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IV. – EXPRESSION DE L’INFOPRMATION GENETIQUE : SYNTHESE DES PROTEINES
La synthèse est l’opération fondamentale de la vie cellulaire car elle conditionne toutes les autres synthèses.
La molécule d’ADN est organisée en gènes appelés gènes de structure.
Un gène de structure est formé par une séquence de nucléotides capable de diriger la synthèse d’une protéine responsable d’un
caractère héréditaire. Exemple : gène responsable de la couleur de la peau.
1.-Les acteurs ou les outils de la synthèse des protéines
a.- L’ARN messager = ARNm
C’est un acide nucléique visible dans le noyau au niveau des nucléoles , de la molécule d’ADN et dans le cytoplasme au niveau des
ribosomes.
L’ARNm contient l’information codée issue de la molécule d’ADN.
a.1.- Structure de l’ARNm
C’est une molécule simple formée d’une seule chaîne de nucléotides organisées en triplets appelés codons. La chaîne est dite
monocaténaire.
Un codon de l’ARNm code pour un acide aminé déterminé sauf trois codons appelés non sens ou codons stop qui sont UAA, UGA,
UAG.
Exemple : d’ ARNm : A U G A A A G G C C C A U U A G A C
codon
initiateur
UGA
codon
stop
On a une chaîne simple formée de 21 nucléotides.
Nombre de codons = 21/3 = 7 codons
a.2.- Composition de l’ARNm
Chaque nucléotide de l’ ARNm est aussi formée de trois molécules simples : un acide minéral, l’acide phosphorique H3PO4 , un sucre
à 5 atomes de carbone le ribose C5H10O5 ,une base azotée Adénine,ou Uracile,ou Cytosine,ou Guanine , la Thymine de l’ADN est
remplacée par l’Uracile .
Les 4 sortes
P-S-A nucléotide à Adenine
de nucléotides
P-S-U
-« à Uracile
de l’ARN
P-S-G
-«à Guanine
P-S-C
-«à Cytosyne
a.3- rôle de l’ARNm :
Il transporte le message venant de l’ADN pour l’amener au niveau des ribosomes dans le cytoplasme
b.- ARN de transfert :ARN-t
b.1- structure
C’est une molécule simple formée de nucléotides, mais repliée en boucle et possédant deux extrémités :
- une extrémité transportant un acide aminé
- une autre extrémité où se trouve un triplet de nucléotides appelés anticodon (complémentaire d’un codon de l’ARNm)
b.2-rôle de l’ARN-t
Ce sont les molécules d’ARN-t qui servent d’intermédiaire entre l’ARNm et les acides aminés libres dans le cytoplasme : pour cela
chaque ARN-t transporte un acide aminé qui correspond à un codon de l’ARNm au cours de la synthèse. Les ARN-t sont appelés
molécules adaptatrices. (ARN-t spécifique pour chaque acide aminé)
c.- ARN ribosomique :ARN-r
- Il est associé à des protéines pour former un ribosome
- Les ribosomes sont des outils de lecture de l’information codée de l’ ARNm, c’est-à-dire usine de fabrication des
protéines
d.- Les enzymes spécifiques
La synthèse des protéines fait intervenir des enzymes comme ARN polymérase ou ADN polymérase et de l’énergie sous forme
d’A.T.P issue des mitochondries
2.- La synthèse des protéines :
Elle comprend deux étapes : la transcription et la traduction
a.- la transcription
Définition :
C’est la copie d’une séquence d’un brin d’ ADN en une séquence complémentaire constituant le brin d’ ARNm.
Mécanisme de la transcription :
Sous l’action de l’enzyme ARN polymérase et de l’énergie sous forme d’ATP, la molécule d’ADN s’ouvre au niveau d’une
petite portion par rupture des liaisons hydrogènes entre les bases complémentaires.
Remarques: - l’ouverture se fait au niveau d’un gène de structure (oeil de réplication )
- après le départ de l’ARNm formé, la molécule d’ADN se referme
b.- la traduction
Définitions :
- C’est la lecture du message codé de l’ARNm par un ribosome et qui traduit chaque codon en acide aminé dont l’ensemble forme
une protéine.
- C’est la transformation d’un message contenu dans l’ARNm en une chaîne polypeptidique ou protéine.
Mécanisme :
- Migration : ARNm formé se détache de l’ADN, migre dans le cytoplasme à travers un pore nucléaire
:
et sera fixé :
-soit par les ribosomes du réticulum rugueux,
- soit par un polysome (ensemble de ribosomes dans le cytoplasme)
La traduction comprend trois étapes : Initiation, élongation, terminaison
- Initiation : La lecture de l’ARNm commence toujours par la lecture du codon initiateur AUG qui, code toujours pour la
méthionine un acide aminé toujours en début de toute chaîne protéique à synthétiser.
Pour cela,il y a la mise en place dans le ribosome ,de l’ARN-t qui transporte la méthionine,en face du codon AUG de l’ARNm
L’anticodon de l’ARN-t est complémentaire d’un codon de l’ARNm.
