11.E : Mécanismes de la génétique microbienne (exercices)

11.1 : Que sont les gènes ?

Un gène est composé d'ADN qui est « lu » ou transcrit pour produire une molécule d'ARN au cours du processus de transcription. L'un des principaux types de molécules d'ARN, l'ARN messager (ARNm), fournit les informations nécessaires au ribosome pour catalyser la synthèse des protéines dans le cadre d'un processus appelé traduction. Les processus de transcription et de traduction sont collectivement appelés expression génique.

Choix multiples

L'ADN fait tout sauf lequel des éléments suivants ?

1. sert de matériel génétique transmis du parent à la progéniture
2. reste constant malgré l'évolution des conditions environnementales
3. fournit les instructions pour la synthèse de l'ARN messager
4. est lu par les ribosomes pendant le processus de traduction

Réponse

D

Selon le dogme central, lequel des énoncés suivants représente le flux d'informations génétiques dans les cellules ?

1. de protéine à d'ADN à ARN
2. De l'ADN à l'ARN aux protéines
3. De l'ARN à l'ADN aux protéines
4. DNA en protéine en ARN

Réponse

B

Vrai/Faux

Les cellules produisent toujours des protéines à partir de chaque gène qu'elles possèdent.

Réponse

Faux

Remplir le blanc

Le processus de fabrication d'une copie d'ARN d'un gène s'appelle ________.

Réponse

transcription

Le ________ d'une cellule reste constant alors que son phénotype change en réponse aux influences environnementales.

Réponse

génotype ou génome

Réponse courte

Deux cellules remarquablement différentes peuvent-elles avoir le même génotype ? Expliquez.

Pensée critique

Une culture pure d'une bactérie inconnue a été étalée sur des plaques de divers milieux. Vous remarquerez que la morphologie des colonies est très différente sur des plaques contenant un minimum de glucose par rapport à celle observée sur des plaques de gélose à base de trypticase de soja. Comment expliquer ces différences dans la morphologie des colonies ?

11.2 : Réplication d'ADN

Le processus de réplication de l'ADN est semi-conservateur, ce qui donne lieu à deux molécules d'ADN, chacune ayant un brin d'ADN parental et un brin nouvellement synthétisé. Chez les bactéries, l'initiation de la réplication se produit à l'origine de la réplication, où l'ADN superenroulé est déroulé par de l'ADN gyrase, formé d'un seul brin par une hélicase et lié par une protéine de liaison monocaténaire pour maintenir son état monocaténaire.

Choix multiples

Parmi les enzymes suivantes, laquelle remplace les nucléotides d'ARN d'une amorce par des nucléotides d'ADN ?

1. ADN polymérase III
2. ADN polymérase I
3. primase
4. hélicase

Réponse

B

Lequel des éléments suivants n'intervient pas dans le lancement de la réplication ?

1. ligase
2. ADN gyrase
3. protéine de liaison monocaténaire
4. primase

Réponse

UN

Parmi les enzymes suivantes impliquées dans la réplication de l'ADN, laquelle est propre aux eucaryotes ?

1. hélicase
2. ADN polymérase
3. ligase
4. télomérase

Réponse

D

Lequel des éléments suivants serait synthétisé en utilisant 5′-CAGTTCGGA-3′ comme modèle ?

1. 3′-AGGCTTGAC-4′
2. 3′-TCCGAACTG-5′
3. 3′-GTCAAGCCT-5′
4. 3′-CATTTCGGA-5′

Réponse

C

Remplir le blanc

L'enzyme responsable de la relaxation de l'ADN superenroulé pour permettre l'initiation de la réplication est appelée ________.

Réponse

ADN gyrase ou topoisomérase II

La réplication unidirectionnelle d'une molécule d'ADN circulaire, comme un plasmide, qui consiste à entailler un brin d'ADN et à le déplacer tout en synthétisant un nouveau brin s'appelle ________.

Réponse

réplication en cercle roulant

Vrai/Faux

Plus d'amorces sont utilisées dans la synthèse des brins retardataires que dans la synthèse des brins principaux.

Réponse

Vrai

Réponse courte

Pourquoi la primase est-elle requise pour la réplication de l'ADN ?

