theme 1 – a expression, stabilite et variation du patrimoine genetique

THEME 1 – A
EXPRESSION, STABILITE ET VARIATION DU
PATRIMOINE GENETIQUE
CHAPITRE 3
L’EXPRESSION DU PATRIMOINE GENETIQUE
I.
LA RELATION GENES-PROTEINES
Les protéines interviennent dans le fonctionnement d’une cellule, certaines dans la structure
cellulaire, d’autres sont des hormones ou bien des enzymes qui catalysent une réaction chimique.
Une enzyme (macromolécule protéinique)
Exemple de réactions biochimiques catalysées par des enzymes.
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La synthèse du tryptophane (acide aminé) nécessite l’intervention de trois enzymes (protéines) qui
interviennent successivement.
Précurseurs dans le
Acide anthranilique
milieu
Enzyme 1
Enzyme 2
Chapitre 3 Expression du patrimoine génétique
Indole
Tryptophane
Enzyme 3
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Influence d’agents mutagènes sur la synthèse du tryptophane
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Interpréter les résultats
Les rayons X sont mutagènes. Ils provoquent des lésions sur l’ADN.
Après exposition aux rayons X, des Neurospora capables de se développer sur milieu minimum
sont devenues incapables de le faire, souche 1, 2 et 3.
Mais pour des raisons différentes.
La souche 1 est capable de se développer si on lui fournit de l’acide anthranilique.
La souche 2 est capable de se développer si on lui fournit de l’indole.
La souche 3 est capable de se développer si on lui fournit du tryptophane.
Conclure
Il y a donc eu trois lésions différentes de l’ADN qui ont eu pour conséquence l’absence d’action
des enzymes impliquées dans la synthèse du tryptophane.
Enzyme 1 pour la souche 1
Au moins enzyme 2 pour la souche 2
Au moins enzyme 3 pour la souche 3
Une portion d’ADN conditionne l’action d’une enzyme.
Un gène détermine la production d’une protéine.
II.
LES MODALITES DE L’EXPRESSION D’UN GENE
L’ADN est un polymère de nucléotides (groupement phosphate + désoxyribose + base azotée). Il
existe quatre nucléotides différents qui diffèrent par leur base azotée : adénine, cytosine, guanine,
thymine.
Les protéines sont des macromolécules, polymères d’acides aminés. Il existe 20 acides aminés
différents : tryptophane, lysine, méthionine, leucine, etc.
Où s’effectue la synthèse des protéines ?
Des cellules animales sont cultivées in vitro dans un milieu approprié contenant notamment des
molécules d’un acide aminé radioactif, la leucine. On localise, par autoradiographie, la synthèse des
protéines.
Par cette technique, les protéines sont repérables sous forme de grains noirs en raison de leur
capacité à impressionner une émulsion photographique. Cette capacité est liée à la présence de l’acide
aminé radioactif.
Chapitre 3 Expression du patrimoine génétique
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Le noyau des cellules E a été enlevé quelques minutes avant l’ajout de la leucine radioactive. Les
cellules N possèdent leur noyau.
L’autoradiographie des cellules E et N révèle que la synthèse des protéines s’effectue dans le
cytoplasme et qu’elle est possible chez des cellules récemment énuclées. Ce dernier résultat suggère
l’existence d’un intermédiaire entre l’ADN localisé dans le noyau et la protéine synthétisée dans le
cytoplasme.
L’ADN et les protéines étant des polymères il semble logique de chercher un intermédiaire qui
soit lui aussi un polymère et qui soit capable de passer du noyau au cytoplasme.
L’ARN (Acide RiboNucléique) est un polymère de nucléotide comme l’ADN mais il possède
quelques différences avec lui :



