Chapitre 3 : L`expression du patrimoine génétique

Chapitre3:L’expressiondupatrimoinegénétique
L’ADNestunemoléculeinformative,elledétientl’ensembledesinformationsnécessairesau
fonctionnementcellulaire.Chezlesorganismeseucaryotesl’ADNestlocalisédanslenoyaudela
cellule.
L’hommepossèdeenviron25000gènes(fragmentsd’ADN)quiconduisentàlafabricationd’un
nombretrèsélevédeprotéines,moléculesàl’originedescaractèrescellulairesetdescaractères
d’uneespèce.
Problèmes:
• Quelestlerôleprécisdel’informationportéeparungène?
• Quelssontlesprocessuspermettantlepassaged’unemoléculed’ADNàlaséquenced’une
protéine?
• Commentexpliquerlenombreélevédeprotéinesproduitesparlescellules?
1. Lesprotéinessontlerésultatdel’expressiondesgènes.
Aprojeter:Document
Encomparant2gènes,lepremiercodantpourlaprotéinedumarqueurAdugroupesanguin,la2ème
codantpourlatyrosinase(protéineenzymatique)quisertdanslachaînedefabricationdema
mélanine.
Ilexistedenombreusesdifférences:paslesmêmesbases,lachaînenucléotidiquen’apaslamême
longueur(1061nucléotidespourl’allèleA,plusde1580pourlegènedelatyrosinase)
Ainsi,pour2gènesdifférents,onobtientbien2protéinesdifférentes.
Documentstructuredesprotéines
Lesprotéinessontdesmolécules
indispensablesàlastructureetau
fonctionnementdescellules.Uneprotéineest
constituéeparunouplusieurspolypeptides.
Chaquepolypeptideestunpolymèred’acides
aminés,c'est‐à‐direunemoléculeconstruite
parlarépétitiondepetitesmoléculesliées
entreelle,lesacidesaminés.
Ilexiste20acidesaminésdifférentspour
construiretouteslesprotéinesduvivant.Dans
unpolypeptide,lesacidesaminésréagissent
avecleursvoisins,cequiprovoqueunrepliementdelachainedansl’espace,lastructurespatiale
(tertiaire)delaprotéine.Laformespécifiquedelaprotéinedansl’espaceluiconfèreunefonction
particulière.
Desexpérienceshistoriquesontdémontréquec’estlaséquence
desnucléotidesdelamoléculed’ADN(ungène)quiimposela
séquencec'est‐à‐direl’ordredesacidesaminésquiconstituentla
protéine.Ils’agitduconceptungène,uneprotéine.
Schémadesynthèsedesconstituantsd’unecellule.
Lenoyaudechaquecellulerenfermelatotalitéduprogrammegénétiqued’unorganisme.
Dansunecellule,seuleunepartieduprogrammegénétiques’exprime,c’estcequiexpliquequeles
cellulessoientspécialisées.
Chezleseucaryotes,l’ADNestlocalisédanslenoyaucellulaire,orlasynthèsedesprotéines
s’effectuetoujoursdanslecytoplasme

Problèmes:Commentpasse‐t‐ondugèneàlaprotéine?
Quellecorrespondanceexiste‐t‐ilentrelaséquencedesnucléotidesd’ungèneetlaséquencedes
acidesaminés?
TP5:latranscription
2. Uneexpressionen2étapes.
Pourfabriqueruneprotéine,onobserve2étapesessentielles.
A.Latranscription.
Danslenoyausontfabriquésdescopiesdel’ADNdugènecodantpourlaprotéineàfabriquer,ce
sontlesARN.Cettemoléculeestuneintermédiairecapabledeporterl’informationgénétiquedu
noyauverslecytoplasme.
Cetteétapeestlatranscription.
• L’ARNestcomparableàl’ADN,ainsil’ARNestconstituéd’une
successiondenucléotidesde4typespossibles:A,C,GetU(seul
différenceavecl’ADNquipossèdeTetnonpasU,néanmoinsces2
basesontdespropriétéssimilaires,ainsiellesformenttoutesdeux
desliaisonsaveclabaseA).
• LesARNnepossèdentpaslemêmesucrequel’ADN,danslecasdel’ARNils’agitduribose.
