[PPT]Codage et expression de l’information viewCodage et transmission de l’information gntique Expression de l’information gntique Gntique et informatique Apports de l’informatique

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  • Codage et expression de linformation gntique

    Pascale Giraudet

    www.univ-tln.fr/~giraudet

    Sminaire GRIM 4 mars 2003

  • Plan de lexpos

    Introduction : quest-ce que linformation gntique ?

    Codage et transmission de linformation gntique

    Expression de linformation gntique

    Gntique et informatique

  • Quest-ce que linformation gntique ?

    Chaque individu prsente des caractres propresCertains sont acquis (musculature, )Dautres hrditaires (couleur des yeux, groupe sanguin, ) transmis dune gnration lautre

    information gntique

  • Introduction : quest-ce que linformation gntique ?Codage et transmission de linformation gntiqueLocalisation de linformation gntiqueSupport de linformation gntiqueCodage de linformation gntique sur lADNTransmission de linformation gntiqueExpression de linformation gntiqueGntique et informatique

  • Exprience de Gurdon (1960)

    Noyau cellule grenouille Buf nucl grenouille A

    > obtention dun clone de la grenouille B

    I.1) Localisation de linformation gntique

  • I.2) Support de linformation gntique

    Cellule

    G: *1000

    N = 1013

    Chromosome

    G: *10 000

    N = 2*23

    ADN

    G: *107

    L 2 m

  • I.2) Support de linformation gntique

    Paires de bases

    G: *107

    N 3 * 109

    Watson et Crick,

    1953

  • I.2) Support de linformation gntique

    Bases puriques (R)

    Bases pyrimidiques (Y)

    (A)

    (G)

    (T)

    (C)

    -> ADN Succession de 3 * 109 lettres dun alphabet quaternaire

  • I.3) Codage de linformation gntique sur lADN

    Succession presque linaire de 3*109 lettres dun alphabet molculaire quaternaire (A,C,G,T)Seule non-linarit : ADN port par 2n chromosomes (n=23 chez lhomme)

    Le brin complmentaire napporte aucun complment dinformation (stabilit chimique) Il existe de lADN hors du noyau : ADN mitochondrial (104 paires de bases)

  • I.4) Transmission de linformation gntique

    Transmission conforme : la rplication lors de la division cellulaireBrassage gntique lors de la reproduction sexue

    Cellule du pre

    2n chromosomes

    Cellule de la mre

    2n chromosomes

    Gamte du pre

    n chromosomes

    Gamte du pre

    n chromosomes

    Gamte de la mre

    n chromosomes

    Gamte de la mre

    n chromosomes

    Cellule oeuf

    n+n chromosomes

    Gnration N

    Gnration N+1

    miose

    fcondation

  • I.4) Transmission de linformation gntique

    Erreurs de copie : les mutationsSubstitution alatoire dune lettre par une autre lettre de lalphabetInsertion alatoire dune lettre (ou dun groupe de lettres)Suppression alatoire dune lettre (ou dun groupe de lettres)Slection des mutants

    ACCTGC

    ACTTGC

    ACCTGC

    ACCATGC

    ACCTGC

    AGC

  • IntroductionCodage et transmission de linformation gntiqueExpression de linformation gntiquePrincipes de lexpression : les protinesDe lADN la protineTranscriptionTraduction et code gntiqueRgulations de lexpression gntiqueGntique et informatique

  • II.1) Principes de lexpression : les protines

    ADN

    Protines

    scrtes

    Protines constitutives

    Enzymes

    (protines)

    Mtabolisme

    Physiologie

    Dveloppement

    Production

    De glucides

    Production

    De lipides

    Gnotype

    Protines

    Phnotype

  • Les protines, molcules de passage du gnotype (information gntique) au phnotype (ensemble des caractres)La gntique sintresse lexpression de linformation gntique jusqu la production des protinesLtude du rle des protines dans lexpression du phnotype est du domaine de la biochimie, de la biologie cellulaire, du dveloppement, de la physiologie

    II.1) Principes de lexpression : les protines

  • II.1) Principes de lexpression : les protines

  • II.2) De lADN la protine

    Transcription

    Traduction

    ADN

    ARN m

    Protine

  • II.3) Transcription

  • pissage

  • II.4) Traduction et code gntique

  • Bilan

    Notion de gneUn gne une protine (excision des introns)Un gne : du codon dpart au codon STOPEnsemble des gnes zone exprime de lADN35 000 gnes chez lHumain1,5 % de lADN -> quoi sert le reste ??Similitude entre les gnes des tres vivants40 % de nos gnes commun avec une plante80 % avec un Mammifre98,5 % avec un Chimpanz99,9 % avec un autre HumainLinarit apparente de lexpression gntiqueCodage quasi-linaire de linformation gntique sur lADNTranscription : bijection de {A, T, C, G} sur {A, U, C, G}Traduction : surjection de {A, U, C, G}3 sur {Phe, Leu, Ile, Met, Val, Ser, Pro, Thr, Ala, Tyr, His, Gln, Asn, Lys, Asp, Glu, Cys, Trp, Arg, Gly}

  • Bilan

    Pourtant variabilit de lexpressionDans lespace :Toutes les cellules nont pas la mme formeToutes les cellules nont pas la mme fonctionDans le temps :Activit cellulaire dpendant du stade de dveloppementSelon lenvironnement : Activit cellulaire dpendant de son environnement chimiqueRorganisation de linformation gntique lors de son expression par rgulations multiples

