Le Code Génétique

Le Code Génétique
1952 :
Dounce
Premier concept vrai
• Le problème (1952-1960)
4 nucléotides  20 AA ?
• Les acides aminés viennent-ils
s'assembler sur l'ADN ?
• Le cytoplasme contient de l'ARN
• Les acides aminés s'assemblentils sur l'ARN(m) ?
Non car les AA hydrophobes ne
peuvent interagir avec les
nucléotides
• Donc il existe un intermédiaire
ARN et AA
Théorie adaptateur F. Crick
ARN de transfert
• ARN ribosomal = ARN messager ?
Polycopié page 4 et 5
Correspondance entre AN et
AA : les ≠ hypothèses
4 nucléotides
20 AA
1 NUCL ≠ (41 = 4)
2 NUCL ≠ (42 = 16)
3 NUCL  (43 = 64)
GAMOW
ATG
AAA
AAT
CCT
GGT
TTG
CTG
CCC
AAG
CCG
GGC
TTC
ACT
GGG
AAC
CCA
GGA
TTA
AGC
TTT
20 possibilités pour combiner
4 nucléotides pris 3 par 3 dans
lesquelles l'ordre n'intervient pas
 pas de codon stop
 pas de codon d'initiation
Pour la solution proposée, ATG par exemple,
code un acide aminé quelque soit l'ordre des 3
nucléotides (ATG, TAG, AGT, GAT, GTA, TGA
codent le même acide aminé ou bien les
permutations ne sont pas codantes)
Cette idée de correspondance entre les 20
possibilités et les 20 acides aminés différents
retint l'attention des scientifiques pendant
quelque temps.
Toutefois cette solution n'était étayée par
aucune expérience permettant d'attribuer tel
codon à tel acide aminé, et surtout on n'avait
pas, dans ce modèle, de codons pour la fin et
le début du message.
Le code est-il chevauchant ?
ATG
GCC
CCC
3 AA
ATG
TGG
GGC
4 AA
CCC
On a pensé que la 2ème
solution était la bonne
 Liaisons entre AA plus facile
car plus proches
Si
GCA
ALA
CAA
GLN
ou
CAG
GLN
ou
CAC
ASP
ou
CAU
HIS
1 AA ne peut être suivi que par un
autre choisi parmi 4 au
maximum  Faux
Preuve d'un code à 3 nucléotides
Crick
Sauvage
ACT ACT ACT ACT ACT ACT ACT ACT

 
Mutant (-)
ACT ACA CTA CTA CTA CTA CTA CT

Protéine non fonctionnelle
Mutant (--)
3 Délétions
ACT ACA CAC TAC TAC TAC TAC

ACT ACA CAC
Protéine non fonctionnelle
ACT ACT ACT ACT
Mutant(---)
 sauvage
Partie mutée
Partie normale restaurée
 : perte d'un AA pour 3 nucléotides délétés
La fonction de la protéine était restituée
Expérience de Nirenberg
• Ochoa et M. Grunberg-Manago
nNDP
(NMP)n + Pi
Polynucléotide phosphorylase
NDP = 5' Nucléotide Di P
• Nirenberg
n(UDP)
(UMP)n + n
P
pp
U U U U U U U U U = Poly U
UUUUUUUUU
+ extrait cellulaire chauffé
 Destruction des mARN
endogènes par Rnases
+ 20 expériences avec
1 nouvel AA radioactif dans chaque cas
Incubation 37°C quelques minutes
TCA
Filtre
Précipité sur le filtre
Radioactivité sur le filtre pour PHE
Donc U U U = PHE
P. Leder et Nirenberg
ARNt
+ AA radioactif
Anticodon
On remplace le mRNA par un trinucléotide
codon artificiel
+ ribosomes
Si liaison
sur le filtre
Khorana
(U U A C)n  UUA CUU ACU UAC...
UUA CUU ACU UAC
LEU
LEU
THR TYR
Le code est dégénéré
Codon d'initiation
AUG Eucaryotes
Chez E. Coli
AUG
GUG (aussi valine)
Codons terminaison
UAG
UAA
UGA
pas de tRNA spécifique
+ de tRNA que d'acides aminés
Mais 45 tRNA
Pour 61 combinaisons  20 AA
Conclusion : Chaque acide aminé peut
être chargé par plusieurs tRNA
Expérience de Chapeville
tRNA (cystéine)
+
cystéine
cys – t RNA
cyst
Anticodon
GCG
UGU
ARNm
ALA
cyst
réduction
G CG
ALA
G
G
C
Ala – tRNA cys
G
C
U
G
G
U
5'
3'
 G
C
U  mRNA
C
G
I
RNAt
ALA
 G
C
C 
C
G
I
ALA
Un tRNA chargé se comporte selon la
nature de son codon
Théorie du Wobble 1966 Crick
• Il n'existe pas 61 tRNA
• Mise en évidence inosine
• Flexibilité sur la 3ème lettre du codon
permet de se lier à plusieurs anticodons
3ème lettre
codon
(3')
Anticodon
Correspondant
5'
A
G
U
G
C
U
A
U
C
G
U
C
A
I
Tous les codons ne sont pas utilisés à la
même fréquence pour un même AA
Protéines ribosomales
13 AUU
ILE
51 AUC
0 AUA
taux d'utilisation
des codons
Aucune explication de nature
stéréochimique / physico-chimique
n'est à l'heure actuelle satisfaisante
pour rendre compte de la
reconnaissance d'un acide aminé par
l'anticodon (codon) correspondant
Interactions AA - a.nucléiques sont
indiscutables
Cl. Hélène : AA peut se fixer sur un
acide nucléique sans autre molécule
pour l'y aider
 critique de la conception "clefserrure"
Théorie du choix arbitraire
L. Orgel
ARN : Pu Py Pu Py Pu Py...
Ce type d'ADN est mieux répliqué que :
Pu Pu Pu Pu Py Py Py
code actuel
(Pu Py Pu)n  AA hydrophobes
(Py Pu Py) n  AA hydrophiles
 feuillet plissé b
 "vieilles protéines"
Les théories de l'origine
du code génétique
• Théorie (s) stéréochimique(s)
Affinité entre codon – AA
anticodon - AA
GAA  GLU ?
Bouche anticodon  AA ?
On ne connaît pas la structure
des tRNA primitifs
Utilisation du code
Si un mRNA est
UUC CGG UGG CCG GCU CUU
5'
3'
Le code peut être utilisé avec le code ARN
Si on a le code sous forme d'ADN il suffit
de remplacer U par T
Démonstration :
Faire le brin 3' vers 5'

Puis le brin 5' vers 3'

  mRNA (U est remplacé par T)
5' TTC CGG TGG CCG GCT CTT 3'
3' AAG GCC ACC GGC CGA GAA 5‘
5' UUC CGG
UGG CCG GCU CUU 3'
UUC = TTC  PHE