CHAPITRE 3 L’EXPRESSION DU PATRIMOINE GENETIQUE ??L’EXPRESSION DU PATRIMOINE GENETIQUE ... Il...

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  • Chapitre 3 Expression du patrimoine gntique Page 1

    THEME 1 A EXPRESSION, STABILITE ET VARIATION DU PATRIMOINE GENETIQUE

    CHAPITRE 3

    LEXPRESSION DU PATRIMOINE GENETIQUE

    I. LA RELATION GENES-PROTEINES

    Les protines interviennent dans le fonctionnement dune cellule, certaines dans la structure

    cellulaire, dautres sont des hormones ou bien des enzymes qui catalysent une raction chimique.

    Une enzyme (macromolcule protinique)

    Exemple de ractions biochimiques catalyses par des enzymes. Page 48 document 3

    La synthse du tryptophane (acide amin) ncessite lintervention de trois enzymes (protines) qui

    interviennent successivement.

    Prcurseurs dans le

    milieu Acide anthranilique Indole Tryptophane

    Enzyme 1 Enzyme 2 Enzyme 3

  • Chapitre 3 Expression du patrimoine gntique Page 2

    Influence dagents mutagnes sur la synthse du tryptophane Page 48 document 4

    Interprter les rsultats

    Les rayons X sont mutagnes. Ils provoquent des lsions sur lADN.

    Aprs exposition aux rayons X, des Neurospora capables de se dvelopper sur milieu minimum

    sont devenues incapables de le faire, souche 1, 2 et 3.

    Mais pour des raisons diffrentes.

    La souche 1 est capable de se dvelopper si on lui fournit de lacide anthranilique.

    La souche 2 est capable de se dvelopper si on lui fournit de lindole.

    La souche 3 est capable de se dvelopper si on lui fournit du tryptophane.

    Conclure

    Il y a donc eu trois lsions diffrentes de lADN qui ont eu pour consquence labsence daction

    des enzymes impliques dans la synthse 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 dADN conditionne laction dune enzyme.

    Un gne dtermine la production dune protine.

    II. LES MODALITES DE LEXPRESSION DUN GENE

    LADN est un polymre de nuclotides (groupement phosphate + dsoxyribose + base azote). Il

    existe quatre nuclotides diffrents qui diffrent par leur base azote : adnine, cytosine, guanine,

    thymine.

    Les protines sont des macromolcules, polymres dacides amins. Il existe 20 acides amins

    diffrents : tryptophane, lysine, mthionine, leucine, etc.

    O seffectue la synthse des protines ?

    Des cellules animales sont cultives in vitro dans un milieu appropri contenant notamment des molcules dun acide amin radioactif, la leucine. On localise, par autoradiographie, la synthse des

    protines.

    Par cette technique, les protines sont reprables sous forme de grains noirs en raison de leur

    capacit impressionner une mulsion photographique. Cette capacit est lie la prsence de lacide

    amin radioactif.

  • Chapitre 3 Expression du patrimoine gntique Page 3

    Le noyau des cellules E a t enlev quelques minutes avant lajout de la leucine radioactive. Les

    cellules N possdent leur noyau.

    Lautoradiographie des cellules E et N rvle que la synthse des protines seffectue dans le

    cytoplasme et quelle est possible chez des cellules rcemment nucles. Ce dernier rsultat suggre

    lexistence dun intermdiaire entre lADN localis dans le noyau et la protine synthtise dans le

    cytoplasme.

    LADN et les protines tant des polymres il semble logique de chercher un intermdiaire qui

    soit lui aussi un polymre et qui soit capable de passer du noyau au cytoplasme.

    LARN (Acide RiboNuclique) est un polymre de nuclotide comme lADN mais il possde

    quelques diffrences avec lui :

    Cest une molcule monocatnaire

    Il possde une base azote diffrente par rapport lADN : adnine, cytosine, guanine et URACILE la place de la thymine

    Le sucre est le ribose la place du dsoxyribose

    LARN peut-il passer du noyau au cytoplasme ?

    Une cellule a t cultive pendant 10 minutes (seulement) en prsence dun prcurseur

    radioactif spcifique de lARN, lUracile tritie. Puis elle est place dans un milieu de culture avec des

    prcurseurs de lARN non radioactifs pendant 10 minutes. Elle ensuite tue. Le clich A reprsente une

    autoradiographie de cette cellule.

