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Domaine : Science de la nature et de la vie Spécialité : Nutrition et contrôle

Domaine : Science de la nature et de la vie Spécialité : Nutrition et contrôle de qualité Année : Master 1 Exposé sur les opérons Réalisé par : Boukhenoufa Soraya Khouidmi Zahra Kidouche Maroua Sommaire Introduction...........................................................................................................................................3 Historique :...........................................................................................................................................4 Chapitre I : Les opérons.....................................................................................................................4 Définition.........................................................................................................................................4 Quelques définitions.....................................................................................................................4 Les types des opérons :...............................................................................................................5 Figure 1 : Structure d’un opéron simple.................................................................................................4 Les différences entre l'induction et la répression:.....................................................................5 Chapitre II : La régulation de l’expression des gènes chez les procaryotes................................6 Au niveau transcriptionnel :..........................................................................................................6 Figure 2 : Un tableau récapitulatif des différences entre l’induction et la répression............................6  A-Régulation de l’expression des gènes impliqués dans les voies cataboliques...6 Figure 3 : Fonctionnement de l'opéron lactose en absence de lactose..................................................7 Figure 4 : Fonctionnement de l'opéron lactose en présence de lactose................................................7 Figure 5 : Contrôle de l’expression de l’opéron lactose en absence de Glucose....................................8  B-Régulation de l’expression des gènes impliqués dans les voies anaboliques...9 Figure 6 : Contrôle de l’expression de l’opéron lactose en présence de Glucose...................................8 Figure 7 : Tableau récapitulatif de l’expression d’opéron lactose en présence et en absence de glucose...................................................................................................................................................9 Figure 8 : Structure d’un simple opéron tryptophane............................................................................9 Figure 9 : L’expression des gènes en absence de tryptophane.............................................................10 Figure 10 : L’expression des gènes en présence de tryptophane.........................................................10 Au niveau traductionnel..............................................................................................................10  La dominance en cis et en trans :................................................................................10  Avantages de la régulation génique:...........................................................................11 Figure 11 : Exemple de dominance en trans........................................................................................11 Figure 12 : Exemple de dominance en cis.............................................................................................11 Conclusion..........................................................................................................................................12 Références bibliographiques............................................................................................................13 2 Introduction La régulation de l’expression des gènes est cruciale pour la survie des organismes. Chaque étape doit être régulée, depuis les gènes jusqu'à la formation des protéines. Les mécanismes de régulation sont différents entre les procaryotes et les eucaryotes. Les gènes impliqués dans ce processus métabolique sont souvent groupés sur le chromosome et organisés en unité de transcription appelée opéron. 3 Historique : Les opérons ont été décrits la première fois par Paul Chauvin et Jacques Monod en 1960. Un des cas les plus célèbres est l'opéron lactose, que l'on trouve par exemple chez la bactérie Escherichia coli. Plus tard, un certain nombre de ces opérons ont été découverts, par exemple, trp -operon, ara -operon, his - operon, vol -operon. Chapitre I : Les opérons 1-Définition L’opéron est un ensemble de gènes transcrits sous le contrôle d'un gène opérateur. Plus spécifiquement, un opéron est un segment d'ADN contenant des gènes adjacents comprenant des gènes structurels, un gène opérateur, un gène promoteur, un gène régulateur un répresseur et un inducteur. Les gènes opérateurs, promoteurs et régulateurs constituent la région régulatrice. Un opéron est donc une unité fonctionnelle de transcription et de régulation génétique. Il se trouve dans de nombreux organismes procaryotes (bactéries, virus et certaines algues) et rare chez les eucaryotes. 2-Quelques définitions Activateur: protéine qui stimule l’initiation de la transcription favorise l’expression d’un gène. Répresseur : protéine qui inhibe la transcription et empêche l’expression d’un gène. Opérateur : site cible de la protéine répresseur (souvent proche du site d’initiation de la transcription) 4 Figure 1 : Structure d’un opéron Promoteur : une région non transcrite de l’ADN qui permet la fixation de l’ARN polymérase. Gène de structure : code une protéine structurale, une enzyme ou une protéine régulatrice Gène de régulation : code une protéine impliquée dans la régulation d’expression d’autre gène. Aporépresseur: c'est une substance protéinique synthétisée par un gène régulateur, il forme un composant du répresseur pour bloquer le fonctionnement du gène opérateur. Pour cela, il nécessite un corépresseur. Corépresseur: c'est un composant non protéique du répresseur qui est également un produit final de réactions catalysées par des enzymes produites par l'activité de gènes structuraux. 