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Du génotype au phénotype Comment passer dʼune suite dʼacides nucléiques (ADN) à

Du génotype au phénotype Comment passer dʼune suite dʼacides nucléiques (ADN) à une séquence dʼacides aminés: la synthèse des protéines Les nucléotides qui composent l’ADN diﬀérent par la nature des bases (Adénine -A-, cytosine -C-, thymine -T-, guanine -G-) qui entrent dans leur composition. Un gène correspond donc physiquement à une séquence de nucléotides. Nous avons vu que l'on peut associer un gène à une protéine, autrement dit, une séquence (une suite) d'acides nucléiques à une séquence d'acides aminés. Mais comment s'eﬀectue ce transfert d'information entre l'ordre nucléotidique et l'ordre protéique ? Pr. Dr. R. Raynal Documentation à consulter avec proﬁt •Les animations de l’Open University sur Itunes U (en particulier «Transcription: writing the message» et «Translation: reading the message») •Le cours de l’Open University (d’où certaines illustrations de ce résumé sont tirées) • votre cours de seconde sur l’ADN • le cours précédent (Des phénotypes divers peuvent s’exprimer à des échelles diﬀérentes) • Votre cour de troisième sur la génétique. (Vous ne l’avez plus ? voir alors le manuel) • Le site du NCCR «frontiers in genetics» (en français malgré ce titre) • Les animations du «capitaine» Kyrk. Plan 1. Une séquence de nucléotides de l'ADN est transcrite en une séquence d'un autre nucléotide plus petit et plus mobile, l'ARN • L'enzyme ARN polymérase déroule localement l'ADN et en recopie un brin. • Dans l'ARN, La thymine est remplacée par l'uracile • L'ARN fabriqué est le messager de l'ADN 2. La séquence de l'ARNm est traduite en suite d'acides aminés par les ribosomes, ce qui implique l'existence d'un «code génétique» pour faire correspondre un acide aminé à une courte séquence d’ARN OBJET : SYNTHESE DES PROTEINES NIVEAU D’ÉTUDE : 1S PAGE 1 SUR 7 DURÉE : 2-3 SEMAINES 1- La séquence de nucléotides d’un morceau d’ADN est transcrite en une séquence d'un autre nucléotide plus petit et plus mobile, l'ARN 11 Une enzyme, l’ ARN polymérase, déroule localement l'ADN et en recopie un brin. Chez les eucaryotes, l'ADN est situé dans le noyau, et il y reste. Pour que l’information qu’il contient puisse être transmise dans le reste de la cellule, elle doit être recopiée. C’est le rôle de l'ARN polymérase (RNA pol pour les intimes), qui agit de la façon suivante: - déroulement d'une région de l'ADN correspondant à un gène. Chaque brin de l’hélice d’ADN se sépare alors. - recopiage d'un brin de l'ADN, que l'on appelle le brin transcrit, par assemblage de nucléotides complémentaires (voir 1.2). - remise en état "enroulé" de la molécule d'ADN («on est prié de laisser l’ADN dans l’état où on l’a trouvé en arrivant») 12 Dans l'ARN, La thymine est remplacée par l'uracile Lorsque le brin transcrit d’ADN est recopié, l’enzyme RNApol associe aux nucléotides de ce brin: - de la guanine à de la cytosine (C/ADN--> G /ARN) - de la cytosine à la guanine (G /ADN--> C/ARN) - de l'adénine à la thymine (T/ADN--> A /ARN) - un nucléotide chimiquement voisin de la thymine, l'Uracile, à l'adénine. (A /ADN --> U /ARN) Contrairement à l’ADN, l’ARN ne contient donc pas de Thymine! Une séquence ADN comme ..................... ATTCGTTAA devient donc, une fois transcrite en ARN: UAAGCAAUU. Sur la BD de la page suivante, qui résume ce processus, l’enzyme RNA polymérase n’a pas été représentée, car elle couvrirait une grande partie de l’image! OBJET : SYNTHESE DES PROTEINES NIVEAU D’ÉTUDE : 1S PAGE 2 SUR 7 DURÉE : 2-3 SEMAINES Jeux des sept erreurs: l’uracile à gauche, la thymine à droite: les différences sautent aux yeux, non? (vous n’avez pas à connaître ces formules, ouf!) L'ADN se déroule... Des nucléotides se lient au brin transcrit L'ARN se forme par copie du brin (remarquez l'uracile, en rose) Une fois formé, l'ARN se détache... Et l'ADN se ré- enroule. En route vers le cytoplasme ! L'ARN messager est libre ! Images Open university OBJET : SYNTHESE DES PROTEINES NIVEAU D’ÉTUDE : 1S PAGE 3 SUR 7 DURÉE : 2-3 SEMAINES 13 L'ARN fabriqué est le messager de l'ADN L'ARN* est une molécule constituée d'un seul brin de nucléotides. Bien plus court que l'ADN (sa longueur correspond à peu près à un gène), il est mobile dans la cellule. Il va donc pouvoir transporter l'information génétique qu'il a recopiée : on l'appelle donc ARN messager (ARNm en France, mRNA dans le reste du monde). Les ARNm traversent l'enveloppe nucléaire (qui limite le noyau cellulaire) au niveau de pores et exportent ainsi l'information génétique vers le cytoplasme, lieu de fabrication (synthèse) des protéines de