L ’avènement de la biologie moléculaire

Fin des années 30 :

Quelle est la nature du gène ?Quel lien entre gène et caractère ?

A.Garrod

La première relation entre un gène et une enzyme est établie en 1902 par Archibald GARROD à Londres au St Bartholomew's Hospital, en observant un jeune garçon atteint d'alcaptonurie.

1902 – Archibald Garrod

1866 1928 – Frederick Griffith

F. Griffith ( 1877 - 1941) est un médecin et bactériologiste anglais.Il fait de nombreuses observations sur des malades atteints de pneumonie et des expériences sur les prélèvements qu’il réalise, en particulier des cultures de bactéries

http://pst.chez-alice.fr/griffith.htmhttp://www.republique-des-lettres.fr/10691-frederick-griffith.php

La souche S (smooth) possède une capsule que n'a pas la souche R (rough)

Les bactéries de la variété R sont dépourvues d'une enveloppe de polysaccharides qui recouvre les bactéries normales de la variété S. Cette enveloppe, appelée capsule, protège la bactéries contre les attaques du système immunitaire.

(l'absence de la capsule est due à une mutation causant une anomalie dans une des enzymes nécessaires à la synthèse de cette capsule)

1866 1928 – Frederick Griffith

Souche S Souche R

2 souches de pneumocoque

1866 1928 – Frederick Griffith

Griffith fait l’hypothèse de la présence d’un principe transformant responsable d’un changement de phénotype des pneumocoques R (rough) non pathogènes en S (smooth) pathogène.

Expérience de Griffith

Phoebus Aaron Levene(1869-1940)

1866 1929 – Phoebus Aaron Levene

•P.Levene, biochimiste américain né en russie a travaillé sur les acides nucléiques. Il a identifié des composants de l’ADN : cytosine, adénine, guanine, thymine qu’il supposait en quantité égale dans l’ADN

•Cependant il pensait comme la plupart des scientifiques de son époque que les protéines étaient le support de l’information génétique.

Max Delbrück

1937 – Max Delbrück

En 1942, il montre avec Salvador Luria que la résistance que développe des bactéries aux infections par les virus n'est pas due à une adaptation des bactéries mais à des mutations aléatoires.

Delbrück a été l'un des scientifiques les plus influents du XXème sièclepour l'émergence de la physique au cœur de la biologie.Ses efforts pour promouvoir l'étude de la génétique au traversde celle des virus infectant les bactéries aura été très importantepour le développement de la biologie moléculaire.

1866 1941 – Beadle Tatum

George Wells Beadle(1903-1989)

Edward Lawrie Tatum(1909-1975)

Les gènes contrôlent la synthèse des enzymes. Un gène une enzyme

Prix Nobel de Physiologie et de Médecine

1958

Modèle d’étude: le champignon Neurospora crassa

L'analyse génétique des mutants de Neurospora crassa montre que chacune des déficiences ségrége de façon mendélienne

1010

Oswald Avery(1877-1955)

1866 1944 – Oswald Avery

•Purification du facteur transformant à partir de 1935

•Toutes les expériences conduisent au même résultat, le principe transformant n’est pas une protéine mais un acide nucléique de type désoxyribonucléique.

1866 1944 – Oswald Avery

1866 1944 – Oswald Avery

•Le facteur transformant résiste aux températures auxquelles les protéines sont dénaturées

•Les tests colorimétriques prouvent qu’il n’y a pas dans le matériel transformant purifiés, ni protéines, ni ARN mais seulement de l’ADN.

•Les tests enzymatiques montrent que le principe transformant est insensible aux enzymes qui dégradent les protéines et les ARN.

Dans « What is Life » publié en 1944, E. Schrödinger a écrit : « la fibre chromosomique contient, chiffré dans une sorte de code miniature, tout le devenir d’un organisme, de son développement, de son fonctionnement ». Il était ainsi le premier à poser le problème central de la biologie en terme d’information codée. Selon les mémoires de James D. Watson, l'"ADN, le secret de la vie", le livre de Schrödinger a donné à Watson l'inspiration pour rechercher le gène, ce qui a conduit à la découverte de la structure en double hélice de l'ADN.

1944 – Erwin Schrödinger

Physicien autrichien né en 1887 à Vienne

1866 1949 – Erwin Chargaff

Erwin Chargaff1905-2002

• Erwin Chargaff est un biochimiste d'origine autrichienne ayant émigré aux USA en 1934

• Il montre alors que le rapport A+T/C+G est variable selon les espèces, mais constant pour tous les membres d'une espèce donnée.

•Chargaff montre par ailleurs que le rapport C/G ou A/T est à l'inverse constant et quasiment égal à un chez toutes les espèces étudiées.