• LesARNnepossèdentparcontrequ’unseulbrin,ilssontformésd’uneséquence
nucléotidiquecomplémentaired’unfragmentdel’ADN(cefragmentestlebrintranscritou
codant).
• LesARNsontbiensurbeaucouppluscourtsquel’ADNpuisqu’ilnereprésentequ’unecopie
d’unfragmentdel’ADN,ilsontuneduréedeviecourte.
• Toutl’ADNn’estpastranscritmaisseulementlaportioncorrespondantaugène.Une
moléculed’ARNmestspécifiqued’unseulgène.
Latranscriptionsedérouleen3étapes:
‐ ouverturedelamoléculed’ADNparrupturedesliaisonsH(cetteouvertureestponctuelleet
temporaire)
‐ synthèsedel’ARNmparcomplémentaritéaveclesbasesdubrind’ADNtranscrit(codant)
‐ libérationdel’ARNmetfermeturedel’ADN
Lamoléculed’ARNobtenueestenfaitunecopieconforme(thymineremplacéparuracile)del’autre
brindelamoléculed’ADN:brinnontranscrit.
Latranscriptiondel’ADNenARNmnécessitel’interventiond’uneenzyme:l’ARNpolymérase.
Projectionanimationflashsurlatranscription.
Engénéral,plusieursmoléculesd’ARNpolymérasetranscriventsimultanémentlemêmegène(ense
suivant)permettantainsideproduireplusieursARNmidentiques.Cecipermettradesynthétiserune
grandequantitédeprotéinesidentiques.C’estl’amplification.
Cf.Livrepage55doc4projeterschémad’interprétationdecettestructure.
Pourfinir,l’ARNsortdunoyaupardesporesnucléairesetseretrouvedanslecytoplasme.
Schémadesynthèseàcompléterparlesélèves.
Correctionsynthèsedel’ARNm
TP6lescaractéristiquesducodegénétique

B.Latraduction.
1.Lecodegénétique.
Lepassagedelaséquencedenucléotidesd’ARNmàlaséquencedesacidesaminésquiconstitueront
lepolypeptidedelaprotéinenécessiteunsystèmedecorrespondance:lecodegénétique.
C’estlacorrespondanceentreuneinformationécriteennucléotides(4:A,U,CetG)etunemolécule
forméeàpartirde20typesd’acidesaminés.
*Établissementhistoriqueducodegénétique:En1961,NirembergetMatthaeiontcherchéla
traductiondetouteslescombinaisonspossibleslorsdelatraduction.
Ainsi,c’estlaséquencede3nucléotidessuccessifsd’ARN(=tripletoucodon)quicodepourunacide
aminé.
Parmiles64codonspossibles(4×4×4=64):
‐61désignentunacideaminé.Orilexistedanslemondevivant20acidesaminésdifférents,donc
certainsacidesaminéssontdésignésparplusieurscodons:lecodegénétiqueestredondant.
‐uncodoninitielasynthèse(codonAUGcorrespondantàlaméthionine)
‐3codonscommandantl’arrêtdelasynthèsed’uneprotéineetappelés«codonsstop»ou«codons
nonsens»:UAA,UAG,UGA
Cettecorrespondanceestlamêmecheztouslesêtresvivants:lecodegénétiqueestuniversel
(possibilitédetransgénèseetthérapiegénique).
L’universalitéducodegénétiquerenforcel’idéed’uneévolutiondetouslesorganismesvivantsà
partird’unancêtrecommunapparutrèstôtdansl’histoiredelavievers4milliardsd’années.
L’utilisationconcrètedececodegénétiqueparlacellulealieudanslecytoplasme.Ellenécessitede
l’énergieetdenombreusesnouvellesmoléculesououtils
Cetteétapeestlasynthèsedesprotéines.
Problèmes:Parquelsmécanismestraduit‐onl’ARNmenprotéine?
Qu’est‐cequidécodelemessage?
2.Lemécanismedelatraduction.
*Questionsp59surlesdocuments1et3
‐Cesontlesribosomesquisynthétisentdesprotéinesàpartirdel’informationtransmiseparl’ARNm.
Lasynthèsed’uneprotéinesedérouleentroisétapes:
• L’initiationquisecaractériseparlamiseenplaced’unribosomeauniveaudupremier
codondel’ARNm(AUG)désignantlaméthionine.Ils’agitducodoninitiateur.
