Évolution et Diversité du Vivant (101-NYA-05) Bernadette Féry Automne 2008 Chapitres 16, 17, 18...

Évolution et Diversité du Vivant (101-NYA-05)

Bernadette Féry Automne 2008

Chapitres 16, 17, 18 et 19Campbell, 3 e édition

LES BASES MOLÉCULAIRES DE L’HÉRÉDITÉDES GÈNES À LA PROTÉINERÉGULATION GÉNÉTIQUE

Cours 3

James WatsonFrancis Crick

http://blogs.zdnet.com/images/watson2201.jpg

http://www.cbc.ca/gfx/photos/crick_francis_cp_6142699.jpg

1. Le manuel d’instructions des processus de la vie :

l’ADN

2. Des expériences majeures mènent les chercheurs

à reconnaître que l’ADN est le matériel héréditaire

3. Les chercheurs se lancent à la recherche de la

structure de l’ADN

4. Réplication de l’ADN

5. Les erreurs de réplication peuvent être réparées

6. Télomères, vieillissement et cancer

Partie 1 : Les bases moléculaires de l’hérédité

1. Le manuel d’instructions des processus de la vie : l’ADN

A) Des scientifiques découvrent la structure de l'ADN, le fondement matériel de l'hérédité (1953)

L'équipe de Watson et Crick propose un modèle de l'ADN à partir des travaux de Rosalind Franklin

WATSON, J. D. & CRICK, F. H. C. , (1953)« A Structure for Deoxyribose Nucleic Acid ». Nature, 171, p. 737-738.

WatsonCrick

B) L’ADN hérité de nos parents est notre génome

C) La capacité de l’ADN à se répliquer est le processus fondamental à la base de la perpétuation de la vie.

Génome de l’humainContenu ADN de nos 46 chromosomes

D) L’ADN dicte nos caractéristiques physiques (biochimiques, anatomiques, physiologiques) via nos protéines

Les enfants ressemblent à leurs parents, parce que l'ADN de ces derniers se réplique (se double) d'une manière précise avant d'être transmis d'une génération à l'autre.

2. Des expériences majeures mènent les chercheurs à reconnaître que l’ADN est le matériel héréditaire

À partir des recherches de Morgan (1910) sur les chromosomes géants de drosophiles (une mouche), on savait que le matériel génétique devait être composé d'ADN, d'ARN ou de protéines mais on penchait pour les protéines.

L'ADN semblait trop uniforme dans sa structure pour pouvoir expliquer la grande diversité démontrée par le vivant.

LIRE

A) L'expérience de Griffith (1928)

Matériel• Deux souches bactériennes : pathogène et non pathogène• Des souris

La transformation des bactéries par l'ADN d’autres bactéries

La souche R (rugueuse) est non pathogène car elle est dépourvue de capsule. Le système immunitaire la reconnaît et la détruit.

La souche L (lisse) est pathogène parce que sa capsule la protège du système immunitaire de ses victimes.

Un mélange de bactéries, pathogènes «mortes» et non pathogènes «vivantes», injecté à une souris la fait mourir.

Campbell (3eéd.) — Figure 16.2 : 320

Bactéries pathogènes «tuées par la chaleur»

Bactérie non pathogène «vivante»

Expérience

Bactéries pathogènes «vivantes»

1. Les bactéries vivantes, non pathogènes, ont capté une substance provenant des bactéries pathogènes et se sont transformées en bactéries pathogènes ce qui a fait mourir l’animal.

2. L'agent de transformation est héréditaire puisque les bactéries transformées en pathogènes se reproduisent en d'autres bactéries pathogènes.

3. L'agent de transformation n'est probablement pas constitué de protéines car les protéines sont dénaturées par la chaleur. Ors, Griffith a utilisé la chaleur pour tuer les bactéries. On peut penser que l'agent de transformation est l’ADN.

Conclusion

TransformationModification du génotype (gènes) et du phénotype (gènes exprimés, apparence) due à l'assimilation par une cellule d'un ADN étranger.

B) Les travaux de l’équipe Avery (1944)

Cherchent pendant 14 ans l'identité du matériel ayant transformé les bactéries de Griffith.

Déterminent que l'agent de transformation dans l’expérience de Griffith est véritablement l'ADN.

