aminés codons
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Génétique moléculaire Caractères spécifiques = présence de l’activité d’une ou de plusieurs protéines. Phénotype influencé par : -Environnement -Génotype : monogénie ou polygénie (additive ou épistasie) Phénotype = Protéines = MACROMOLECULES OU POLYMERES Monomère = acide aminé 20 radicaux différents Avec 100 AA (des 20 sortes), on peut obtenir 20100 protéines différentes Avec n AA (des 20 sortes différentes), on peut obtenir 20n chaînes protéiques différentes Conformations possibles de la protéine : Protéines fibreuses Protéines globulaires Acides nucléiques • Découverts en 1870 • Début des années 1940, naissance de la biologie moléculaire (rencontre entre biochimie et génétique) • 1953, Watson et Crick proposent le modèle de L’ADN : 1° séquence des bases = support de l’information génétique 2° Changements de bases = mutations 3° ½ chaine d’ADN peut servir de matrice pour former une nouvelle chaine • Deux catégories : Acide désoxyribonucléique (ADN ou DNA en anglais) Acide ribonucléique (ARN ou RNA) • Macromolécules = suite d’unités de bases : les nucléotides constitués de 3 composants : une base cyclique azotée un groupement phosphate PO4-3 un sucre à 5 atomes de carbone (pentoses) : ribose (C5H10O5) désoxyribose (C5H10O4) Sucre = ribose Bases = adénine uracile cytosine guanine Sucre = désoxyribose Bases = adénine thymine cytosine guanine ADN • désoxyribose •deux bases puriques : adénine (A) et guanine (G) •deux bases pyrimidiques : cytosine ( C) et thymine (T) •des phosphates Structure de l’ADN Schéma de Watson et Crick (1953) •Deux chaînes monocaténaires reliées par des ponts H = structure bicaténaire •Plusieurs centaines de µm = milliers de nucléotides •Structure antiparallèle : l’une des chaîne est orientée 5’ 3’ et l’autre 3’ 5’ Rôles de l’ADN Expérience d’Avery, Mac Leod et Mac Carty (1944): • Addition d’ADN purifié d’une souche bactérienne 1 à une souche 2 différente • La souche 2 acquiert des propriétés caractéristiques de la souche 1 ADN porte l’information génétique stockée dans la longue chaîne linéaire de nucléotides (A,T,C,G) Nombre de séquences d’ADN possibles pour n nucléotides = 4 n ARN Uracile remplace thymine Ribose remplace désoxyribose Rubans monocaténaires Comparaison entre ARN et ADN Compléter page 34 : • Liaison qui permet aux deux brins d’ADN d’être reliés ensemble : … liaison hydrogène • Sucre des désoxyribonucléotides : … désoxyribose • Séquence d’ADN qui porte l’information codant pour la synthèse d’une protéine : … gène • Ensemble formé par un sucre, une base azotée et un acide phosphorique : … nucléotide • Macromolécule localisée dans le noyau qui détient l’information génétique : … ADN • Elles sont portées latéralement par une molécule de désoxyribose : … bases azotées • Ils alternent entre les molécules de sucre : … ions phosphate • Compléter la portion d'ADN suivante : 5’ ────────────────────────────────────3’ = brin non lu A TG C T G G A T T C G T A G ─────────────────────────────────── 5’ ────────────────────────────────────3’ = brin non lu A TG C T G G A T T C G T A G T A C G A C C T A A G C A T C 3’ ───────────────────────────────────5’= brin lu Réplication de l’ADN • Représenter le résultat de la réplication de cet ADN en indiquant les nouveaux brins en vert et les anciens en bleu. 5’ ───────────────────────3’ = brin non lu A TG C T G G A T T C G T A G T A C G A C C T A A G C A T C 3’ ──────────────────────────5’= brin lu 5’ ───────────────────────3’ = brin non lu A TG C T G G A T T C G T A G T A C G A C C T A A G C A T C 3’ ──────────────────────────5’= brin lu • Préciser pourquoi on dit que la duplication de l’ADN s’effectue selon le mode semi-conservatif. A partir d’une molécule-mère, on obtient 2 molécules-filles strictement identiques. Chacune est formée d’un brin d’origine et d’un nouveau brin. Chaque nouvelle molécule contient donc la moitié de l’information d’origine. Comment une cellule peut-elle traduire sous forme de protéines les informations génétiques stockées dans l’ADN? Dans une cellule eucaryote : ADN dans NOYAU Or synthèse protéines dans