Information génétique et synthèse protéique

INFORMATION GENETIQUE ET
SYNTHESE PROTEIQUE
I. LE SUPPORT DE L’INFORMATION GENETIQUE
L’information génétique détermine la fonction des cellules qui dépend du type de
protéines qu’elle contient. Le support de l’information génétique est l’ADN.
L’ADN est composé de deux chaînes nucléotidiques complémentaires entre elles.
Il y a quatre types de nucléotides : Adénine, Guanine, Cytosine, Thymine.
L’information génétique qui détermine la synthèse d’une protéine est portée par le
gène (portion d’ADN caractéristique d’un type de protéine). L’ADN est constitué
d’un très grand nombre de gènes. Le gène est formé d’une séquence de nucléotides.
Cette séquence est un code qui détermine la séquence des acides aminés qu’il
faudra associer pour former la protéine. Le codage d’un acide aminé se fait par une
séquence de trois nucléotides, ce que l’on appelle le « mot de code ». Avec 4
nucléotides différents, il y a 64 mots de code possibles. Parmi ces 64 mots de code
possibles, seuls 61 serviront au codage des acides aminés, les 3 autres correspondant
à des mots de terminaison qui indiquent la fin d’un gène.
Dans la nature, il existe une vingtaine d’acides aminés différents, cela signifie donc
qu’un acide aminé peut être déterminé par plusieurs mots de code. Quel que soit le
type de cellule vivante (musculaire, nerveuse, …), on trouvera le même type de
codage.

ORGANISATION DES GENES DE L’ADN
Gène A
mot de terminaison
Gène B
mot de code
ACG – TAA – … – GTA – CTG – ACT – GTA – TCC – … – ACG – CCA – ATT
Cys – Ileu – … – His – Asp
His – Arg – … – Cys – Gly
Protéine A
Protéine B
Sur les chaînes d’ADN, en dehors des gènes, on trouve des séquences de nucléotides
qui vont servir aux régulations des synthèses de protéines.
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II. LA SYNTHESE PROTEIQUE
Cette synthèse protéique se fait en deux étapes car l’ADN ne peut pas traverser
l’enveloppe nucléaire, or les protéines sont synthétisées dans le cytoplasme de la
cellule :
- La transcription de l’ADN se déroule dans le noyau de la cellule. Cette étape
permet de copier l’information portée par le gène sur une chaîne d’ARN,
l’ARNm. Cet ARNm pourra passer dans le cytoplasme afin que la deuxième étape
de la synthèse protéique puisse se faire.
- La deuxième étape correspond à la traduction de l’ARNm en protéine.
A. TRANSCRIPTION DE L’ADN
L’ARN, contrairement à l’ADN, ne contient qu’une seule chaîne de nucléotides, le
sucre est le ribose et la Thymine est remplacée par l’Uracile.
L’ARN est formé dans le noyau à partir de nucléotides triphosphates (ils
possèdent deux groupements phosphates supplémentaires par rapport aux nucléotides
qui forment l’ADN). Ces nucléotides triphosphates sont formés dans le noyau de la
cellule à partir de nucléotides et de phosphates inorganiques.
La transcription de l’ADN nécessite également la mise en jeu d’une enzyme, l’ARN
polymérase. Cette enzyme devient active quand elle se fixe sur une séquence
particulière de nucléotides qui se trouve en début de gène et que l’on appelle le
promoteur ou encore le gène opérateur. La fixation de l’enzyme sur le gène
opérateur va modifier la forme de l’ADN. Cette modification aboutit à l’ouverture
de la double chaîne d’ADN.
Par l’ouverture de cette double chaîne, les bases du gène sont accessibles et les
nucléotides triphosphates vont venir se placer en face de ces bases par
complémentarité structurale.
Ces nucléotides triphosphates étant mis en place, l’ARN polymérase va
progressivement se déplacer pour relier les différents nucléotides triphosphates entre
eux, ce qui permettra de terminer la chaîne d’ARNm. Quand les nucléotides
triphosphates s’associent, les groupements phosphates supplémentaires se détachent
et libèrent l’énergie nécessaire pour former les liaisons entre les nucléotides. En fin
de chaîne, l’ARN polymérase rencontre un mot de terminaison et elle se détache donc
de l’ADN qui reprend sa forme initiale.
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–T–A–C–G–T–G–C–C–A–T–…–G–A–C–A–A–C–G–C–
–A–T–G–C–A–C–G–G–T–A–…–C–T–G–T–T–G–C–G–
promoteur
séquence de terminaison
------------ Gène à transcrire ------------ARN polymérase
A–T–…–G
–T–A–C–G
A–A–C–G–C–
–A–T–G–C–A–C–G–G–T–A–…–C–T–G–T–T–G–C–G–
ARN polymérase
U G C
C A U
… G A C A
P
P
P
P
P
P
P
P P
P
P
P
P
P
P
P
P
P P
P
–A–T–G–C–A–C–G–G–T–A–…–C–T–G–T–T–G–C–G–
U–G–C–C–A–U–…–G–A–C–A
ARN
polymérase
P–P
P–P P–P
P–P P–P
P–P
P
P
P
P
P
P
P–P
Au niveau de l’ARNm, on retrouve des séquences de trois nucléotides qui sont des
codons.

