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CHMI 2227F
Biochimie I
Expression des gènes
CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.
1
Nature des gènes

Les gènes sont des régions bien délimitées
de la molécule d’ADN

Les gènes sont des entités permanentes de
ton ADN;

Chacune des 100 trillion de cellules de ton
corps ([i.e. 10-15 cellules]) possède une copie
de la même molécule d’ADN, et donc du
même ensemble de gènes.

Les gènes ont pour fonction de “coder”
quelque chose:

L’ordre des nucléotides dans un gène (i.e. la
séquence en nucléotide du gène) signifie
quelque chose qui est propre à ce gène;

Par exemple: l’ordre des nucléotides dans le
gène de la myoglobine a toutes les informations
requises pour que la cellule puisse produire la
protéine myoglobine.
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Espèce
Humains
Drosophile
(Drosophila melanogaster)
Levure
(Saccharomyces cerevisiae)
Nématode
(Caenorhabditis elegans)
E. coli
Arabidopsis
(Arabidopsis thaliana)
Taille du
génome
Nombre
de gènes
2.9 milliard de
paires de bases
20,00025,000
120 million de
paires de bases
13,601
12 million de
paires de bases
6, 275
97 million de
paires de bases
19,000
4.1 million de
paires de bases
4,800
125 million de
paires de bases
25,000
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Nature des gènes

Mais: les chimpanzés,
les humains et même
certains vers ont le
MÊME NOMBRE DE
GÈNES…

Aussi: la majorité de
ces gènes sont
présents chez ces trois
espèces…

C’est quoi la %$#@ de
patente?
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Nature des gènes


Les gènes peuvent être
allumés ou éteints (i.e.
régulés):

De façon temporelle: p.ex.
pendant le développement;

De façon spatiale: p.ex.
allumé dans le cerveau/ éteint
dans le foie.
Différents gènes homéotiques
 La régulation des gènes
(Hox) (couleurs) sont allumés
dans le temps et l’espace
(exprimés) à un moment précise
est plus importante que le
lors du développement et mènent à
nombre de gènes.
la formation de structures
corporelles particulières.
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5
Qu’est-ce qui se passe lors que
l’expression des gènes est déréglée?

Les gènes homéotiques sont responsables de
la formation de parties du corps de tous les
animaux:



Antp (antennapedia) spécifie la formation des
pattes, des ailes et du thorax (mouche) / thorax
(humains)
Dfd (deformed) spécifie la formation de la tête
(mouche)/cou (humains)
Si le gène Antp est exprimé dans les mêmes
cellules que le gène Dfd, des pattes vont se
développer sur la tête de la mouche. C’est ce qui
se passe chez les mouches ayant la mutation
Antennapedia.
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Mouche
normale
Mutation
Antennapedia
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Le dogme central de la biologie
moléculaire
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Transcription: l’art d’allumer un
gène

Chaque gène est précédé d’un bout d’ADN appelé promoteur;

Dans chaque promoteur, on retrouve des séquences en nucléotides qui permettent le
recrutement d’un groupe particulier de protéines appelées facteurs de
transcription;

Ces facteurs de transcription ont pour fonction de recruter l’ARN polymérase, une
enzyme sont le rôle est de catalyser la synthèse d’une molécule d’ARN qui sera
complémentaire et antiparallèle à un des deux brins d’ADN du gène (i.e. le brin
gabarit).
Transcription
factors
Promoter
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Promoteurs

Deux séquences principales sont retrouvées dans les promoteurs
bactériens:

La boîte TATA (aka boîte Pribnow):




Centrée à 10 bp en 5’ du site d’initiation de la transcription (ce dernier est
identifié par le chiffre +1 dans l’exemple ci-dessous);
Lie directement l’ARN polymérase
Permet à l’ARN pol d’identifier le site d’initiation de la transcription
Boîte -35:



Centrée à 35 bp en 5’ du site d’initiation de la transcription
Lie directement l’ARN polymérase
Aide à stabiliser la liaison de l’ARN pol au promoteur
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Promoteurs

Des variations dans la séquence en
nucléotide du promoteur sont
responsables des changements dans
l’allumage de l’expression des gènes;
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Transcription
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Transcription
ARN messager
(ARNm) est
antiparallèle au brin
gabarit
(5’ 3’)
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Complémentarité
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Les ARNm des eucaryotes subissent
plusieurs étapes de maturation
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Les ARNm des eucaryotes subissent
plusieurs étapes de maturation