C) L’analyse de l’ADN par Erwin Chargaff (1947)

Erwin Chargaff a analysé la proportion des bases dans l'ADN de plusieurs organismes différents et a tiré deux conclusions :

1. Chaque espèce a sa propre composition d'ADN2. Dans l'ADN, il y a

autant d'adénine que de thymine (A = T) autant de guanine que de cytosine (G = C)

Ce sont les règles de Chargaff !

Preuve indirecte que l’ADN est le matériel génétique «héréditaire» puisque chaque espèce a sa propre composition en ADN

D) L'expérience d'Hershey et Chase (1952)

Matériel1. Deux groupes de virus (des

phages)• Groupe de virus ayant de l’ADN

marqué au phosphore radioactif 32 (32P)

• Groupe de virus ayant des protéines marquées au soufre radioactif 35 (35S).

2. Des bactéries

Une preuve de la programmation de cellules par l'ADN viral

ADN marqué

Protéines marquées (Capsule virale, essentiellement)

Trois phages infectant une bactérie !

Injection de matériel génétique


Tête du phage

Queue

Fibre caudale

Les bactéries infectées par des virus aux protéines marquées (32P) ne deviennent pas radioactives mais celles infectées par des virus à l’ADN marqué (35S ) le devienne.

Expérience

Le matériel héréditaire injecté par les virus aux bactéries est l'ADN.

Taggart (1eéd.) — Figure 13.4 : 219

Conclusion

ADN marqué

Capsule marquée

32P

35S

E) La variation de la quantité d’ADN lors de la division cellulaire

1880 Edouard STARSBURGER décrit des particules facilement colorables (les chromosomes) qui se séparent en deux dans les cellules végétales.

1882 Walther FLEMMING décrit le même phénomène chez les cellules de larves d’amphibiens «division de particules dans le sens de la longueur».

Cette observation n’est pas si récente !

Preuve indirecte que l’ADN est le matériel génétique «héréditaire» puisque les chromosomes se doublent avant la division puis se répartissent également dans les deux cellules issues de la division

1883 Edouard VAN BENEDEN observe quatre chromosomes dans l'oeuf d'un Ascaris mais seulement deux dans les gamètes qui ont produit cet œuf (loi de réduction chromatique).

1902 Theodor BOVERI et Walter SUTTON font des études de la méiose dans les cellules de la lignée germinale des insectes (cellules qui conduisent à la formation des gamètes).

«Je peux finalement attirer l'attention sur la probabilité que l'association des chromosomes paternels et maternels dans les paires et leur séparation pendant la réduction chromatique [...] peut constituer la base physique des lois de l'hérédité mendélienne.» Sutton

1949 Colette et Roger Vendrely et André Boivin découvrent que les noyaux de cellules germinales contiennent la moitié de la quantité d'ADN que l'on retrouve dans les cellules somatiques (cellules du corps en général).

3. Les chercheurs se lancent à la recherche de la structure de l’ADN

Les chercheurs sont convaincus que le support génétique est de l'ADN.Ils se lancent dans la course afin de découvrir sa structure tridimentionnelle : Pauling en Californie et l’équipe Wilkins / Franklin à Londres.À cette époque on connaît les constituants de l'ADN et la disposition de ses liaisons.

A) Au début des années 1950


B) Historique des connaissances sur l’ADN1869 Friedrich MIESCHER isole la nucléine (ADN) pour la première fois

— à partir de sperme de poisson et de cellules trouvées dans le pus des plaies ouvertes.

1871 Premières publications décrivant la nucléine par Friedrich MIESCHER, Felix HOPPE-SEYLER, et P. PLÓSZ.

1889 Richard ALTMANN rebaptise «nucléine» en «acide nucléique».

1929 Phoebus LEVENE identifie les éléments constitutifs de l'ADN, y compris les quatre bases azotées (A, T, G et C).

1949–1950 Erwin CHARGAFF publie ses travaux montrant que : le rapport A+T/C+G est variable selon les espèces mais constant entre les membres d'une même espècepeu importe l’espèce, les rapports A/T et G/C sont toujours égaux à 1 (autant de A que de T et autant de G que de C).