MATURATION DE L’ARN
On trouve des portions inutiles, les introns et des portions utiles, les exons. La phase
de maturation sélectionne les portions utiles.
A la suite de la phase de maturation, les ARNm restent volumineux (pour une
protéine de 100 acides aminés, il faut 300 nucléotides).
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Exon
Intron
Exon
Intron
Exon
Intron
Exon
Intron
Gène d’ADN
Transcription
ARNm
Maturation
ARNm traité
enveloppe nucléaire
pore nucléaire
ARNm traité dans le cytoplasme
B. TRADUCTION DE L’ARNm
La traduction de l’ARNm en protéine se passe dans le cytoplasme.
Pour effectuer cette étape, on a besoin de deux éléments différents : le ribosome et
l’ARN de transfert (ARNt).
1. LE RIBOSOME
Le ribosome est le lieu de synthèse des protéines. Ce sont de petits granules
(environ 20nm de diamètre) que l’on retrouve soit sous forme libre dans le
cytoplasme, soit lié à la surface du Réticulum Endoplasmique.
Dans une cellule, le nombre de ribosomes dépend de son niveau d’activité (en phase
de croissance, la densité en ribosomes est plus importante).
Les ribosomes sont formés par un type d’ARN particulier, l’ARN ribosomique, et
aussi par environ 70 molécules protéiques différentes. Ces protéines sont notamment
des enzymes qui serviront à la traduction de l’ARNm.
Le ribosome est subdivisé en deux parties qui enveloppent l’extrémité gauche de la
chaîne d’ARNm quand celui-ci arrive dans le cytoplasme. La traduction sera permise
par le déplacement progressif du ribosome vers la droite de la chaîne.
 Schéma du ribosome
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2. L’ARN DE TRANSFERT
L’ARNt permet de traduire les codons en acides aminés et de les associer entre eux
par des liaisons peptidiques.
L’ARNt est le plus petit des ARN (environ 80 nucléotides). Il a la forme d’un trèfle
dont chaque boucle porte un codon particulier.
 Schéma d’un ARNt
AAx
Reconnaissance et
activation de l’aminoacyl
ARNt synthétase
correspondante
Fixation sur le ribosome
Anticodon
ARNm
La deuxième boucle comporte un anticodon complémentaire de l’ARNm.
Il existe une vingtaine d’ARNt différents qui portent un anticodon spécifique à un
acide aminé.
Au niveau des anticodons de l’ARNt, on trouve des bases particulières qui peuvent
être complémentaires de plusieurs bases d’ARNm. C’est le cas de l’Iosine qui peut se
lier par complémentarité à l’Adénine, à l’Uracile ou à la Cytosine. Cet anticodon peut
donc s’associer à trois codons différents qui codent pour le même acide aminé.
Il existe une vingtaine d’enzymes qui font partie des enzymes du ribosome, et
chacune de ces enzymes est spécifique pour la fixation d’un seul acide aminé sur son
ARNt correspondant.
3. ASSEMBLAGE DES PROTEINES
La première étape est le déclenchement, processus complexe qui implique les
protéines du ribosome et l’ARN ribosomial. C’est un mécanisme qui a pour but
d’identifier le codon initiateur porté par l’ARNm. C’est l’étape la plus lente de la
synthèse protéique ; sa vitesse peut être modifiée en jouant sur l’activité des protéines
ribosomiales.
La deuxième étape est la lecture de la chaîne d’ARNm. Cette lecture s’effectue
toujours de gauche à droite ; on commence la synthèse de la protéine par l’acide
aminé qui est situé à l’extrémité amine libre.
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 Schéma de l’assemblage des protéines
Le ribosome possède deux sites de fixation pour l’ARNt. Ces ARNt viennent se
placer face à leurs codons complémentaires. L’acide aminé porté par le premier
ARNt le plus à gauche va se fixer sur l’acide aminé porté par le second ARNt. Il y a
ensuite formation d’une liaison peptidique. Une fois la liaison peptidique formée,
le ribosome se déplace d’un codon vers la droite. Le premier site du ribosome porte
l’ARNt sur lequel est fixé le dipeptide. Sur le second site vient se placer un ARNt
spécifique au troisième codon. Cet ARNt porte lui-même un acide aminé. Et ainsi de
suite… On obtient donc une vitesse d’assemblage de 2 à 3 acides aminés fixés par
seconde. Quand le ribosome atteint le codon terminal, la chaîne polypeptidique se
détache et elle se retrouve soit libre dans le cytoplasme, soit dans le Réticulum
Endoplasmique si le ribosome était lié à ce dernier.