Quel est le rôle de la protéine de liaison monocaténaire dans la réplication de l'ADN ?

Vous trouverez ci-dessous une séquence d'ADN. Imaginez qu'il s'agit d'une section d'une molécule d'ADN qui s'est séparée en vue de la réplication, de sorte que vous ne voyez qu'un seul brin d'ADN. Construisez la séquence d'ADN complémentaire (indiquant les extrémités 5' et 3').

Séquence d'ADN : 3'-T A C T G A C T G A C G A T C-5'

Pensée critique

Consultez les figures 11.2.1 et 11.2.2. Pourquoi était-il important que Meselson et Stahl poursuivent leur expérience jusqu'à au moins deux cycles de réplication après un marquage isotopique de l'ADN de départ avec du ¹⁵ N, au lieu de mettre fin à l'expérience après un seul cycle de réplication ?

Si des désoxyribonucléotides dépourvus des groupes 3'-OH sont ajoutés au cours du processus de réplication, que pensez-vous qu'il se passera ?

11.3 : Transcription de l'ARN

Au cours du processus de transcription, les informations codées dans la séquence d'ADN d'un ou de plusieurs gènes sont transcrites dans un brin d'ARN, également appelé transcrit d'ARN. La molécule d'ARN monocaténaire qui en résulte, composée de ribonucléotides contenant les bases adénine, cytosine, guanine et uracile, agit comme une copie moléculaire mobile de la séquence d'ADN d'origine. La transcription chez les procaryotes et les eucaryotes nécessite que la double hélice de l'ADN se déroule partiellement dans la région de synthèse de l'ARN.

Choix multiples

À quel stade de la transcription bactérienne la sous-unité σ de l'ARN polymérase est-elle impliquée ?

1. initiation
2. élongation
3. résiliation
4. épissage

Réponse

UN

Lequel des composants suivants est impliqué dans l'initiation de la transcription ?

1. apprêt
2. origine
3. promoteur
4. codon de démarrage

Réponse

C

Lequel des éléments suivants n'est pas fonction de la calotte 5' et de la queue poly-A 3' d'une molécule d'ARNm eucaryote mature ?

1. pour faciliter l'épissage
2. pour prévenir la dégradation du mRNA
3. pour faciliter l'exportation du transcrit mature vers le cytoplasme
4. pour faciliter la liaison des ribosomes à la transcription

Réponse

UN

L'ARNm mature d'un eucaryote présenterait chacune de ces caractéristiques, sauf laquelle des suivantes ?

1. ARN codé par exon
2. ARN codé par des introns
3. Casquette de 5 pieds
4. Queue en polyA de 3 pieds

Réponse

B

Remplir le blanc

Un ARNm ________ est un ARNm qui code pour plusieurs polypeptides.

Réponse

polycistronique

Le complexe protéique responsable de l'élimination des séquences d'ARN codées par des introns des transcrits primaires chez les eucaryotes est appelé ________.

Réponse

Splicéosome

Réponse courte

À quoi sert le traitement de l'ARN chez les eucaryotes ? Pourquoi les procaryotes ne nécessitent-ils pas un traitement similaire ?

Vous trouverez ci-dessous une séquence d'ADN. Imaginez qu'il s'agit d'une section d'une molécule d'ADN qui s'est séparée en vue de la transcription, de sorte que vous ne voyez que le brin antisens. Construisez la séquence d'ARNm transcrite à partir de ce modèle.

Brin d'ADN antisens : 3'-T A C T G A C T G A C T G A T C-5'

Pensée critique

Prédire l'effet d'une modification de la séquence de nucléotides dans la région —35 d'un promoteur bactérien.

11.4 : Synthèse des protéines (traduction)

La synthèse des protéines consomme plus d'énergie cellulaire que tout autre processus métabolique. À leur tour, les protéines représentent plus de masse que toute autre macromolécule des organismes vivants. Ils remplissent pratiquement toutes les fonctions d'une cellule, en tant qu'éléments fonctionnels (par exemple, enzymes) et structuraux. Le processus de traduction, ou synthèse des protéines, qui constitue la deuxième partie de l'expression des gènes, implique le décodage par un ribosome d'un message d'ARNm en un produit polypeptidique.

