Diapositive 1

THEME 1 A
Chapitre 3 : expression du
patrimoine génétique
I – LES GENES CONTROLENT LA
SYNTHESE DES PROTEINES
• A- les protéines, des macromolécules
essentielles aux cellules. (FA n°7)
Les fonctions essentielles des cellules
(réactions chimiques, transmission de
signaux, transports) et leur structure ellemême sont assurées par des molécules
de structure complexe et chimiquement
réactives : les protéines.
1) La composition d’une
protéine
• Une protéine est constituée par un ou
plusieurs polypeptides.
• Chaque polypeptide est une chaîne
d'acides aminés, petites molécules qui
sont liées entre elles par des liaisons
peptidiques.
• Exemple de protéine: la testostérone,
l’hémoglobine, l’insuline…
Composition de
l’insuline
L’insuline est une
hormone produite par le
pancréas découverte au
20eme siècle. Elle est
hypoglycémiant c'est-àdire qu’elle a pour rôle
de faire baisser la
glycémie.
En 1955, Frédéric
Sanger décrit la
structure chimique de
l'insuline. C’est une
protéine composée de
51 acides aminés, avec
une chaîne A de 21
acides aminés et une
chaîne B de 30 acides
aminés reliés par 2
ponts di sulfures, lui
conférant une forme
particulière.
Une protéine est une molécule de
grande dimension constituée d’une
succession d’acides aminés,
repliée dans l’espace.
2) qu’est ce qu’un acide aminé?
• Un acide aminé est une
petite molécule constituée
d’un C autour duquel
s’organisent des liaisons
simples avec H, N, O
variable
acide
amine
• Le radical va modifier les
propriétés chimiques de l’acide
aminé. Il existe 20 aa différents.
3) L’origine des acides aminés
4) De l’aa au polypeptide et à
ses propriétés
Lors de la formation d’une protéine, les
acides aminés se lient les uns aux autres
par une liaison peptidique grâce à une
réaction de condensation.
D’un a a on passe à 2 a a soit un
DIPEPTIDE.
Lorsqu’une protéine est formée de
plusieurs a a , on parle alors de
POLYPEPTIDES.
Un polypeptide ne conserve pas sa forme
linéaire car les a a régissent avec leurs
voisins selon leurs affinités chimiques; la
protéine prend une forme spécifique qui lui
confère ses propriétés.
DONC
Les diverses propriétés d’une protéine
dépendent de l’ordre précis dans lequel
sont enchainés leurs acides aminés.
Un plan de fabrication est donc nécessaire
pour que les cellules produisent des
Le document ci-contre schématise
quelques-unes des étapes
permettant d'insérer un gène,
prélevé chez un organisme, dans les
cellules d'un autre organisme. Cette
technique de transfert de gène
s'appelle la transgénèse. Les
individus ayant reçu le gène sont des
OGM (Organismes Génétiquement
Modifiés).
Lorsqu'on éclaire une souris modifiée
par une lampe ultraviolette, la peau
apparaît vert fluorescent mais les
poils, qui sont des cellules mortes,
restent sombres.
B- un gène, une protéine.
1)
Expérience de transgénèse
Une souris verte qui…
Conclusion des expériences de
transgénèse.
Une séquence d’ADN entraine l’expression
d’une protéine particulière.
2) Les expériences de
mutations
Analyse d’une expérience
Relation gène protéine
historique: exp de Beadle et
Tatum 1941
Cette expérience montre que:
• La molécule qu’il faut ajouter
dans le milieu pour permettre
la croissance de la souche
mutée est celle que cette
dernière est incapable de
synthétiser. Elle indique donc
que l’enzyme est inactive:
chaque gène muté détermine
ainsi la synthèse d’une
enzyme.
• On aboutit au concept
UN GENE , UNE
PROTEINE.
3) Relation mutation – acide aminé
•
L’idée un gène, une protéine a
été ensuite affinée :
- on a pu comparer la position
des mutations sur un gène
donné et la position des acides
aminés sur la séquence de la
protéine correspondante
- On a constaté alors que
l'enchaînement des acides
aminés d'une protéine suit le
même ordre
que la succession de
informations sur l'ADN
Expérience de Charles Yanosfsky
Il isole 16 mutants
différents pour le gène du
tryptophane et mène en
parallèle 2 analyses:
-La localisation des
mutations dans l’ADN
- le séquençage des a a de
l’enzyme sur chacun des
mutants
Une succession de nucléotides sur l’ADN
code pour une succession d’a .a de la
protéine correspondante. Cette propriété
se nomme la COLINEATION
gène/protéine
CONCLUSION
Une protéine est une succession linéaire
d’acides aminés.