Cette synthèse protéique nécessite beaucoup d’énergie : il faut environ 28 Kcal.
pour former une liaison peptidique. La chaîne d’ARNm peut être utilisée plusieurs
fois pour former plusieurs molécules d’une même protéine. C’est pour cela que dans
la cellule on peut trouver des polyribosomes, c’est-à-dire que quand un ribosome
s’éloigne de l’extrémité gauche de l’ARNm, un second ribosome peut se placer pour
commencer une nouvelle traduction de cet ARNm. Sur une même chaîne d’ARNm,
on peut trouver jusqu’à 70 ribosomes (les ribosomes les plus à droite portent bien sûr
les chaînes polypeptidiques les plus longues).
 Schéma de polyribosomes
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Une fois formée, cette chaîne polypeptidique peut subir des modifications. Par
exemple, elle peut être formée sous une forme inactive et au moment où cela est
nécessaire, elle est activée. Cette activation se fait le plus souvent par
phosphorylation. La forme de la molécule change et celle-ci devient inactive.
Par ailleurs, ces chaînes initiales peuvent être coupées en plusieurs parties, ce qui
veut dire qu’à partir d’un même gène, on peut avoir la synthèse de plusieurs
protéines, protéines qui auront des fonctions différentes mais complémentaires. Par
exemple, cela peut être un transporteur membranaire du glucose et en même temps
l’enzyme qui permet de dégrader le glucose.
L’ARNm n’est pas éternel ; il est détruit par des enzymes du cytoplasme, ce qui
interrompt la synthèse de la protéine. Pour réguler la synthèse protéique, il faut jouer
sur la transcription de l’ADN, c’est-à-dire activer ou inactiver la synthèse d’ARNm.
III. REGULATION DE LA SYNTHESE DES PROTEINES
On régule la synthèse protéique pour assurer uniquement les besoins de la cellule.
Pour réguler cette synthèse protéique, on contrôle la transcription de l’ADN en
ARNm. Deux mécanismes sont connus : mécanisme d’induction et mécanisme de
répression. Dans le cas de l’induction, c’est un substrat qui va activer la transcription
d’un gène. Pour la répression, c’est un composé qui inactive ou inhibe la
transcription d’un gène.
 Schéma de la répression
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 Schéma de l’induction
On considère ce qu’on appelle l’opéron l’ensemble formé par le gène opérateur, qui
est le site de fixation de l’ARN polymérase, et par le gène structural, qui sert
réellement pour la synthèse de l’ARNm.
Au niveau de l’ADN, on peut trouver des gènes répresseurs qui sont à la base de la
synthèse d’une protéine dite répressive. Si cette protéine répressive est active, elle se
place devant le gène opérateur qui devient donc inaccessible pour l’ARN polymérase.
Elle bloque donc la transcription du gène. Ensuite le jeu des inducteurs et des
répresseurs est de rendre active ou inactive cette protéine répressive.
Dans le cas de la répression, le répresseur active la protéine répressive qui bloque le
gène opérateur ; l’ARN polymérase ne peut pas se fixer, ce qui empêche la synthèse
protéique.
Dans le cas de l’induction, l’inducteur inhibe la protéine répressive, c’est-à-dire la
rend inactive. Le gène opérateur est donc libre ; il peut donc y avoir transcription du
gène et donc synthèse protéique.
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RESUME DU COURS
:
support info. génétiq = ADN : 2 chaînes nucléotidiqs complémentaires (A-T ; C-G).
Gène (=port d’ADN) détermine synthèse d’1 protéine.
1 m gène existe sous  allèles. individu possède 2 allèles id.  homozygote.
‘’   hétérozygote.
pour 1 individu hétérozygote, l’allèle peut ê dominant (il s’exprime) ou récessif.
Mot de code = séquence de 3 nucléotides codant pour 1 a.a. (mots de terminaison 
fin d’1 gène).
ARN : 1seule chaîne de nucléotides (A-U ; C-G) ; sucre = ribose.
Synthèse protéiq en 3 étapes car ADN ne peut pas traverser enveloppe nucléaire.
- transcript de l’ADN en ARNm (ds noyau) : ARN polymérase se fixe sur gène
promoteur (voisin du gène à transcrire), ouvre double hélice d’ADN par rupture
des liaisons hydrogènes entre les bases, lit mots de code & associe nucléotides
libres.
- maturat de l’ARN = épissage (ds noyau) : sélect des ports utiles = exons
(éliminat des introns).
- traduct de l’ARNm en protéine (ds cytoplasme) : 1ere étape = déclenchemt =
identificat du codon initiateur. Puis l’ARNt amène son a.a. (lié par 1 enzyme =
aminoacyl-ARNt synthétase) en face de son codon (grâce à la spécificité de son
anticodon) ; le ribosome se déplace de codon en codon (vers la droite) et « traduit
le code » ; les a.a. s’associent par des liaisons peptidiqs.
Après traduc, les protéines adoptent leur conformat propre grâce aux protéines
chaperons. Elles peuvent ensuite subir des modifs.
Régulat synthèse protéiq par 1 contrôle de la transcript de l’ADN : mécanismes
d’induct (activat) & de répress (inhibit).
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