- Elongation : Un deuxième ARN-t avec son acide aminé se place en face du deuxième codon. Une liaison peptidique se forme
entre la méthionine et cet acide aminé, puis tout de suite après l’ ARN-t de la méthionine est libérée. Le ribosome se déplace d’un
codon puis un autre ARN-t avec son acide aminé se place en face du troisième codon .Une liaison peptidique se forme également
entre le deuxième acide aminé et le troisième, puis l’ARN-t du deuxième acide aminé est libéré .Le ribosome se déplace dans le même
sens et ainsi de suite ,Le même phénomène se répète jusqu’à la rencontre d’un codon stop au niveau du quel la lecture s’arrête.
- Terminaison : La lecture de l’ ARNm s’arrête quand le ribosome rencontre un codon stop ou codon non sens ou codon
terminateur.
Remarques : - la lecture du message ne peut reprendre qu’au niveau codon initiateur
- d’autres ribosomes peuvent intervenir de la même façon en vue de la synthèse de la même protéine .La synthèse
d’une protéine s’arrête lorsque la quantité de protéines considérées est satisfaisante pour la cellule,
- la séquence des acides aminés le long de la chaîne protéique correspond obligatoirement à la séquence des codons de
l’ADN génique.
L’après synthèse : - Les deux sous unités du ribosome se dissocient.
- La protéine synthétisée est transportée par le réticulum endoplasmique pour être stockée par la suite dans
l’appareil de Golgi.
-Les ARN-t et ARNm sont dégradés et les nucléotides libérés retournent dans le nucléoplasme.
C’est le code génétique qui a permis la lecture de l’ARN-m par le ribosome.
Le code génétique est le système de correspondance utilisé par la cellule pour traduire en une séquence d’acides aminés l’information
portée par l’ARN-m sous forme de codons.
Schémas résumés de la biosynthèse des protéines
Tableau du code génetique
1ère lettre
(extrémité 5’)
U
U
UUU phénylalanine
UUC
(Phe)
UUA leucine
UUG
(Leu)
C
UCU
UCC
UCA
UCG
G
A
UAU
UAC
tyrosine
(Tyr)
UGU
UGC
cystéine
(Cys)
UAA
UAG
non
sens
UGA non sens
UGG tryptophane(try)
sérine (Ser)
3ème
lettre
U
C
A
G
C
A
CUU
CUC
CUA
CUG
leucine(Leu)
AUU isoleucine
AUC
AUA
(lle)
CCU
CCC
CCA
CCG
CAU
CAC
histidine
(His)
CAA
CAG
ACU
ACC
ACA thréonine (Thr)
ACG
GUU
GUC
GUA
GUG
valine (val)
GCU
GCC
GCA
GCG
GAU acide
GAC aspartique(Asp)
AAU
AAC
aspargine
(Asn)
AGU
AGC
sérine
(Ser)
AAA
AAG
lysine
(Lys)
AGA arginine
AGG
(Arg)
proline (Pro)
AUG méthionine
G
arginine (Arg)
glutamine
(Glu)
CGU
CGC
CGA
CGG
alanine (Ala)
GAA acide
GAG glutamique
(Glu)
GGU
GGC
GGA
GGG
glycine(Gly)
U
C
A
G
U
C
A
G
U
C
A
G
a.-Définition
C’est la modification de la séquence des nucléotides lors de la réplication semi conservative où il peut y avoir des erreurs de mise en
place des nucléotides des brins nouvellement formés dans les deux molécules filles.
Les mutations peuvent être héréditaires si elles affectent les cellules de la lignée germinale.
D’autres mutations ne sont pas transmises de génération en génération quand elles touchent les cellules da la lignée somatique.
b.- Les différentes sortes de mutation
b.1- Mutation par substitution ou remplacement :
Dans cette mutation, une base ou un nucléotide est remplacé par un autre.
b.2- Mutation par délétion :
C’est une perte ou suppression d’un ou plusieurs nucléotides de la chaîne d’ADN.
b.3- Mutation par addition ou insertion :
On ajoute, ou on intègre un ou plusieurs nucléotides dans la chaîne d’ADN.
b.4- Mutation par inversion
Le codon de l’ADN est inversé ou retourné
Tableau des types de mutations
c.- Conséquences des mutations :
Suivant la nature de la mutation les conséquences sont plus ou moins importantes :
- la mutation peut être sans effet si le codon muté est transformé en codon qui a la même signification que le codon de
départ : mutation silencieuse,
- par contre si la mutation a crée un codon qui code pour un autre acide aminé ou devenu un codon stop, la protéine
formée peut devenir infonctionnelle et peut entraîner des déficiences de certaines fonctions,
- dans le cas d’une délétion ou d’une insertion, le cadre de la lecture de l’ARNm par le ribosome est décalé et la
protéine obtenue peut être totalement différente de la protéine initiale, ce qui entraîne une fonction différente des deux
protéines