Le document retrace l'évolution de la biologie moléculaire, en illustrant les contributions majeures de scientifiques tels qu'Archibald Garrod, Frederick Griffith et Rosalind Franklin, qui ont permis de comprendre la relation entre gènes, enzymes et ADN. À travers des expériences clés, il démontre que l'ADN est le matériel génétique, introduisant des concepts tels que le dogme central de la biologie moléculaire et la découverte de l'ARN messager. Ce parcours scientifique a conduit à l'établissement des bases de la génétique moderne et à l'identification du code génétique.

1. L ’avènement de la biologie moléculaire

2. Fin des années 30 : Quelle est la nature du gène ? Quel lien entre gène et caractère ?

3. 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

4. 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.htm http://www.republique-des-lettres.fr/10691-frederick-griffith.php

5. 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

6. 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

7. 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.

8. 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 siècle pour l'émergence de la physique au cœur de la biologie. Ses efforts pour promouvoir l'étude de la génétique au travers de celle des virus infectant les bactéries aura été très importante pour le développement de la biologie moléculaire.

9. 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

11. 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.

12. 1866 1944 – Oswald Avery

13. 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.

14. 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

15. 1866 1949 – Erwin Chargaff Erwin Chargaff 1905-2002 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.

16. 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.

17. 1866 1951 – Rosalind Franklin Rosalind Franklin 1920-1958 Chercheurs au King’s College de 1950-1953 dont les travaux ont porté sur l’ADN J. T. Randall 1905-1984 Raymond Gosling 1926- Maurice Wilkins 1916-2004

18. Rosalind Franklin Après l'obtention d'un doctorat en chimie physique à 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 College où elle applique la diffraction des rayons X à 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

19. 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

20. 1866 1952 – Herschey et Chase Martha Chase (1930-2003) Alfred Hershey (1908-1997) Modèle expérimental: Bactériophage T2 Utilisation d’isotopes radioactifs : du phosphore radioactif marqueur de l'ADN, et du soufre radioactif marqueur des protéines de la capside. Injection de matériel génétique

21. 1952 – Herschey et Chase Cette expérience prouve que c'est l'ADN du phage et non les protéines qui représente le matériel génétique.

22. 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

23. 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

24. …. « 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

25. 1866 1953 – Watson et Crick

26. 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

27. 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

28. 1866 1958 – Meselson et Stahl M. Meselson and F. Stahl Mise en évidence de la réplication semi-conservative de l ’ADN

29. L ’ARN est constitué de 4 bases azotées Les 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 mieux connaître la composition et le rôle de l ’ARN Ils constatent que l'infection par un bactériophage T2 induit une augmentation de la quantité d'ARNm dans la cellule hôte et que cet ARNm a un temps de vie très court.Conclusion: l'ARN joue un rôle intermédiaire entre l'ADN et les protéines. 1956 – VOLKIN et ASTRACHAN

30. 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 intermédiaire entre l’ADN et les protéines.

31. 1866 1961 – Nirenberg Décryptage du code génétique Heinrich Matthaei Marshall Nirenberg (1927 Nirenberg, prix Nobel de Médecine et de Physiologie en 1968

32. Le code génétique 4 3 = 64 Possibilités 20 acides aminés Le code est: - spécifique - dégénéré - ponctué - universel

33. De l ’ADN à la protéine Etat des connaissances au début des années 70