Choix multiples

Lequel des énoncés suivants est le nom de la séquence à trois bases de l'ARNm qui se lie à une molécule d'ARNt ?

1. Site IP
2. codon
3. anticodon
4. Site de reliure CCA

Réponse

B

Quel composant est le dernier à rejoindre le complexe d'initiation lors de l'initiation de la traduction ?

1. la molécule d'ARNm
2. la petite sous-unité ribosomale
3. la grande sous-unité ribosomale
4. l'initiateur tRNA

Réponse

C

Au cours de l'élongation lors de la traduction, à quel site ribosomal se lie une molécule d'ARNt chargée entrante ?

1. Un site
2. Site IP
3. Site électronique
4. Par site

Réponse

UN

Lequel des acides aminés suivants apparaît à l'extrémité N de tous les polypeptides procaryotes et eucaryotes récemment traduits ?

1. tryptophane
2. méthionine
3. sélénocystéine
4. glycine

Réponse

B

Lorsque le ribosome atteint un codon absurde, laquelle des situations suivantes se produit ?

1. une méthionine est incorporée
2. le polypeptide est libéré
3. une liaison peptidique se forme
4. le site A se lie à un tRNA chargé

Réponse

B

Remplir le blanc

La troisième position au sein d'un codon, où les changements entraînent souvent l'incorporation du même acide aminé dans le polypeptide en croissance, est appelée ________.

Réponse

position d'oscillation

L'enzyme qui ajoute un acide aminé à une molécule d'ARNt s'appelle ________.

Réponse

Aminoacyl-tRNA synthétase

Vrai/Faux

Chaque codon du code génétique code un acide aminé différent.

Réponse

Faux

Réponse courte

Pourquoi la traduction s'arrête-t-elle lorsque le ribosome atteint un codon stop ? Que se passe-t-il ?

En quoi le processus de traduction diffère-t-il entre les procaryotes et les eucaryotes ?

Qu'entend-on par le fait que le code génétique soit quasi universel ?

Vous trouverez ci-dessous une séquence d'ADN antisens. Traduisez la molécule d'ARNm synthétisée à l'aide du code génétique, en enregistrant la séquence d'acides aminés résultante, en indiquant les terminaisons N et C.

Brin d'ADN antisens : 3'-T A C T G A C T G A C T G A T C-5'

Pensée critique

Marquez les éléments suivants sur la figure : sites ribosomiques E, P et A ; ARNm ; codons ; anticodons ; polypeptide en croissance ; acide aminé entrant ; direction de translocation ; petite unité ribosomale ; grande unité ribosomale.

Avant d'élucider le code génétique, d'éminents scientifiques, dont Francis Crick, avaient prédit que chaque codon d'ARNm codant pour l'un des 20 acides aminés devait comporter au moins trois nucléotides. Pourquoi n'est-il pas possible que les codons soient plus courts ?

11.5 : Mutations

Une mutation est une modification héréditaire de la séquence d'ADN d'un organisme. L'organisme qui en résulte, appelé mutant, peut présenter un changement de phénotype reconnaissable par rapport au type sauvage, qui est le phénotype le plus couramment observé dans la nature. Une modification de la séquence d'ADN est transmise à l'ARNm par transcription et peut entraîner une modification de la séquence d'acides aminés dans une protéine lors de la traduction.

Choix multiples

Lequel des éléments suivants est un changement dans la séquence qui conduit à la formation d'un codon stop ?

1. mutation fausse
2. mutation absurde
3. mutation silencieuse
4. mutation de suppression

Réponse

B

La formation de dimères de pyrimidine résulte de laquelle des réactions suivantes ?

1. erreurs spontanées dues à l'ADN polymérase
2. exposition au rayonnement gamma
3. exposition aux rayons ultraviolets
4. exposition à des agents intercalants

Réponse

C

Lequel des éléments suivants est un exemple de mutation par décalage de cadre ?

1. la suppression d'un codon
2. mutation fausse
3. mutation silencieuse
4. délétion d'un nucléotide

Réponse

D

Lequel des éléments suivants est le type de réparation de l'ADN dans lequel les dimères de thymine sont directement décomposés par l'enzyme photolyase ?