• L’élongationdupolypeptideparledéplacementduribosomesurl’ARNmet
incorporationd’unnouvelacideaminéaccrochéauprécédentparuneliaisonpeptidique.
• Laterminaisonprovoquéeparl’arrivéduribosomeauniveauducodonstopdel’ARNm
cequidéclenchelalibérationdelaprotéinepardissociationduribosome.
Chaquemoléculed’ARNmsertdematricepourlasynthèsedeplusieurspolypeptidesidentiquespuis
estdétruite(phénomèned’amplification).Cettesynthèsesimultanéeparplusieursribosomesd’un
ARNmformeunpolysomeobservableenmicroscopieauniveauducytoplasmedelacellule.
Projectionanimationflashsurlatraduction
Schémabilanàcompléteruneétaped’élongationsachantqueleribosomes’estdécaléd’uncodon.
C.Ledevenirdesprotéines
Lesprotéinescytoplasmiquessontsynthétiséesdirectementdanslecytoplasme;lesprotéines
membranairesoudestinéesàêtresécrétéessontsynthétiséescontreleréticulumendoplasmique.

Leréticulumendoplasmiqueformeunvasteréseaudetubulesmembranairesdanslesquelssont
transférées,encoursdesynthèse,lesprotéinesdestinéesàêtresécrétéesàl’extérieurdelacellule
ouàêtreinséréesdanslamembraneplasmique.LaplupartdesprotéinessynthétiséesdansleRE
sonttransportéesdansdesvésiculesversl’appareildegolgioùellesterminentleurmaturation.Elles
sontensuitetransportéesversleurdestinationpard’autresvésicules.
3. Lesmodificationsdel’ARNaprèslatranscription
A. Lemorcellementdugènedeseucaryotes
TP7:Maturationdel’ARNm
Enréalitélatranscriptiondel’ADNdanslenoyaudonnenaissanceàunARNpré‐messager,copie
fidèledugène.
Onappelleintronslesséquencesd'ADNtranscrites,puisexciséeslorsdelamaturationdel'ARNpm
(ARNprémessager).Lesséquencesd'ADNtranscritesenARNpmetconservéesdansl'ARNmaprès
excisionsontappeléesexons.
Ladécouverted'intronsetd'exonsdanslesgènesd'eucaryotesintroduitainsiunnouveauconceptde
gène:celuidegènemorcelé.
B. Conséquencedumorcellementdesgènes:l’épissagealternatif
UnmêmeARNpré‐messagerpeutsubirunematurationdifférente(unépissagealternatif)en
fonctiondedifférentsfacteurs,commeletypedecelluleoulemomentoùlegènes’exprime.Cet
épissagealternatifreposesurdescombinaisonsdifférentesdesexonsutiliséslorsdelamiseen
placed’unARNm.
ExempledelaCGRPetdelacalcitoninecf.TP5
Onestimequeplusde40%desgèneshumainssontl'objetd'unépissagealternatif:ceciconfèreau
génomeunepossibilitédesynthèsedeprotéinesbiensupérieureaunombredegènes.C'estceque
nousconstateronspourexpliquerlagrandevariétédesanticorpsquel'organismeestcapablede
produire,euégardaux30à40000gènesdugénomehumain.
Exercicesiletempsoujusteàmontrer:DocumentboucleADN‐Correction
Schémabilan
Conclusion:Laséquencedesnucléotidesd’unemoléculed’ADNreprésenteune
information.Lecodegénétiqueestlesystèmedecorrespondancemisenjeulorsdela
traductiondecetteinformation.Àquelquesexceptionsprès,ilestcommunàtouslesêtres
vivants.
Lesportionscodantesdel’ADNcomportentl’informationnécessaireàlasynthèsede
chaînesprotéiquesissuesdel’assemblaged’acidesaminés.
Chezleseucaryotes,latranscriptionestlafabrication,danslenoyau,d’unemoléculed’ARN
pré‐messager,complémentairedubrincodantdel’ADN.Aprèsuneéventuellematuration,
l’ARNmessageresttraduitenprotéinesdanslecytoplasme.
UnmêmeARNpré‐messagerpeutsubir,suivantlecontexte,desmaturationsdifférenteset
doncêtreàl’originedeplusieursprotéinesdifférentes.