de l`adn aux protéines
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DE L’ADN AUX PROTÉINES … LES ÉTAPES L’ADN (acide désoxyribonucléique) Situé dans le noyau, l’ADN constitue le matériel génétique noyau Double hélice d’ADN cytoplasme LES NUCLEOTIDES (ADN et ARNs) Une classe de molécules organiques : les nucléotides, formés de purines et de pyrimidines, des bases liées à des sucres phosphorylés. Désoxyribose Lien phosphodiester Réplication de l’ADN ARN • Monocaténaire • Thymine remplacée par Uracyle • Sucre = Ribose Synthèse de l’ARN Rôle de l’ADN et de l’ARN : synthèse des protéines Message héréditaire : ? Phénotype ---------- génotype Quel est le lien entre le gène et l’expression d’un caractère ? Un gène, un protéine L’ADN (acide désoxyribonucléique) Situé dans le noyau, l’ADN constitue le matériel génétique Double hélice d’ADN noyau cytoplasme APPARIEMENT DES BASES: A = Adénine T = Thymine C = Cytosine G = Guanine L’ARNm (acide ribonucléique) L’ARNm (acide ribonucléique) copie et transporte l’information génétique du noyau au cytoplasme noyau ARN messager C U G A cytoplasme APPARIEMENT DES BASES : A = Adénine U = Uracile C = Cytosine G = Guanine LE RIBOSOME Déchiffre les codons de l’ARNm et participe à la formation de la protéine noyau Ribosome cytoplasme LE RIBOSOME Structure L’ARN DE TRANSFERT (ARNt) Reconnaît le codon de l’ARNm et apporte l’acide aminé qui y correspond pour former une chaîne polypeptidique Liaison peptidique a.a a.a ARNt ARNt Anticodon ACGUAC Codon Ribosome … RÉSUMÉ DES ÉTAPES 1. Transcription de l’ADN en ARNm (dans le noyau) TACACGGGAATT ATGTGCCCTTAA 2. L’ARNm sort du noyau et se fixe sur le ribosome dans le cytoplasme où la protéine sera formée des acides aminés apportés par l’ARNt (Traduction) Protéine formée Met Cys Pro STOP ARNt ARNt ARNt ARNt UACACGGGA AUU TABLE DU CODE GÉNÉTIQUE Deuxième base U C A G CUU CUC CUA CUG AUU AUC AUA AUG GUU GUC GUA GUG Phe Leu Leu Ile Met * Val * Codon de départ UCU UCC UCA UCG CCU CCC CCA CCG ACU ACC ACA ACG GCU GCC GCA GCG A Ser UAU UAC UAA UAG Pro CAU CAC CAA CAG Thr Ala AAU AAC AAA AAG GAU GAC GAA GAG G Tyr Stop Stop His Gln Asn Lys Asp Glu UGU UGC UGA UGG CGU CGC CGA CGG AGU AGC AGA AGG GGU GGC GGA GGG Cys Stop Trp Arg Ser Arg Gly U C A G U C A G U C A G U C A G Troisième base Première base U UUU UUC UUA UUG C MUTATION 1. Voici un brin d’ADN contenant 8 triplets de bases. Trouver la séquence du 2e brin T 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 1er brin TAC TAA CGA ATA ACC GTG GAT CTC 2e brin ATT GCT CTA ____ ____ ____ ATG ____ TAT ____ TGG ____ CAC ____ ____ GAG 2. À partir du 1er brin d’ADN, trouver la séquence de codons correspondants de l’ARNm A ARNm ____ ____ ____ UAU ____ UGG ____ CAC ____ CUA ____ GAG ____ AUG AUU GCU 3. À l’aide de la table du code génétique, déterminer l’ordre des acides aminés dans la chaîne polypeptidique trouvée au numéro 2 Ordre des a.a. MET ____ ILE ____ ALA ____ TYR ____ TRP ____ HIS ____ LEU ____ GLU ____ STOP Protéine altérée POLYSOMES NON ATTACHES AU RER ⇒ PROTEINES CYTOPLASMIQUES réutilisables UAG 3' 5' AUG POLYSOMES ATTACHES AU RER ⇒ PROTEINES SECRETEES, MEMBRANAIRES, LYSOSOMIALES Protéine attachée au RER CAVITÉ DU RÉTICULUM ENDOPLASMIQUE RUGUEUX Protéines du tunnel Peptide signal Protéine non attachée au RER Excision UAG 5’ AUG Codons de la séquence signal Codon initiateur 3' ARNm Codon stop L’APPAREIL DE GOLGI • Modifie et trie les produits du RER • Caractéristiques: – Série de compartiments plats et vésicules – Composé de 3 régions: cis (entrée), moyenne, trans (sortie) – Chaque région contient différentes enzymes LES PROTEINES DE SECRETION SONT SYNTHETISEES DANS LE RER ET PASSENT A TRAVERS LE GOLGI VERS L’ENVIRONNEMENT EXTRACELLULAIRE Noyau en interphase • • • • membrane nucléaire nucléoplasme chromatine nucléole G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Noyau en interphase 1. enveloppe nucléaire et trafic nucléoplasmique Fig 8.1c G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Noyau en mitose • Condensation des chromosomes La chromatine se condense environ 1000 fois ; l’ADN semble arrangé en grandes boucles ancrées à une charpente protéique. Fig 8.31 G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Structure biochimique • ADN • ARN Rosalie Fréchette, février 2004 Propriétés de l’ADN L’ADN se réplique et se répare. Rosalie Fréchette, février 2004 Réplication de l’ADN G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Rosalie Fréchette, février 2004 Réplication de l’ADN • La réplication de l’ADN est semiconservative . • L’ADN polymérase est l’enzyme permettant cette synthèse. Rosalie Fréchette, février 2004 Démonstration de la réplication semiconservative de l’ADN G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Rosalie Fréchette, février 2004 Démonstration de la réplication semiconservative de l’ADN 1) Les bactéries sont cultivées dans un milieu N14, transférées dans un milieu contenant du N15 et s’y divisent. 