3-Les types des opérons : Il y a deux types des opérons : inductibles et répressible. 1- Opérons inductibles : qui codent pour les enzymes de la voie catabolique (processus de dégradation).L’interaction déclenche la transcription du gène EX: l’opéron lactose. 2- Opérons répressibles : responsable de l’anabolisme (processus de biosynthèse). L’interaction empêche la transcription du gène EX: l’opéron tryptophane. 4-Les différences entre l'induction et la répression: Induction Répression C'est l'allumage d'un opéron qui reste normalement désactivé. Il éteint un opéron qui reste normalement activé. L'induction est provoquée par un nouveau substrat qui doit être manipulé et métabolisé. La répression est causée par une formation ou une disponibilité accrue d'un métabolite. Il est généralement lié à une voie catabolique. La répression est principalement liée à une voie anabolique. Le gène régulateur d'un opéron, susceptible de subir une induction, produit un répresseur qui bloque le gène opérateur. Le gène régulateur d'un opéron, susceptible de subir une répression, produit une partie du répresseur appelée aporepresseur. La même chose ne peut pas bloquer le gène opérateur. L'induction est l'élimination du répresseur d'un opéron par le métabolite inducteur. La répression est le blocage du gène opérateur de l'opéron à travers un répresseur complexe qui est formé par l'union d'un aporepresseur formé par le gène régulateur et le corépresseur qui est en fait un produit de la voie anabolique. 5 L'inducteur est un substrat, une hormone ou son sous-produit. Le répresseur est un composé formé par un aporepresseur et un corépresseur qui est généralement un produit final de la voie métabolique. Il entraîne la transcription et la traduction. La répression arrête la transcription et la traduction. Chapitre II : La régulation de l’expression des gènes chez les procaryotes La régulation se fait aux différentes étapes de l’expression et permet son activation ou sa répression. Elle peut être positive grâce à des activateurs ou négative grâce à des répresseurs et elle comprend différents niveaux : 1) Au niveau transcriptionnel : Les gènes soumis à la transcription sont impliqués dans différentes voies métaboliques : A-Régulation de l’expression des gènes impliqués dans les voies cataboliques Le plus utilisé pour illustrer ce type de régulation, celui de l’opéron lactose dans le génome d’E-coli qui est un exemple de gène inductible. Au niveau de l’opéron lactose on peut mettre en évidence trois gènes de structures : les gènes Lac Z, Lac Y et Lac A, codant pour des protéines différentes. Les gènes de ces protéines faisant partie de l’ARNm qui est polycistronique  Le gène Lac Z code pour la β-galactosidase qui hydrolyse le lactose en galactose et en glucose Hydrolyse le lactose en ses sucres constitutifs  le gène Lac Y code pour la β-galactoside-perméase qui permet l’entrée du lactose dans à l’intérieur de la cellule  le gène Lac A code pour la β-galactoside-transacétylase : Hydrolyse du lactose Fonctionnement de l'opéron lactose Le répresseur est produit sous la forme d’un tétramère qui est actif et lie l’opérateur avec une grande affinité. 6 Figure 2 : Un tableau récapitulatif des différences entre l’induction et la répression  En absence de lactose, le gène Lac I est exprimé et entraîne la formation du tétramère qui se fixe sur l’opérateur. Cette fixation entraîne une incapacité de l’ADN- polymérase à transcrire le gène dont le promoteur se situe avant l’opérateur.  En présence de lactose, le gène Lac I est également exprimé mais cette fois-ci chaque monomère du tétramère fixe l’allolactose qui est le métabolite du lactose au sein d’E-Coli. Cette fixation entraîne la modification de la structure du répresseur qui ne peut plus se fixer sur l’opérateur permettant la transcription des gènes de l’opéron. Contrôle de l’expression de l’opéron lactose en présence de Glucose Dans ce cas Escherichia Coli :  Si y a glucose: croissance de la colonie.  Si y a lactose: pause puis croissance.  Si y a glucose et lactose: d’abord consommation du glucose puis consommation du lactose. 7 Figure 4 : Fonctionnement de l'opéron lactose en présence de lactose Figure 3 : Fonctionnement de l'opéron lactose en absence de lactose Présence d’un site activateur (site CAP) sur le promoteur de l’opéron lactose activé par la fixation de la protéine CAP lorsqu’elle est associée à l’AMPc (CAP-AMPc). La présence de glucose est accompagnée d’une faible concentration en AMPc : en présence de glucose (AMPc bas) : CAP ne se fixe pas sur le promoteur de l’opéron  Absence de glucose (AMPc élevé) : il y a une forte transcription (niveau élevé) :CAP- AMPc se fixe sur le promoteur. Présence de lactose: le répresseur ne fixe plus sur l’opérateur.  Présence de glucose (AMPc abaissé) : il y a une faible transcription : le CAP ne se fixe pas sur le promoteur. Présence de lactose: le répresseur ne fixe plus sur l’opérateur. On résumé cette explication dans le tableau suivant : 8 Figure 6 : Contrôle de l’expression de l’opéron lactose en présence de Glucose Figure 5 : Contrôle de l’expression de l’opéron lactose en absence de Glucose B-Régulation de l’expression des gènes impliqués dans les voies anaboliques On prendra comme exemple l’opéron tryptophane qui est un exemple de gène répressible Le tryptophane est un acide aminé produit à partir de l’acide chorismique il est nécessaire à la synthèse des protéines. Dans l’opéron on visualise différents gènes : Trp A, Trp B, Trp C, Trp D et Trp E qui sont des gènes de structure permettant uploads/s3/ les-operons.pdf