TH1A Chapitre 2 : L’expression du patrimoine génétique Les gènes sont des portions de l’ADN contenu dans le noyau des cellules. Ils constituent l'information génétique à partir de la quelle les protéines vont être produites. I/ La transcription dans le noyau ◦ L’ARNm, intermédiaire indispensable L’ADN, grosse molécule formée de deux chaînes de nucléotides complémentaires reste toujours dans le noyau. Une petite molécule formée d’une chaine de nucléotides peut être localisée au niveau du noyau et du cytoplasme : l’ARN messager. Il migre du noyau vers le cytoplasme en passant par les pores nucléaires. Il constitue le vecteur de l’information génétique. L’ARNm est une copie de l’information contenue dans l’ADN, plus exactement d’une portion de l’ADN correspondant à un gène : il est obtenu par la transcription puis éventuellement une étape de maturation. La séquence des nucléotides qui compose l’ARNm est complémentaire de la partie codante du brin transcrit de l’ADN du gène correspondant. Remarque : Un nucléotide correspond à un sucre + une base azotée + acide phosphorique. Il y a 4 types de bases (Adénine, Guanine, Cytosine et Uracile) caractérisant les 4 types de nucléotides de l’ARNm : l’uracile remplace la thymine de l’ADN et le sucre ribose remplace le désoxyribose de l’ADN) ◦ Le mécanisme de la transcription La transcription de l'ADN en ARNm nécessite une enzyme : l’ARN polymérase. Celle-ci : 1. se fixe au début du gène et écarte temporairement les deux brins d’ADN, 2. met en place par complémentarité un nucléotide dans l’ARN pré messager face à un nucléotide du brin de l'ADN servant de matrice (brin transcrit ou brin matrice), 3. établit une liaison covalente entre le nouveau nucléotide et les nucléotides déjà intégrés dans l'ARNprém. en formation. 4. se déplace le long de l'ADN et répète les étapes 2 et 3. 5. se détache quand elle atteint la fin du gène permettant la réassociation des deux brins d’ADN et la libération de l'ARNprém La séquence des nucléotides qui compose l’ARNprém est complémentaire du brin transcrit de l’ADN du gène correspondant. NB :Plusieurs ARN polymérases transcrivent simultanément le même gène : il y a une amplification qui permet de répondre rapidement aux besoins de la cellule. Ces copies sortent du noyau au niveau des pores nucléaires. II/ La maturation de l'ARN pré-messager dans le noyau L'ARN pré-messager obtenu peut subir des modifications pendant l'étape de maturation. C'est l'épissage pendant lequel les parties non codantes, et certaines parties codantes sont éliminées de l'ARN. Cette étape permet de rendre l'ARN fonctionnel. L'ARN messager obtenu par maturation de l'ARN pré-messager peut en conséquence être différent selon le contexte cellulaire. Les messages portés par les différents ARNm obtenus seront donc différents. Quoiqu'il en soit l'ARNm finit par sortir du noyau et c'est dans le cytoplasme que va avoir lieu l'étape suivante : la traduction. III/ La traduction dans le cytoplasme L’information portée par l’ARNm est codée par la séquence des nucléotides (A, U, C, G) qui la constitue. Il faut alors passer de cette séquence nucléotidique à une séquence en acides aminés. 1/ Le code génétique Les nucléotides constituants l’ADN sont lus 3 par 3. Chaque triplet est alors appelé codon. Chaque codon ne code que pour un seul des 20 acides aminés existants. Le code génétique est : Universel : tous les êtres vivants possèdent le même ( sauf quelques exceptions). Non ambiguë : à un codon correspond un seul et unique acide aminé. Cette correspondance est connue et on peut aujourd'hui déterminer la séquence en acides aminés en connaissant la séquence de l'ARNm ou du gène. Redondant : à un acide aminé peuvent correspondre plusieurs codons (64 possibilités de codons, et seulement 20 acides aminés). De plus : Le codon AUG initie la synthèse protéique. 