C’est une molécule monocaténaire
Il possède une base azotée différente par rapport à l’ADN : adénine, cytosine, guanine et
URACILE à la place de la thymine
Le sucre est le ribose à la place du désoxyribose
L’ARN peut-il passer du noyau au cytoplasme ?
Une cellule a été cultivée pendant 10 minutes (seulement) en présence d’un précurseur
radioactif spécifique de l’ARN, l’Uracile tritiée. Puis elle est placée dans un milieu de culture avec des
précurseurs de l’ARN non radioactifs pendant 10 minutes. Elle ensuite tuée. Le cliché A représente une
autoradiographie de cette cellule.
Chaque tache noire repère les endroits
où se trouve l’ARN ayant incorporé
l’Uracile radioactif. La tâche grise au
centre est celle du noyau.
Cliché A
Chapitre 3 Expression du patrimoine génétique
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Interpréter ce résultat
Au bout de 20 minutes le précurseur de l’ARN est passé du milieu de culture dans le noyau.
Une cellule semblable à la précédente est cultivée pendant 10 minutes avec de l’uracile radioactif
puis cultivée pendant une heure et demi sur un milieu contenant des précurseurs non radioactifs. Le
cliché B est l’autoradiographie de cette cellule.
Cliché B
Interpréter ce résultat
Au bout d’une heure et demi l’ARN a quitté le noyau et se trouve maintenant dans le cytoplasme.
Conclure
L’ARN est une molécule qui passe du noyau au cytoplasme.
Il peut donc transférer l’information génétique contenue sur l’ADN vers le cytoplasme où
s’effectue la synthèse des protéines.
Cet ARN est appelé l’ARNmessager.
III.
LA SYNTHESE DE L’ARN
Comment l’information est transférée de l’ADN à l’ARN ?
Synthèse de l’ARNmessager au contact de l’ADN
Chapitre 3 Expression du patrimoine génétique
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Schéma d’interprétation
Les détails de la synthèse de l’ARN




IV.
Cette synthèse est appelée la transcription.
Elle est catalysée une enzyme l’ARNpolymérase qui ouvre la double hélice de la molécule
d’ADN.
Les nucléotides mis en place sur la molécule d’ARN sont complémentaires des nucléotides de
l’ADN. A↔U, C↔G, G↔C, T↔A.
L’information contenue sur un seul brin est transférée.
Plusieurs molécules d’ARN sont synthétisées à partir du même gène. Il y a amplification de
l’information
LE DEVENIR DE L’ARN
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Chapitre 3 Expression du patrimoine génétique
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Interpréter ce document
La séquence des bases azotées de l’ARN n’est pas exactement complémentaire avec la séquence
de bases azotées du brin d’ADN ayant servi de matrice. L’ARN est plus court que le brin d’ADN
transcrit.
Certaines parties de l’ARN synthétisé ont disparu (les introns). Les parties conservées
correspondent aux exons.
Conclure
Après sa synthèse l’ARN subit une maturation par épissage avant d’être exporté dans le
cytoplasme
Il peut exister un épissage alternatif. Certains exons peuvent aussi être éliminés. Un même ARN
pré-messager peut donc être à l’origine de plusieurs ARNm matures différents.
V.
LA SYNTHESE DES PROTEINES
Le transfert de l’information de l’ADN à l’ARN repose sur la complémentarité des bases azotées.
A une base azotée de l’ADN correspond une base azotée de l’ARN.
Qu’en est-il lors du transfert de l’information de l’ARN (polymère de nucléotides) à la protéine
(polymère d’acides aminés).
Il n’y a que quatre bases azotées pour vingt acides aminés. La correspondance ne peut pas faire
correspondre une base azotée de l’ARN à un acide aminé.
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A  aa1
C  aa2
G  aa3
U  aa4
4 possibilités
AA  aa1
AC  aa2
AG  aa3
AU  aa4
CA  aa5
CC  aa6
etc.
16 possibilités
Chapitre 3 Expression du patrimoine génétique
AAA  aa1
AAC  aa2
AAG  aa3
AAU  aa4 etc.
64 possibilités
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Le code génétique permettant de faire correspondre un polymère de nucléotide à un polymère
d’acides aminés fait correspondre une séquence de trois nucléotides de l’ARN à un acide aminé. Une
séquence de trois nucléotides constitue un codon.
Il y a 64 codons donc des codons différents correspondent à un même acide aminé. Il existe
également un codon initiateur qui indique le début de la synthèse de la protéine et des codons stop
indiquant la fin de la synthèse.
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Schéma d’interprétation
Le ribosome se positionne au niveau du codon initiateur et se déplace le long de l’ARNm. Au
cours de ce déplacement il ajoute à la chaine polypeptidique l’acide aminé correspondant au codon lu.
Cette synthèse des protéines est appelée la traduction.
Chapitre 3 Expression du patrimoine génétique
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