2 )Ces bactéries dont l’ADN est marqué par N15 sont transférées dans un milieu N14 et s’y divisent une fois. 3) L’ADN de ces bactéries est à moitié N14 et à moitié N15:il s’agit d’un ADN hybride. Rosalie Fréchette, février 2004 Réplication de l’ADN • Réplication fidèle: phénomène crucial. • Mais le génome cellulaire est malléable: mutations et réarrangements de gènes permettent les variations génétiques et l’évolution de l’espèce. Rosalie Fréchette, février 2004 Réparation de l’ADN L’ADN est soumis à toute une série de réactions chimiques: toute altération entraîne des conséquences Ces mutations sont: 1) des incorporations de bases inadéquates, 2) des désaminations des adénine, cytosine, guanine, 3) des dépurinations, 4) des formations de dimères de thymine (UV), 5) des alkylations, 6) des additions de groupes chimiques encombrants. Rosalie Fréchette, février 2004 Modes de réparation de l’ADN 1) par renversement direct, 2) par excision, 3) post-réplicative Rosalie Fréchette, février 2004 Renversement direct des lésions subies par l’ADN G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Rosalie Fréchette, février 2004 Réparation par excision G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Rosalie Fréchette, février 2004 Réparation par excision • Excision de base • Excision de nucléotide Rosalie Fréchette, février 2004 Réparation post-réplicative G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Rosalie Fréchette, février 2004 Rôle du noyau et du réseau membranaire • Synthèse des protéines Rosalie Fréchette, février 2004 Problèmes posés par la synthèse des protéines 1) localisation de l’ADN dans le noyau et localisation de la synthèse dans le cytoplasme (ribosomes). 2) L’ADN est formé de 4 bases différentes, les protéines sont formées de 20 acides aminés différents. Rosalie Fréchette, février 2004 Solution n°1 • L’ARN messager copie le message et le tranporte vers les ribosomes. Rosalie Fréchette, février 2004 Transcription de L’ADN en ARN messager Enzyme clé: ARN polymérase Rosalie Fréchette, février 2004 Solution n°2 Nécessité d’un code génétique: Protéines sont formées de 20 Acides aminés différents. L’ADN est formé de 4 nucléotides différents. Code : Si 1 nucléotide code pour 1 acide aminé : 4 possibilités Si 2 nucléotides codent pour 1 acide aminé: 4 x 4 = 16 possibilités Si 3 nucléotides codent pour 1 acide aminé:4 x 4 x 4 = 64 possibilités Rosalie Fréchette, février 2004 Traduction de l’ARN messager en protéine Rosalie Fréchette, février 2004 Le réseau membranaire : Réticulum endoplasmique Appareil de Golgi • Réseau membranaire comprend plusieurs organites qui cloisonnent le cytoplasme mais restent en communication. • Rôle : synthèse, tri et transport des protéines. Réticulum endoplasmique Réseau de tubules et de citernes bordés d’une membrane continue. Délimite jusqu’à 10% du volume cellulaire. Deux types de réticulum : REG sert à remanier les protéines, REL intervient dans le métabolisme des lipides. Structure du réticulum endoplasmique G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Rôle du réticulum endoplasmique sécrétion protéique Fig 9 - 2 G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Résultats de l’expérience 1ère étape : REG (rôle des ribosomes) 2ème étape : Golgi 3ème étape : vésicules de sécrétion Rôle du réticulum endoplasmique 1. Protéines formées sur les ribosomes libres : protéines du noyau, des mitochondries, des chloroplastes, des peroxysomes cytosol 2. Protéines formées sur ribosomes attachés au REG : protéines destinées à l’exportation, protéines du RE, du Golgi, des lysosomes , de la membrane plasmique. Ribosomes libres et ribosomes liés au REG. G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Adressage de protéines au réticulum endoplasmique G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Ribosomes synthétisant une protéine destinée à être sécrétée, sont