3 triplets (UAA, UAG, UGA) ne codent pour aucun acide aminé. Ces triplets « non-sens » indiquent, lors de la traduction, la fin de la protéine. Ils sont ainsi nommés « codon STOP » 2/ Les acteurs de la traduction Les ribosomes sont de petites particules cytoplasmiques constituées : d’une petite sous unité représentant le site de lecture de l’ARNm, d’une grosse sous unité à rôle enzymatique, comportant un site actif permettant de catalyser l’établissement des liaisons peptidiques entre acides aminés. 3/ Le mécanisme de la traduction La synthèse d’une protéine se déroule en trois étapes : initiation = début de lecture au niveau d’un codon AUG. Le ribosome incorpore un premier acide aminé. élongation = déplacement du ribosome au codon suivant, sur l’ARNm. Le codon suivant est lu entraînant l'arrivée d'un nouvel acide aminé. Celui-ci se fixe à la chaîne protéique naissante par une liaison peptidique avec l’acide aminé précédent. Cette étape se poursuit jusqu'à la rencontre d'un codon stop. terminaison = arrivée du ribosome sur le codon « stop » ou non-sens auquel aucun acide aminé ne correspond. Le nouveau polypeptide formé est libéré. NB : L’ARNm est traduit simultanément par plusieurs ribosomes (polysomes) : il y a amplification de la production de protéines. II/ GENES ET PHENOTYPE 1/ Les différents allèles d’un gène a/ Caractère monogénique Un caractère monogénique dépend d’un seul gène : le phénotype correspondant est donc le résultat de l’expression d’un seul gène. Chaque gène est situé sur un chromosome précis. Chaque chromosome est présent en double exemplaire donc il y a présence de deux allèles de chaque gène dans la cellule. Chacun occupe le même emplacement ou locus sur chaque chromosome d’une paire Les deux allèles d’un gène peuvent être identiques : on dit que l’individu est homozygote ; ou différents : l’individu est alors hétérozygote. Dans ce cas : Au niveau macroscopique : Si le phénotype ne correspond qu’à un seul des deux allèles présents, on parle d’allèle dominant et l’allèle non exprimé est qualifié de récessif. Si le phénotype est un mélange de l’expression des deux allèles on parle de codominance de ces deux allèles. Au niveau moléculaire par contre, les deux allèles codent toujours chacun pour son polypeptide correspondant mais l’un des deux peut ne pas avoir d’influence sur le phénotype macroscopique (récessif). Dans le cas d’un allèle dominant un même phénotype peut correspondre à deux génotypes différents : Exemple : La drépanocytose Pour le gène codant pour la chaîne bêta de l’ Hb, sur la paire de chromosomes n°11, on a deux allèles - L’allèle A qui code pour la chaîne bêta normale - L’allèle S qui code pour la chaîne bêta anormale provoquant la drépanocytose On a trois possibilités au niveau du génotype : Individu hétérozygote A//S Individu homozygote A//A Individu homozygote S//S Il ne correspond que deux phénotypes possibles à ces trois génotypes, dans les conditions normales d’oxygénation : Génotype Phénotype Homozygote A//A Hétérozygote A//S Homozygote S//S [A] [A] [S] Dans ces conditions normales d’oxygénation, l’allèle A est donc dominant et l’allèle S récessif. b/ Polyallélisme et phénotype Presque tous les gènes existent dans la population sous la forme de plusieurs allèles. On parle de poly allélisme ou de gène polymorphe (ex groupes sanguin avec trois versions d’un allèle : A, B, O). Ce polymorphisme du gène peut conduire à des phénotypes divers (ou polymorphisme phénotypique) car les polypeptides codés par ces multiples allèles peuvent avoir des propriétés différentes. NB : Dans certains cas les différentes séquences nucléotidiques n’ont pas de conséquence sur l’activité des polypeptides = polymorphisme neutre. 2/ Le phénotype dépend souvent de plusieurs gènes (multigéniques ou polygéniques) Un phénotype macroscopique donné (caractère macroscopique) résulte de processus biologiques gouvernés par l'expression de plusieurs gènes. Chacune des protéines correspondantes est nécessaire à l'établissement du phénotype. La mutation de l'un seulement de ces gènes peut donc altérer ce phénotype. Un même phénotype macroscopique peut donc correspondre à plusieurs génotypes. Ex. l’albinisme dû à l’absence de mélanine : [albinos] si tyr-//tyrou myosine Va -//myosine Va-