CYTOPLASME ! ADN = matrice pour synthèse ARN messager (ARNm) (processus semblable à réplication de l’ADN) ARNm = matrice pour synthèse protéines ADN Protéines macromolécules = enchaînement linéaire dans un ordre précis de molécules élémentaires Désoxyribonucléotides Acides aminés • Dans le noyau CODE GENETIQUE • Dans le cytoplasme Langage : 4 types de ribonucléotides (A,U,C,G) - 20 acides aminés différents . Si 1 nucléotide = 1 acide aminé codage de 4 acides aminés. Si 2 nucléotides = 1 acide aminé codage de 16 acides aminés (42) Si 3 nucléotides = 1 acide aminé codage de 64 acides aminés (43) Donc code de 3 nucléotides formant un CODON ou TRIPLET Codons de l’ARNm Redondance = plusieurs codons codent pour le même AA Codon d’initiation et codons de terminaison Mécanisme de la synthèse des protéines TRANSCRIPTION TRADUCTION ADN ARNm protéines - de structure - enzymes 1. TRANSCRIPTION • Représenter le résultat de la transcription de l’ADN. 5’ ─────────────────────────────3’ = brin non lu A TG C T G G A T T C G T A G T A C G A C C T A A G C A T C 3’ ─────────────────────────────5’= brin lu ARNm : 5’ – A U G C U G G A U U C G U A G – 3’ 2. TRADUCTION LES 3 ACTEURS DE LA TRADUCTION : 1° ARNm 2° ribosomes 3° ARN de transfert (ARNt) Les 3 rôles de l’ARN : • ARNm code l’information génétique • ARNt décode la séquence des bases de l’ARNm • ARN ribosomique assemble les ARNm et ARNt 2. TRADUCTION Lecture d’un même ARNm simultanément par plusieurs ribosomes amplifier la lecture 2° Citer la localisation et le nom de l’étape de l’expression génétique qui utilise le code génétique. Traduction 3° Citer les différentes phases rencontrées. Initiation – Elongation – Terminaison 4° Pourquoi le code génétique est-il qualifié de redondant ? Car plusieurs codons codent pour le même acide aminé 5° Réaliser la synthèse du peptide correspondant au gène page 35 en dessinant les différentes étapes en vous inspirant du modèle suivant) …5’… …3’… A T G C T G G A T T C G T A G T A C G A C C T A A G C A T C …3’… … 5’… •ARNm correspondant : • 5’- A U G C U G G A U U C G U A G – 3’ •peptide obtenu : (Méthionine) – leucine – acide aspartique – sérine- (stop) A partir de cet ADN, prévoir les conséquences des mutations suivantes : 1°substitution cytosine, base 6 brin lu ADN, par thymine. a) ADN muté… …5’… … 3’… A T G C T A G A T T C G T A G T A C G A T C T A A G C A T C …3’… …5’… b) ARNm correspondant : 5’- A U G C U A G A U U C G U A G – 3’ c) peptide obtenu : (Méthionine) – leucine – acide aspartique – sérine-(stop) Mutation muette ou silencieuse 2° substitution guanine, base 4 brin lu ADN, par cytosine. ADN muté …5’… …3’… …3’… A T G G T G G A T T C G T A G T A C C A C C T A A G C A T C …5’… •ARNm correspondant : 5’- A U G G U G G A U U C G U A G – 3’ •peptide obtenu : (Méthionine) –Valine– acide aspartique – sérine- (stop) Mutation effective : 1 AA inexact 3° Inversion des paires de désoxyribonucléotides 7,8,9. ADN muté… …5’… … 3’… A T G C T G T A G TC G T A G T A C G A C AT C A G C A T C …3’… …5’… ARNm correspondant : 5’- A U G C U G U A G U C G U A G – 3’ peptide obtenu : (Méthionine) – leucine – (stop) Mutation effective : arrêt prématuré de la lecture 4° Délétion 5ème couple de désoxyribonucléotides. ADN muté… …5’… … 3’… A T G C G G A T TC G T A G T A C G C CA T A A G C A T C …3’… …5’… ARNm correspondant : 5’- A U G C G G A U U C G U A G – 3’ peptide obtenu : (Méthionine) – arginine - isoleucine –arginine … Mutation effective : autre séquence protéique + absence de codon stop Replacer le terme correspondant aux différentes définitions : Inversion substitution insertion X X X X X La régulation de l’expression des gènes chez les eucaryotes. Tous les gènes ne sont pas exprimés continuellement dans les cellules : action d’activateurs ou de répresseurs. Dans tous les organismes eucaryotes, tous les gènes ne sont pas exprimés en même temps dans toutes les cellules, certains sont activés (allumés), d’autres sont inactivés (éteints). activation différentielle = fonctions des cellules. Exemples de gènes allumés : Exemples de gènes éteints : Cellule procaryote : exemple de l’opéron lactose Lorsque l’on