attirés contre le réticulum endoplasmique par la séquence signal de la chaîne peptidique. (élaguée lors du transfert dans le REG Adressage de protéines au réticulum endoplasmique Fig 9 - 7 G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Adressage de protéines au réticulum endoplasmique • La protéine comprend une séquence signal. • Cette séquence signal est captée par la particule de reconnaissance du signal (PRS). • La PRS s’attache à son récepteur. • Le ribosome s’installe face à un complexe de translocation. • La séquence signal s’insinue dans le complexe. • La traduction se poursuit. • La séquence signal est amputée par la peptidase du signal. • Le polypeptide est libéré dans la lumière du réticulum. Protéines destinées à la membrane plasmique Les protéines destinées à la membrane plasmique, dans les membranes du réticulum, du golgi, des lysosomes : implantation dans la membrane du réticulum mais pas passage dans sa lumière. De la membrane du RE, elles suivent le chemin des protéines de sécrétion (RE, Golgi, membrane destinataire) G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Protéines destinées à la membrane plasmique G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Rôle du réticulum endoplasmique lisse synthèse lipidique - Rôle dans les remaniements des protéines de sécrétion et membranaires, - Rôle dans la synthèse des lipides membranaires (phospholipides, glycolipides, cholestérol). - Rôle dans la détoxication des médicaments et des drogues. Les lipides se forment contre les membranes existantes ( face cytosolique de la membrane du RE ). Transport des lipides du RE à leur destination par des vésicules ou par des protéines. REL est abondant dans les types cellulaires particulièrement actifs dans le métabolisme lipidique. (ex : cellules du testicule, du foie …) Transfert des protéines vers l’appareil de Golgi G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Appareil de Golgi Structure G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Appareil de Golgi Structure Saccules et vésicules Polarité : cis = face d’entrée Trans = face de sortie Vésicules de transport d’un compartiment à l’autre. Certaines citernes sont en communication par des tubules. Appareil de Golgi Zones de l’appareil de Golgi G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Appareil de Golgi Rôles Golgi = lieu de glycosylation des protéines Golgi = lieu de synthèse des glycolipides et de la sphingomyéline Golgi = lieu de tri et d’exportation des protéines Golgi = lieu d’emballage Appareil de Golgi Tri et exportation G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Appareil de Golgi Tri et exportation Sécrétion continue ou soumise à régulation (commande par un signal extérieur ex : hormones, neuromédiateurs ) Les Lysosomes : compartiment endocytaire Rosalie Fréchette, février 2004 Les lysosomes G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Rosalie Fréchette, février 2004 Les lysosomes Organite entouré d’une membrane, Organite contenant des enzymes de dégradation, Organite de forme et de densité variable. Lysosomes = système digestif de la cellule. Rosalie Fréchette, février 2004 Les Lysosomes Composition moléculaire Les lysosomes contiennent quelque 50 enzymes de dégradation différentes. Ces enzymes digèrent les protéines, l’ADN, l’ARN, les polysaccharides, les lipides. Enzymes lysosomiaux = hydrolases acides, actives à pH acide ( environ 5 ). Double protection contre une digestion accidentelle du cytosol : la membrane lysosomiale et le pH acide. ( pH du cytoplasme = 7,2) Rosalie Fréchette, février 2004 Les lysosomes Pompe à protons dans la membrane lysosomiale. (ATP ) G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Rosalie Fréchette, février 2004 Les Lysosomes Rôles : Digestion des substances capturées dans le milieu extérieur par endocytose. Digestion des substances phagocytées par certaines cellules spécialisées ( macrophages ) Autophagie : renouvellement des composants cellulaires . Rosalie Fréchette, février 2004 Les lysosomes Phagocytose et autophagie : G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Rosalie Fréchette, février 2004 Les lysosomes Formation du lysosome : Fusion d’une vésicule golgienne et d’un endosome. G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999Rosalie Fréchette, février 2004 Les Lysosomes Remarque : Maladies de surcharge lysosomiale ( mutations de gènes ) ; les déchets