la cellule. * ARN = Acide Ribo Nucléique, car, contrairement à l’ADN, le sucre qui entre dans la composition de ses nucléotides est du Ribose, et non pas du Désoxyribose comme dans l’ADN. 2 - La séquence de l'ARNm est traduite en suite d'acides aminés par les ribosomes, ce qui implique l'existence d'un "code génétique" 21 La traduction de l'ARNm en protéine nécessite un code faisant correspondre nucléotides et acides aminés ADN et l'ARN sont des molécules portant une information constituée par une séquence de nucléotides: il y a 4 bases différentes. Les protéines portent aussi une information, mais avec un "alphabet" à vingt lettres (20 Acides aminés différents). Le système de correspondance entre ARNm et acides aminés est le code génétique. Dans ce code, trois nucléotides, qui forment un codon, déterminent un acide aminé. Comme certains AA peuvent être "codés" par plusieurs codons différents, on dit que le code est redondant: toute mutation n'aura donc pas forcément de conséquence sur la structure de la protéine. 22 Les codons de l'ARNm sont lus par des organites complexes, les ribosomes L'assemblage des AA dans le cytoplasme est localisé au niveau d'organites cellulaires, les ribosomes qui réalisent la traduction de l'information génétique portée par les ARN messagers en séquences ordonnées d'acides aminés caractéristiques d'une protéine. Dans la BD suivante, les ribosomes n’ont pas été représentés, car ils recouvriraient l’ensemble du site. Ils contiennent et ﬁxent les ARN de transfert. OBJET : SYNTHESE DES PROTEINES NIVEAU D’ÉTUDE : 1S PAGE 4 SUR 7 DURÉE : 2-3 SEMAINES une suite de 3 nucléotides de l'ARN m constitue un codon. Un ARN de transfert portant l'acide aminé... correspondant à ce codon se lie à celui ci. Un autre ARN t... Apporte un autre AA (ici la proline).. Les 2 AA se lient chimiquement... Formant le début d'une protéine. le premier ARN t se sépare de son AA et se détache de l'ARN m. La protéine s'allonge ainsi, AA après AA, au fil de la lecture des codons... Elle sera "terminée" lorsque qu'un codon "Stop" interrompra l'allongement de la chaîne d'acides amines. Les ARN de transfert, petites molécules d'ARN, font le lien entre codons et AA, positionnent les AA dans le ribosome et permettent, à l'aide OBJET : SYNTHESE DES PROTEINES NIVEAU D’ÉTUDE : 1S PAGE 5 SUR 7 DURÉE : 2-3 SEMAINES d'enzymes et d'énergie, leur liaison dans une chaîne polypeptidique: une protéine est née. La traduction de l'ARNm en polypeptide demande: - un signal de départ = codon d'initiation - une suite de codons correspondant à la séquence de la protéine à fabriquer - un signal de ﬁn = codon-stop. Le polypeptide obtenu est libéré dans le réticulum endoplasmique granuleux (eucaryotes) ou dans le cytoplasme (procaryotes). Le schéma suivant (réalisé par Guillaume Bokiau) résume lʼensemble du processus. LʼADN (double brin) voit un de ses brins être transcrit en ARN par une enzyme, lʼARN polymérase. LʼARN obtenu, dit messager, se déplace vers le cytoplasme où il rencontre des ribosomes qui vont procéder à sa traduction en protéines. Pour cela, chaque triplet de bases de lʼARN, constituant un codon, est associé à un ARN particulier, lʼARN de transfert, qui est lié à un acide aminé correspondant donc, en fait, au codon de lʼARN. Dans le ribosome, les acides aminés successifs, positionnés progressivement selon lʼordre décrit par la suite des codons, sont liés entre eux pour former une chaîne: la protéine «codée» par lʼADN via lʼARN messager. OBJET : SYNTHESE DES PROTEINES NIVEAU D’ÉTUDE : 1S PAGE 6 SUR 7 DURÉE : 2-3 SEMAINES Vocabulaire ARN de transfert Déﬁnition : Petite molécule d’ARN permettant le transfert de l’information entre un ensemble de trois nucléotides, le codon, et un acide aminé. Contexte : Un ARNt est une molécule portant à la fois un «anticodon», ensemble de trois nucléotides se ﬁxant sur son codon, et l’acide aminé correspondant à ce codon. Les ARNt deviennent fonctionnels à l’intérieur d’un organite, le ribosome. Il existe autant d’ARNt diﬀérents qu’il existe d’acides aminés diﬀérents, soit une vingtaine. Codon Déﬁnition : Suite de trois nucléotides sur l’ARN. Chaque codon correspond à un acide aminé. Comme il existe 4 nucléotides, il existe 64 codons diﬀérents, mais seulement 20 acides aminés: certains codons diﬀérents correspondent donc au même acide aminé (ainsi, l’AA Leucine est codé par 6 codons alors qu’un seul correspond à l’AA tryptophane). Particularités Certains codons ne s’associent pas seulement à un acide aminé: ce sont des repères pour les ribosomes. Ainsi, le codon UGA est un codon «stop» qui interrompt la fabrication uploads/Litterature/ synthese-proteines-1s.pdf