Cette succession est déterminée par
l’information contenue dans un gène, c’est-à-dire
une suite de nucléotides de l’ADN.
Ainsi, la séquence des nucléotides d’un gène
contrôle la séquence des acides aminés d’une
protéine.
II- DE L’ADN A LA CONSTRUCTION DE
LA PROTEINE.
1°) Des lieux différents.
Chez les eucaryotes, l'ADN est toujours
localisé dans le noyau cellulaire, séparé
du cytoplasme par l'enveloppe nucléaire.
Cet ADN ne quitte le noyau OR la
synthèse des protéines s’effectue dans le
cytoplasme.
Comment s’effectue la transmission
d’informations nécessaires à la
construction de la protéine?
2) L’ARN, un intermédiaire mobile.
La synthèse des
protéines est dirigée
par l'information
génétique grâce à
des « copies » du
gène à exprimer qui
sont exportées du
noyau vers le
cytoplasme.
Ces copies sont
fabriquées dans le
noyau, sous forme
d'ARN, une molécule
très proche de l'ADN
cette étape est la
transcription.
3) Du gène à la protéine schéma
bilan Comm
ent
s’effectue le
copie de l’A
DN
en ARN?
Comment la
copie est –
elle traduite
en protéine?
III- LA TRANSCRIPTION DE L'ADN EN ARN,
PREMIERE ETAPE DE L'EXPRESSION DES
GENES
1) le transfert de l’information génétique
Désoxyribose
Thymine
2 brins
-Ribose
- Uracile
- Un seul brin
2) La transcription de l’ADN en ARN
dans le noyau
L'ARN est synthétisé dans le noyau, à partir de
l'information contenue dans la séquence des
nucléotides d'un gène. Il est ensuite transporté
dans le cytoplasme.
Cette copie du gène exprimé, dont l'existence est
temporaire (quelques heures), transmet
l'information de l'ADN du noyau vers le cytoplasme
: elle est qualifiée pour cette raison d'ARN
messager (ARNm).
La transcription nécessite l'action d'une enzyme, l'ARN­
polymérase.
Au fur et à mesure de sa progression le long de l'ADN,
l'ARN-polymérase incorpore des nucléotides libres,
présents dans le noyau, par complémentarité avec l'un des
brins de l'ADN : G se place en face de C, C en face de G,
A en face de T et U en face de A.
Plusieurs ARN-polymérases se succèdent le long d'un
même segment d'ADN et entament la fabrication « à la
chaîne » d'ARNm identiques entre eux et qui constituent
autant de copies d'un gène.
3) Le mécanisme de la
transcription.
Le brin d'ARN ainsi produit est donc
complémentaire du brin d'ADN qui a servi de
matrice, appelé brin transcrit.
Par conséquent, le message de l'ARN est
identique à celui du brin non transcrit d'ADN (à
la différence du nucléotide U qui, sur l'ARN,
occupe la place du nucléotide T de l'ADN).
Brin transcrit= brin
matrice= brin
complémentaire à
l’ARN
1
Début de la
transcription
Brin non
transcrit
Une molécule
d’’ADN en cours
de transcription
C
U
A
G
G
U
C
G
A
C
C
T
A
G
C
A
G
A
C
C
U
A
G
C
A
C
T
G
G
A
C
G
T
T
ADN non
transcrit
T
U
A
U
T
Brin transcrit
G
A
C
ARN m en
cours de
synthèse
Sens de
déplacement de
l’ARN polymérase
ARN
polyméras
e (enzyme)
G
2
Nucléotid
es libres
A
C
C
C
A
G
C
G
T
Progression de la
transcription
U
C
U A
G
A
C
T
G
G
U C
C
G
Appariements
stricts des
bases azotées
au niveau de
l’ADN
A
C
A
U
C
U
A
G
C
A
Appariement
strict
Adénine/Uraci
le lors de la
synthèse de
l’ARNm
G
A
C
C
C
A
G
C
G
C
T
G
G
G
T
C
G
C
C
U
A
ARN m en cours de
synthèse
Le mécanisme de la transcription de l’ADN
en ARN messager au niveau du noyau
IV- le système de correspondance entre
nucléotides et a.a
1° Le système de
lecture
La « lecture » de
l'information génétique se
fait suivant un cadre de
longueur fixe, constitué de
trois nucléotides : un triplet
de nucléotides (ou codon)
code pour un acide aminé.