    Clich A

    Chaque tache noire repre les endroits

    o se trouve lARN ayant incorpor

    lUracile radioactif. La tche grise au

    centre est celle du noyau.

  • Chapitre 3 Expression du patrimoine gntique Page 4

    Interprter ce rsultat

    Au bout de 20 minutes le prcurseur de lARN est pass du milieu de culture dans le noyau.

    Une cellule semblable la prcdente est cultive pendant 10 minutes avec de luracile radioactif

    puis cultive pendant une heure et demi sur un milieu contenant des prcurseurs non radioactifs. Le

    clich B est lautoradiographie de cette cellule.

    Clich B

    Interprter ce rsultat

    Au bout dune heure et demi lARN a quitt le noyau et se trouve maintenant dans le cytoplasme.

    Conclure

    LARN est une molcule qui passe du noyau au cytoplasme.

    Il peut donc transfrer linformation gntique contenue sur lADN vers le cytoplasme o

    seffectue la synthse des protines.

    Cet ARN est appel lARNmessager.

    III. LA SYNTHESE DE LARN

    Comment linformation est transfre de lADN lARN ?

    Synthse de lARNmessager au contact de lADN

  • Chapitre 3 Expression du patrimoine gntique Page 5

    Schma dinterprtation

    Les dtails de la synthse de lARN

    Cette synthse est appele la transcription.

    Elle est catalyse une enzyme lARNpolymrase qui ouvre la double hlice de la molcule dADN.

    Les nuclotides mis en place sur la molcule dARN sont complmentaires des nuclotides de lADN. AU, CG, GC, TA.

    Linformation contenue sur un seul brin est transfre.

    Plusieurs molcules dARN sont synthtises partir du mme gne. Il y a amplification de linformation

    IV. LE DEVENIR DE LARN

    Page 54 document 1

  • Chapitre 3 Expression du patrimoine gntique Page 6

    Interprter ce document

    La squence des bases azotes de lARN nest pas exactement complmentaire avec la squence

    de bases azotes du brin dADN ayant servi de matrice. LARN est plus court que le brin dADN

    transcrit.

    Certaines parties de lARN synthtis ont disparu (les introns). Les parties conserves

    correspondent aux exons.

    Conclure

    Aprs sa synthse lARN subit une maturation par pissage avant dtre export dans le

    cytoplasme

    Il peut exister un pissage alternatif. Certains exons peuvent aussi tre limins. Un mme ARN

    pr-messager peut donc tre lorigine de plusieurs ARNm matures diffrents.

    V. LA SYNTHESE DES PROTEINES

    Le transfert de linformation de lADN lARN repose sur la complmentarit des bases azotes.

    A une base azote de lADN correspond une base azote de lARN.

    Quen est-il lors du transfert de linformation de lARN (polymre de nuclotides) la protine

    (polymre dacides amins).

    Il ny a que quatre bases azotes pour vingt acides amins. La correspondance ne peut pas faire

    correspondre une base azote de lARN un acide amin.

    Page 52 document 1 A aa1 AA aa1 CA aa5 AAA aa1

    C aa2 AC aa2 CC aa6 AAC aa2

    G aa3 AG aa3 etc. AAG aa3

    U aa4 AU aa4 AAU aa4 etc.

    4 possibilits 16 possibilits 64 possibilits

  • Chapitre 3 Expression du patrimoine gntique Page 7

    Le code gntique permettant de faire correspondre un polymre de nuclotide un polymre

    dacides amins fait correspondre une squence de trois nuclotides de lARN un acide amin. Une

    squence de trois nuclotides constitue un codon.

    Il y a 64 codons donc des codons diffrents correspondent un mme acide amin. Il existe

    galement un codon initiateur qui indique le dbut de la synthse de la protine et des codons stop

    indiquant la fin de la synthse.

    Page 53 document 4

    Schma dinterprtation

    Le ribosome se positionne au niveau du codon initiateur et se dplace le long de lARNm. Au

    cours de ce dplacement il ajoute la chaine polypeptidique lacide amin correspondant au codon lu.

    Cette synthse des protines est appele la traduction.