1866 1951 – Rosalind Franklin

Rosalind Franklin1920-1958

Chercheurs au King’s College de 1950-1953dont les travaux ont porté sur l’ADN

J. T. Randall1905-1984

Maurice Wilkins1916-2004

Raymond Gosling1926-

Rosalind Franklin

Après l'obtention d'un doctorat en chimie physiqueà Cambridge au Royaume-Uni en 1945,elle travaille en France où elle apprend les techniques de diffraction des rayons X.

De retour au Royaume-Uni en 1951, elle obtient un poste au King's Collegeoù elle applique la diffraction des rayons Xà l'étude des matériaux biologiques. Elle réalise plusieurs radiographies aux rayons X de l'ADN, Ces photographies ont été déterminantes dans la découverte de la structure de l'ADN par James Watson et Francis Crick en 1953.

1952 – Rosalind Franklin

Sodium deoxyribose nucleate from calf thymus, Structure B, Photo 51, taken by Rosalind E. Franklin and R.G. Gosling.  - May 2,1952

1866 1952 – Rosalind Franklin

Le cliché 51 obtenu par diffractométrie aux rayons X a permis la construction du célèbre modèle moléculaire de l’ADN

1866 1952 – Herschey et Chase

Martha Chase(1930-2003)

Alfred Hershey(1908-1997)

•Modèle expérimental:Bactériophage T2Utilisation d’isotopes radioactifs : du phosphore radioactif marqueur de l'ADN, et du soufre radioactif marqueur des protéines de la capside.

Injection de matériel génétique

1952 – Herschey et Chase

Cette expérience prouve que c'est l'ADN du phage et non les protéines qui représente le matériel génétique.

William Lawrence Bragg(1890-1971)

1866 1953 – Watson et Crick

Francis Harry Compton Crick (1916-2004)

James Dewey Watson (1928-

- Chercheurs au Cavendish de Cambridge

Les deux chercheurs disposent alors des éléments suivants :

• la composition chimique de l'ADN (désoxyribose, bases azotées, et groupements phosphate)

• les clichés de diffraction aux rayons X d'ADN cristallisé, clichés dus principalement à Rosalind Franklin et Maurice Wilkins du King's College. Ces clichés montrent une figure en croix, caractéristique des structures en hélice ;

• les travaux de Erwin Chargaff montrant que le nombre de molécules d'adénine est égal au nombre de molécules de thymine, et que celui de cytosine est égal à celui de guanine

• les analyses en microscopie électronique, qui avaient montré que le diamètre de la molécule d'ADN est de 20 Å, ce qui suggérait que cette molécule comportait deux chaînes de désoxyribose-phosphate.

1866 1953 – Watson et Crick

…. « Il n’a pas échappé à notre attention que l’appariement spécifique des bases que nous avons postulé suggère immédiatement un mécanisme de réplication du matériel génétique »…

1866 1953 – Watson et Crick

Extrait de la publication dans la revue Nature du 25 Avril 1953

1866 1953 – Watson et Crick

Caractéristiques de la Double Hélice

• L’ADN est une hélice à double brin

•Positions des bases et des sucres dans la double hélice

•Dimension de la double hélice

•Assemblage des deux chaînes de la double hélice par des liaisons hydrogènes

•Les différentes bases peuvent être agencées dans n’importe quel ordre

1866 1953 – Watson et Crick

1866 1958 – Crick

Dogme central de la biologie moleculaire

L'idée d'un flux d'information dans la biosphère est baptisée "Dogme central de la biologie moléculaire" par Francis Crick

1866 1958 – Meselson et Stahl

M. Meselson and F. Stahl

Mise en évidence de la réplicationsemi-conservative de l ’ADN

L ’ARN est constitué de 4 bases azotéesLes proportions U/A de l ’ARN sont semblables aux proportions T/ A de l ’ADN

VOLKIN et ASTRACHAN ont réalisé une expérience qui permet de mieuxconnaître la composition et le rôlede l ’ARN

Ils constatent que l'infection par un bactériophage T2induit une augmentation de la quantité d'ARNm dans la cellule hôte et que cet ARNm a un temps de vietrès court.Conclusion: l'ARN joue un rôle intermédiaire entre l'ADN et les protéines.

1956 – VOLKIN et ASTRACHAN

1866 1960 – Jacob et Monod

Découverte de l’ARN messager

Jacob, Monod et Lwoff, prix Nobel de Médecine et de Physiologie en 1965

Jacob, Monod et Lwoff

Démonstration de l’existence d’un intermédiaireentre l’ADN et les protéines.

1866 1961 – Nirenberg

Décryptage du code génétique

Heinrich Matthaei Marshall Nirenberg(1927

Nirenberg, prix Nobel de Médecine et de Physiologie en 1968

Le code génétique

43 = 64 Possibilités

20 acides aminés

Le code est:

- spécifique

- dégénéré

- ponctué

- universel

De l ’ADN à la protéine

Etat des connaissances au début des années 70