Un codon = 3 nucléotide = 1
aa
Ce système de
correspondance codon / a.a
est appelé le CODE
GENETIQUE
2) Le code génétique est
Il existe 4 nucléotides
redondant.
donc on peut former
4
soit 64 codons
différents or il n’y a que
20 a.a différents.
3 codons
1 acide aminé
correspond à plusieurs
codons
• Le code génétique est
donc redondant mais
UNIVOQUE
( 1codon = 1 a.a)
Le code génétique est le
même pour toutes les
espèces; il est
UNIVERSEL
V- LA TRADUCTION DE L'ARN
MESSAGER EN PROTEINE
1) la localisation de la traduction
La synthèse protéique est
localisée dans le cytoplasme
au niveau de structures
appelées ribosomes.
Les ribosomes sont formés:
- d'une petite sous-unité,
capable de reconnaître et de
se fixer sur une molécule
d'ARNm
d'une grosse sous-unité,
associée à la petite sous-unité
et qui réalise l'assemblage des
acides aminés.
2) La lecture de l’ARN et l’
assemblage
des
acides
aminés
La lecture
Elongation de
la chaine
peptidique
du codon
stop
•La traduction
débute toujours
par un codon
initiateur
ARN
Polyméras
e
Enzyme
ADN
1 gène
Noyau
ARNm
Transcript
ion
enveloppe
nucléaire
Pore
nucléaire
ARNm
Traduction
AA
Liaison
peptidique
AA
AA
AA
Protéin
e
ARN t
Sens de
lecture
Ribosom
e
Cytoplasm
e
Membrane
plasmique
Petits ARN ( 70 à
100 nucléotides)
servant
d’intermédiaires
entre ARN m et les
ribosomes
3) conclusion
• Les ribosomes réalisent la synthèse des
protéines à partir de l’information de l’ARN
messager.
• La traduction commence toujours par un
codon d’initiation AUG. Elle se poursuit de
codon en codon, en ajoutant des acides
amines correspondants, phénomène
d’élongation jusqu’à la lecture du codon –
stop.
VI- du génome au
« protéome ».
• Le génome humain comporte environ 20 à
25000 gènes.
• Le « protéome » c’est-à-dire l’ensemble
des protéines humaines sont bien plus
importantes.
• Cette découverte remet en cause le
postulat historique : un gène, une
protéine.
• Comment expliquer cette différence?
1) Les gènes
morcelés
Chez les eucaryotes, le
gène n’est pas directement
transcrit en ARN messager
mais en un « ARN prémessager » qui devra subir
une opération qualifiée de
maturation.
Dans l’ARN pré messager,
on trouve des parties
codantes des parties non
codantes.
La maturation consiste à supprimer les
parties non codantes ou introns pour
fournir un ARN messager exportable dans
le cytoplasme.
VOCABULAIRE:
Partie codante: exon
Partie non codante: intron
2) Un gène et
plusieurs protéines.
Au cours de sa maturation,
certaines séquences d’ARN
pré messager sont
sélectionnées au dépens
d’autres:
Un ARN pré messager donne
naissance à plusieurs ARN
donc à plusieurs protéines .
Ce mécanisme sélectif se
nomme L’EPISSAGE
ALTERNATIF.
Cet épissage alternatif est
fonction du type cellulaire mais
aussi du moment où s’exprime
le gène.
Cette découverte remet en
cause le postulat: un gène, une
protéine; on devrait dire un
gène, des protéines.
Arn pré
messager unique
Différents ARN
messager qui en
découlent après
l’épissage
3) Génome et
évolution des
espèces.
Toutes les espèces n’ont pas
la même organisation de leur
génome , on parle de
morcellement du génome qui
peut être plus ou moins
important.
L’épissage joue donc un rôle
dans l’évolution des espèces.
Le génome de levure contient une
densité de gène plus importante,
avec peu d’introns. À l’inverse, le
génome humain a une densité de
gènes faible, contenant une
proportion d’introns très importante.
Le génome de drosophile est
intermédiaire