides nucléiques ont la capacité de muter. L'ARN mute plus rapidement que l'ADN. Les virus avec le génome à ARN présentent une mutation et une évolution plus rapides et ont donc une durée de vie plus courte.

Tableau 6.6. Types d'acides nucléiques:

4. Expression génétique:

L'ARN exprime facilement les caractères sous forme de protéines. L'ADN nécessite de l'ARN pour la formation de protéines. L'ADN étant plus stable est considéré comme meilleur que l'ARN pour le stockage d'informations génétiques. Cependant, pour la transmission de caractères génétiques, l'ARN donne de meilleurs résultats.