1. réparation directe
2. réparation par excision nucléotidique
3. réparation des discordances
4. relecture

Réponse

UN

Lequel des énoncés suivants concernant le test d'Ames est vrai ?

1. Il est utilisé pour identifier les mutants auxotrophes nouvellement formés.
2. Il est utilisé pour identifier les mutants dont l'activité biosynthétique est rétablie.
3. Il est utilisé pour identifier des mutants spontanés.
4. Il est utilisé pour identifier des mutants dépourvus d'activité de photoréactivation.

Réponse

B

Remplir le blanc

Un mutagène chimique dont la structure est similaire à celle d'un nucléotide mais qui a des règles d'appariement de bases différentes est appelé ________.

Réponse

analogue nucléosidique

L'enzyme utilisée dans la réparation de la lumière pour séparer les dimères de thymine s'appelle ________.

Réponse

photolyase

Le phénotype d'un organisme que l'on observe le plus souvent dans la nature s'appelle ________.

Réponse

type sauvage

Vrai/Faux

Les agents cancérigènes sont généralement mutagènes.

Réponse

Vrai

Réponse courte

Pourquoi est-il plus probable que les insertions ou les délétions nuisent davantage à une cellule que les mutations ponctuelles ?

Pensée critique

Vous trouverez ci-dessous plusieurs séquences d'ADN mutées par rapport à la séquence de type sauvage : 3'-T A C T G A C T G A C G A T C-5'. Imaginez que chacune est une section d'une molécule d'ADN qui s'est séparée en vue de la transcription, de sorte que vous ne voyez que le brin matrice. Construisez les séquences d'ADN complémentaires (indiquant les extrémités 5' et 3') pour chaque séquence d'ADN mutée, puis transcrivez (indiquant les extrémités 5' et 3') les brins modèles et traduisez les molécules d'ARNm à l'aide du code génétique, en enregistrant la séquence d'acides aminés résultante (indiquant les terminaisons N et C). De quel type de mutation s'agit-il ?

Volet modèle d'ADN muté #1 : 3'-T A C T G T C T G A C G A T C-5' Séquence d'ADN complémentaire : Séquence d'ARNm transcrite à partir du modèle : Séquence d'acides aminés du peptide : Type de mutation :

Volet modèle d'ADN muté #2 : 3'-T A C G G A C T G A C G A T C-5' Séquence d'ADN complémentaire : Séquence d'ARNm transcrite à partir du modèle : Séquence d'acides aminés du peptide : Type de mutation :

Volet modèle d'ADN muté #3 : 3'-T A C T G A C T G A C T A C T A T C-5 ' Séquence d'ADN complémentaire : Séquence d'ARNm transcrite à partir du modèle : Séquence d'acides aminés du peptide : Type de mutation :

Volet modèle d'ADN muté #4 : 3'-T A C G A C T G A C T A C T A T C-5' Séquence d'ADN complémentaire : Séquence d'ARNm transcrite à partir du modèle : Séquence d'acides aminés du peptide : Type de mutation :

Pourquoi pensez-vous que le test d'Ames est préférable à l'utilisation de modèles animaux pour détecter la mutagénicité de composés chimiques ?

11.6 : Comment les procaryotes asexués atteignent la diversité génétique

Comment les organismes dont le mode de reproduction dominant est asexué créent-ils de la diversité génétique ? Chez les procaryotes, le transfert horizontal de gènes (HGT), c'est-à-dire l'introduction de matériel génétique d'un organisme à un autre au sein de la même génération, est un moyen important d'introduire la diversité génétique. La HGT permet même à des espèces apparentées de partager des gènes, influençant ainsi leur phénotype.

Choix multiples

Quel est le mécanisme par lequel l'excision incorrecte d'un prophage à partir d'un chromosome bactérien entraîne l'encapsulation de gènes bactériens situés à proximité du site d'intégration dans une tête de phage ?

1. conjugaison
2. transduction généralisée
3. transduction spécialisée
4. transformation

Réponse

C

Lequel des énoncés suivants fait référence à l'absorption de l'ADN nu provenant de l'environnement environnant ?