  • II.5) Rgulations de lexpression gntique

    gne

    pr-ARNm

    ARNm

    ARNm

    protine

    protine modifie

    protine active

    protine dgrade

    transcription

    pissage

    traduction

    noyau

    Organisation structurale de lADN

    Facteurs de rgulation de la transcription

    Epissage alternatif

    Maturation, transport, adressage des ARNm

    Dure de vie des ARNm

    Contrle de la traduction des ARNm

    Modifications post-traductionnelles

    Adressage, et rgulation de lactivit

    Contrle de la dgradation protique

  • II.5) Rgulations de lexpression gntique

    gne

    pr-ARNm

    ARNm

    ARNm

    protine

    protine modifie

    protine active

    protine dgrade

    transcription

    pissage

    traduction

    noyau

    Facteurs de rgulation de la transcription

    Produits de lactivit protique

    Environnement

    Epissage alternatif

  • Un exemple de la rgulation de la transcription

    chez les Procaryotes : lopron tryptophane

    Gnes codants pour les enzymes ncessaires la synthse du tryptophane

  • Un exemple eucaryote : les gnes homotiques

  • Epissage alternatif

  • Introduction : quest-ce que linformation gntique ?Codage et transmission de linformation gntiqueExpression de linformation gntiqueGntique et informatiqueApports de linformatique la gntiqueLinspiration gntique en informatique

  • III.1) Apports de linformatique la gntique

    Analyse de squences de basesIdentification de motifsLocalisation de motifs connusDtection de rgularits, priodicitsComparaison de squencesRecherche des similaritsRecherche des mutationsCalcul de taux de divergencelaboration de modles dvolutionlaboration darbres phylogntiquesModlisation de la structure 3d de protines

  • Analyse de squences de basesIdentification de motifsLocalisation de motifs connusDtection de rgularits, priodicitsComparaison de squencesRecherche des similaritsRecherche des mutationsCalcul de taux de divergencelaboration de modles dvolutionlaboration darbres phylogntiquesModlisation de la structure 3d de protines

    III.1) Apports de linformatique la gntique

  • POS: 1 2 3 TOTAL

    A 24% 31% 23% 26%

    C 25% 21% 26% 24%

    G 34% 22% 24% 27%

    T 18% 26% 27% 24%

    Phe TTT 1.7 Ser TCT 1.6 Tyr TAT 1.2 Cys TGT 0.8

    Phe TTC 2.0 Ser TCC 0.5 Tyr TAC 1.7 Cys TGC 1.3

    Leu TTA 0.9 Ser TCA 0.9 *** TAA 1.2 *** TGA 0.9

    Leu TTG 0.6 Ser TCG 0.7 *** TAG 0.2 Trp TGG 1.4

    Leu CTT 1.4 Pro CCT 0.9 His CAT 1.3 Arg CGT 3.8

    Leu CTC 1.0 Pro CCC 0.3 His CAC 1.4 Arg CGC 1.9

    Leu CTA 0.4 Pro CCA 1.0 Gln CAA 1.4 Arg CGA 1.1

    Leu CTG 4.0 Pro CCG 2.2 Gln CAG 2.1 Arg CGG 0.7

    Ile ATT 2.3 Thr ACT 1.0 Asn AAT 1.0 Ser AGT 0.4

    Ile ATC 2.3 Thr ACC 1.5 Asn AAC 2.5 Ser AGC 1.8

    Ile ATA 0.3 Thr ACA 0.9 Lys AAA 3.9Arg AGA 0.8

    Met ATG 1.9 Thr ACG 0.8 Lys AAG 1.7 Arg AGG 0.3

    Val GTT 2.7 Ala GCT 1.9 Asp GAT 2.5 Gly GGT 2.6

    Val GTC 1.1 Ala GCC 1.5 Asp GAC 2.5 Gly GGC 2.8

    Val GTA 1.5 Ala GCA 2.1 Glu GAA 4.7 Gly GGA 0.9

    Val GTG 1.9 Ala GCG 2.8 Glu GAG 1.9 Gly GGG 0.7

    Frquence (%) des bases sur le mme gne

    de 2594 codons

    Frquence des bases

    sur un gne de 7784 pb

    IDENTIFICATION DE MOTIFS (PROGICIEL SQX, SITE INFOBIOGEN)

    http://www.infobiogen.fr/doc/SQXdoc/

    http://www.infobiogen.fr/doc/SQXdoc/freqces.html

  • DTECTION DE PRIODICITS (LAB INFO DE lIGM)

    Proba dapparition de GTC n bases aprs CGC en phase de lecture -> priodicit 0 [3]Proba dapparition de TCG n bases aprs ATC en phase de lecture -> priodicit 1 [3]Proba dapparition de CGT n bases aprs CCC en phase de lecture -> priodicit 2 [3]

    Proba 1

    n

    Proba 3

    Proba 2

    n

    n

  • Classement des trinuclotides en fonction de leur phase d'apparition prfrentielle

    Proprits de ces 3 classes de trinuclotides d'un point de vue thorie des codes:

    ces 3 classes de trinuclotides s'changent par permutation circulaire, ce sont, toutes les trois, des codes circulaires maximaux, ces 3 codes possdent une proprit de complmentarit: auto-complmentarit pour T0, et change de T1 et T2 par complmentarit, codes non triviaux ( codes obtenus par des techniques classiques de gnration).

    http://www-igm.univ-mlv.fr/LabInfo/rapport/igm_new005.html

  • Hypothse biologique : gnes primitifs = mots du langage To ?

    Phase de lecture reprable automatiquement -> ne ncessite pas de codon initiateurAuto-complmentarit -> codage simultan et en

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