Chez les bactéries, l’ARNm est prêt à être
décodé en protéine (i.e. à être traduit) dès
que sa synthèse est terminée;

Chez les eucaryotes, l’ARNm doit être
modifié de plusieurs façon avant de pouvoir
être traduit en protéine:

Élimination des introns  épissage

Addition d’un nucléotide GTP au bout 5’ de
l’ARNm capping

Addition de 50-200 nucléotides adénosine
au bout 3’de l’ARNm polyadénylation

L’ARNm doit enfin être exporté hors du
noyau et vers le cytoplasme pour y être
traduit.
Introns: parties du gène qui est transcrite mais qui ne se retrouve pas dans l’ARNm.
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CHMI 2227dans
- E.R. Gauthier,
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Exons: partie du gène qui se retrouve
l’ARNm
après transcription.
Les ARNm sont traduits en
protéines

Pendant la traduction, la séquence en
nucléotide de l’ARNm est lue et décodée
en séquence en acides aminés.
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Traduction

Pour traduire un ARNm en protéine, il nous faut
les ingrédients suivants:
 Un gabarit d’ARNm
 Des acides aminés
 Un ARN de transfert (ARNt):
 Adaptateur entre l’ARNm et les acides aminés
 Se charge décrypter le code en nucléotide de l’ARNm en
une séquence en acides aminés.
 Ribosomes:
 organelles qui dirigent le processus de la traduction.
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ARN de transfert (ARNt)

Petites molécules d’ARN (entre 73 et 95
nucléotides de longueur);

Possèdent deux caractéristiques majeures:

Un bras accepteur : là où un acide aminé
spécifique est couplé directement à l’ARNt;

Le bras anticodon:



Possède une séquence de 3 nucléotides
particulière: l’anticodon
L’anticodon forme des paires de bases
complémentaires et antiparallèles avec une
séquence de 3 nucléotides de l’ARNm: le
codon;
Le code génétique est la relation entre la
séquence d’un codon et un acide aminé
spécifique.
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Le code génétique

Chaque ARNt est lié à un seul acide aminé qui lui
est spécifique;

La nature de cet acide aminé dépend de la
séquence de l’anticodon;

Comme l’anticodon de l’ARNt forme des paires de
bases avec le codon de l’ARNm, il existe une
correspondance entre la séquence du codon de
l’ARNm et l’acide aminé couplé à l’ARNt: cette
relation est ce qu’on appelle le CODE
GÉNÉTIQUE.
5’UGU3’

Ainsi, dans l’exemple de droite, le codon
code pour l’acide aminé Cys.

Le code génétique est universel (ben…à peu près
universel): la signification de chaque codon est la
même (ben…à peu près) peut importe l’organisme
étudié.
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3’
5’
A
U
5’
3’
mRNA
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Le code génétique
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Traduction

La traduction est le phénomène où le code de l’ARNm (i.e. la
séquence des codons) est décodée en une séquence en acides
aminés;

La traduction implique trois étapes principales:

Initiation: reconnaissance du point de départ de la traduction par le
ribosome et un ARNt spécial;

Élongation:




Liaison successive d’ARNt sur le ribosome;
formation d’un lien peptidique entre un acide aminé et la chaîne
polypeptidique en croissance;
Translocation du ribosome pour lire le codon suivant;
Terminaison:


Une parmi trois codons « stop » possibles atteint le ribosome
Le ribosome se dissocie, libérant l’ARNm et le polypeptide complété;
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Traduction - Initiation
fMET = N-formyl méthionine
Le codon d’initiation de la traduction est TOUJOURS AUG  Méthionine
http://biology.unm.edu/ccouncil/Biology_124/Images/RNAtranslation.jpeg
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Traduction - Élongation
Liaison peptidique: synthétisée par la « peptidyl transférase »,
une enzyme qui fait partie de la grosse sous-unité du ribosome
Translocation
http://biology.unm.edu/ccouncil/Biology_124/Images/RNAtranslation.jpeg
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Traduction - Terminaison
Trois codons « Stop » existent: UGA; UAA, UAG
http://biology.unm.edu/ccouncil/Biology_124/Images/RNAtranslation.jpeg
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Signal de l’environnement cellulaire (hormones, température, etc)
Fonction protéique
Changement du comportement
de la cellule
Modification de l’organisme
http://www.contexo.info/DNA_Basics/images/gene_expression.gif
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Adaptation
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