s’accumulent dans les cellules et empêchent le métabolisme cellulaire. Exemple : maladie de Gaucher. Rosalie Fréchette, février 2004 Mitochondries et peroxysomes : Bioénergétique et métabolisme Rosalie Fréchette, février 2004 Mitochondries et peroxysomes : Bioénergétique et métabolisme Ces organites sont destinés à produire de l’énergie métabolique : l’ATP. Cette énergie provient de la dégradation catabolique des lipides et des glucides. Leurs protéines de constitution proviennent de ribosomes libres. Rosalie Fréchette, février 2004 Les Mitochondries Fig 10.1 G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Rosalie Fréchette, février 2004 Les mitochondries Structure : Double membrane : membrane externe et membrane interne séparées par un espace intermembranaire. Matrice contenant le système génétique et les enzymes du métabolisme oxydatif. Rosalie Fréchette, février 2004 Les mitochondries Rôle : Production d’ATP par métabolisme oxydatif du glucose et des acides gras. 1ère étape dans le cytoplasme : glycolyse : glucose pyruvate 2ème étape dans la mitochondrie : oxydation du pyruvate en acétylCoA 3ème étape dans la mitochondrie : aétylCoA CO2 : cycle du citrate Rosalie Fréchette, février 2004 Les mitochondries Rôle : Fig 10.2 G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Rosalie Fréchette, février 2004 Les mitochondries Rôle : Membrane interne • site de formation de l’ATP : oxydation phosphorylante • site de maintien du gradient de protrons • barrière fonctionnelle Rosalie Fréchette, février 2004 Les mitochondries Système génétique mitochondrial : origine bactérienne endosymbiotique Fig syllabus Rosalie Fréchette, février 2004 Les Mitochondries : système génétique mitochondrial ADN refermé : Code un petit nombre de protéines ( 13 ) intervenant dans le système oxydatif phosphorylant et ARNr et ARNt. Fig 10.3 G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Rosalie Fréchette, février 2004 Les mitochondries Génome mitochondrial : Provient de l’ovule Mutations pathologies : Parkinson, Alzeimer ,… Remarque : Tableau 10.1 (p392) Rosalie Fréchette, février 2004 Les mitochondries Formation des mitochondries : Ces protéines naissent sur des ribosomes libres puis acheminées soit vers les membranes mitochondriales soit vers la matrice G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Rosalie Fréchette, février 2004 Figure 10.4 Les mitochondries Formation des mitochondries : Soit vers l’espace intermembranaire Figure 10.5 Rosalie Fréchette, février 2004 G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Les mitochondries Formation des mitochondries : Phospholipides des membranes mitochondriales proviennent du reticulum endoplasmique puis sont livrées aux mitochondries par des protéines porteuses. La mitochondrie transforme alors les phospholipides en cardiolipine contenant 4 chaînes d’acides gras. Rosalie Fréchette, février 2004 Les mitochondries Formation des mitochondries : Importation de protéines et assemblage de la mitochondrie. Gènes codant les protéines indispensables à la réplication et à l’expression de l’ADN mitochondrial se trouvent dans le noyau. Gènes codant les protéines de la phosphorylation oxydative et enzymes du métabolisme mitochondrial se trouvent dans le noyau. Rosalie Fréchette, février 2004 Peroxysomes Figure 10.24 G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Rosalie Fréchette, février 2004 Peroxysomes Structure : Minuscules organites bordés d’une membrane simple et contenant des enzymes du métabolisme fournisseur d’énergie. Pas de génome Multiplication par division Assemblage à partir de protéines formées sur des ribosomes libres. Rosalie Fréchette, février 2004 Peroxysomes Rôles du peroxysome : Siège de réactions d’oxydation donnant du peroxyde d’hydrogène, décomposé en H2O ou oxydant certains composés organiques. Biosynthèse des lipides. Synthèse des plasmalogènes, importants composants membranaires dans le cœur, le cerveau ; Rosalie Fréchette, février 2004 Peroxysomes Oxydation d’acides gras Figure 10.25 G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Rosalie Fréchette, février 2004 Peroxysomes Substrats dégradés par les peroxysomes : acide urique acides aminés acides gras Rosalie Fréchette, février 2004 Peroxysomes Assemblage du peroxysome Signal d’acheminement au peroxyme : Ser – Lys - Leu G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Rosalie Fréchette, février 2004 Figure 10.29