1. conjugaison
2. transduction généralisée
3. transduction spécialisée
4. transformation

Réponse

D

Le plasmide F est impliqué dans lequel des processus suivants ?

1. conjugaison
2. transduction
3. transposition
4. transformation

Réponse

UN

Lequel des énoncés suivants fait référence au mécanisme de transfert horizontal de gènes naturellement responsable de la propagation des gènes de résistance aux antibiotiques au sein d'une population bactérienne ?

1. conjugaison
2. transduction généralisée
3. transduction spécialisée
4. transformation

Réponse

UN

Remplir le blanc

Une petite molécule d'ADN qui a la capacité d'exciser indépendamment d'un endroit dans une molécule d'ADN plus grande et de s'intégrer dans l'ADN ailleurs est appelée ________.

Réponse

transposon ou élément transposable

Le ________ est un ensemble de mécanismes qui permettent l'introduction de matériel génétique d'un organisme à un autre au sein de la même génération.

Réponse

Transfert horizontal de gènes

Vrai/Faux

Les organismes se reproduisant asexuellement ne disposent pas de mécanismes permettant de générer de la diversité génétique au sein d'une population

Réponse

Faux

Réponse courte

Décrivez brièvement deux manières dont l'ADN chromosomique d'une cellule donneuse peut être transféré à une cellule receveuse au cours du processus de conjugaison.

Décrivez ce qui se passe lorsqu'une mutation absurde est introduite dans le gène codant pour la transposase au sein d'un transposon.

11.7 : Régulation des gènes - Théorie des opérons

L'ADN génomique contient à la fois des gènes structuraux, qui codent des produits qui servent de structures cellulaires ou d'enzymes, et des gènes régulateurs, qui codent des produits qui régulent l'expression des gènes. L'expression d'un gène est un processus hautement régulé. Alors que la régulation de l'expression génique dans les organismes multicellulaires permet la différenciation cellulaire, dans les organismes unicellulaires tels que les procaryotes, elle garantit que les ressources d'une cellule ne sont pas gaspillées pour produire des protéines dont la cellule n'a pas besoin à ce moment-là.

Choix multiples

Un opéron de gènes codant pour des enzymes dans une voie de biosynthèse est susceptible d'être lequel des gènes suivants ?

1. inductible
2. répressible
3. constitutifs
4. monocistronique

Réponse

B

Un opéron codant pour des gènes qui sont transcrits et traduits en continu pour fournir à la cellule des niveaux intermédiaires constants de produits protéiques est considéré comme étant lequel des éléments suivants ?

1. répressible
2. inductible
3. constitutifs
4. activé

Réponse

C

Laquelle des conditions suivantes conduit à l'expression maximale de l'opéron lac ?

1. présence de lactose, absence de glucose
2. présence de lactose, présence de glucose
3. absence de lactose, absence de glucose
4. absence de lactose, présence de glucose

Réponse

UN

Lequel des éléments suivants est un type de régulation de l'expression génique propre aux eucaryotes ?

1. atténuation
2. utilisation d'un autre facteur σ
3. modification chimique des histones
4. alarmones

Réponse

C

Remplir le blanc

La séquence d'ADN à laquelle les répresseurs peuvent se lier et qui se trouve entre le promoteur et le premier gène structural est appelée ________.

Réponse

opérateur

La prévention de l'expression d'opérons codant pour les voies d'utilisation du substrat pour des substrats autres que le glucose en présence de glucose est appelée _______.

Réponse

répression des catabolites

Réponse courte

Quelles sont les deux manières dont les bactéries peuvent influencer la transcription de plusieurs opérons différents simultanément en réponse à une condition environnementale particulière ?

Pensée critique

La figure suivante est tirée des travaux originaux de Monod sur la croissance diauxique montrant la croissance d'E. coli en présence simultanée de xylose et de glucose comme seules sources de carbone. Expliquez ce qui se passe aux points A à D en ce qui concerne la source de carbone utilisée pour la croissance et expliquez si l'opéron d'utilisation du xylose est exprimé (et pourquoi). Il convient de noter que l'expression des enzymes nécessaires à l'utilisation du xylose est régulée de la même manière que l'expression des enzymes nécessaires à l'utilisation du lactose.