ajoute du lactose au milieu de culture d’Escherichia Coli, ces bactéries produisent rapidement les enzymes nécessaires à la décomposition de ce glucide. Lorsque le lactose dans le milieu est épuisé, les bactéries produisent d’autres enzymes permettant d’utiliser d’autres sources d’énergie du milieu. Le lactose induit la transcription du gène codant pour l’enzyme de dégradation, le lactose est un … inducteur Ces enzymes sont codées par des gènes qui sont regroupés et transcrits sous forme d’un seul ARNm, ils forment un opéron …… L’…opéronlac est contrôlé par une protéine intracellulaire qui agit comme un interrupteur « off » et empêche la transcription, c’est… un répresseur En présence de lactose dans le milieu, le répresseur est …inactivé , les gènes codant les enzymes de dégradation sont alors…exprimés Certaines protéines agissent plutôt comme des interrupteurs « on » et permettent la transcription : ce sont des activateurs … En présence de certains acides aminés, la synthèse des enzymes nécessaires à leur production est réprimée. Cet acide aminé est un …corépresseurs A l’aide d’un raisonnement logique, déduire l’influence des mutations sur la synthèse d’enzymes. 2 Induction enzymatique : le lactose induit sa dégradation Répression enzymatique : le tryptophane réprime sa synthèse ADN muté : 3’- GACCCCAG-5’ ARNm : 5’- CUGGGGUC-3’ Peptide : leucine - glycine La lecture est décalée et tous les AA traduits après la délétion sont différents A la suite d’une substitution, seul un codon est modifié et donc un seul AA est différents Chez les Eucaryotes : gène morcelé • Exons : exprimés (1-7) • Introns non exprimés (A-G) Transcription en deux étapes : • Transcription complète = ARNprémessager • Maturation = Excision des transcrits d’introns + Epissage des exons soudés bout à bout = ARNm ARNm quitte noyau Traduction dans cytoplasme Si Hb correcte : Hématie correcte Si Hb incorrecte : Hématie déformée = drépanocytose (substitution d’un AA par un autre) Quelques notions de génie génétique ou manipulations génétiques ou biotechnologie ou recombinaison génétique volontaire = introduire gène étranger •soit dans cellule Procaryote → obtenir de façon industrielle une substance intéressante du point de vue thérapeutique •soit dans cellule Eucaryote → corriger maladie génétique. Eucaryote = donneur du gène (ex: insuline) Procaryote recombiné Extraction ADN soit directe soit par reconstruction à partir d’ARN Synthèse d’insuline humaine Quelques applications du génie génétique •Dans le domaine de la santé : insuline, hormones, vaccins, ...), diagnostic, … •Dans le domaine agro-alimentaire : organismes transgéniques ou OGM. - plantes résistantes aux parasites, aux herbicides, au gel, ..., - animaux : transférer à des moutons des gènes codant pour des protéines humaines à intérêt pharmaceutique (lait enrichi en facteur de croissance, …). Transfert gène croissance humaine à souris (Institut pasteur Paris) Transfert d’un gène de croissance rapide de la truite à la carpe (Université Maryland USA) Le clonage •Le clonage végétal (nuit des temps) -techniques in vitro pour créer et cloner des variétés de Végétaux -= produire individus entiers à partir de morceaux de tissus prélevés sur la plante mère. Le clonage d'animaux (plus récent – 1950 amphibiens) - 1996 naissance de la brebis Dolly. Depuis lors de nombreuses espèces animales ont été clonées. En ce qui concerne le clonage humain, il faut faire une distinction entre le clonage thérapeutique et le clonage reproductif. Le clonage thérapeutique a pour but d’obtenir des cellules embryonnaire d’un individu afin de corriger des tissus ou des organes malades sans phénomène de rejet. Le clonage reproductif permettrait de reproduire à l’identique un individu. ! problème de bioéthique Quelques notions de thérapie génique • thérapie génique somatique = •introduire dans tissu présentant une anomalie génétique identifiée, des gènes intacts permettant aux cellules du tissu de métaboliser à nouveau correctement •on ne touche pas aux cellules reproductrices donc pas de modifications héréditaires. • maladie peut resurgir dans générations suivantes.