LIRE

C) Watson et Crick élaborent un modèle de l’ADN à partir des travaux de Franklin (1953)

1953 Rosalind FRANKLIN démontre que l'ADN possède une structure hélicoïdale grâce à sa radiographie par diffraction de rayons X. Elle en conclue que les squelettes désoxyribose-phosphate sont à l'extérieur de la double hélice.


• Rosalind Franklin• Morte à 38 ans d'un

cancer• Son équipe a reçu le

prix Nobel en 1962 mais pas elle !!!

Radiographie de l'ADN par diffraction de rayons X

Watson

James WATSON et Francis CRICK proposent un modèle selon les conclusions de Franklin.

Le modèle :1. explique les règles de

Chargaff2. laisse entrevoir comment

l'ADN peut se répliquer.

Publication dans la revue Nature en 1953Prix Nobel (ainsi que Wilkins, collaborateur de Franklin) en 1962

Watson plaça les bases azotées à l'intérieur d’une double hélice dans laquelle on retrouve toujours les paires A avec T et G avec C.

4. Réplication de l’ADN

Dédoublement de tout l'ADN avant la division cellulaire dans le but de transmettre les gènes, de génération en génération

• Le nucléoside tri-P est chimiquement actif à cause des charges négatives des 3 groupes phosphate.

• Il se lie à l’ADN en formation en perdant deux groupes P (pyrophosphate).

• L’hydrolyse du pyrophosphate (en deux molécules de phosphate inorganique) dégage l'énergie nécessaire à la liaison du nucléotide à la chaîne d'ADN .

A) Le monomère de la réplication est le nucléoside triphosphate d’ADN

Pyrophosphate

Phosphates inorganiques

Nucléoside tri-P

Pi

Pi

iPP

B) La réplication (concept de base)

1. Chaque molécule d'ADN se déroule et se sépare en deux brins qui vont servir de matrice pour la synthèse d'ADN (par bris des liens hydrogène).

2. Des nucléosides triphosphates d'ADN, déjà synthétisés et présents dans le noyau, s'approchent des extrémités 3' des deux brins d'ADN en formation.

3. Les nucléosides s'apparient aux bases de l'ADN par des liens hydrogène et selon les règles de complémentarité.

4. L'ADN polymérase (un enzyme) libère le pyrophosphate de chaque nucléoside qui s'ajoute et utilise l'énergie dégagée par la réaction pour unir (polymériser) les nucléotides entre eux par des liens phosphodiester.

5. Les deux nouvelles molécules d'ADN s’enroulent en une double hélice. Il y a maintenant deux nouvelles molécules d'ADN, là où il n'y en avait qu'une seule.


Brin matriceNouveau brin

Nucléoside tri-P

Carbone 3’ du sucre


ADN polymérase

Lien phosphodiester

Détail de la formation du lien phosphodiester lors de la réplication

Pas à l’examen

C) Taille du génome versus le temps de réplication

BactérieGénome = un seul long chromosome «circulaire»Environ 4,6 millions de paires de nucléotides.Moins d'une heure pour la réplication

Humain Génome = 46 chromosomes «linéaires» Environ 6 milliards de paires de nucléotidesQuelques heures pour la réplication

BactérieUne protéine reconnaît une séquence particulière de l'ADN (origine), s'y s'attache et le sépare en deux brins formant ainsi un oeil de réplication.La réplication se produit à partir de là jusqu'à ce que toute la molécule ait été recopiée.

Origine de réplication

Oeil de réplication

Fin de la réplication


D) Les yeux de réplication

Vitesse 500 nucléotides/ sec

HumainDes centaines, voire des milliers d'yeux de réplication s'ouvrent sur chacun des chromosomes linéaires.La réplication se produit à l'extrémité de chaque oeil (fourche de réplication) jusqu'à ce que toute la molécule ait été recopiée et que les yeux de réplication se soient rejoints.

Œil de réplication

Fourches de réplication

Oeil


Vitesse 50 nucléotides/ sec

F) L'élongation d'un nouveau brin dans une fourche de réplication (FR) est antiparallèle

Brin directeur ou continuAu fur et à mesure que la fourche s'ouvre (comme une fermeture éclair), les nucléosides s'ajoutent les uns après les autres. L’extrémité 3' du brin en formation est toujours disponible.Le brin se copie en se dirigeant vers la fourche de réplication.

Brin discontinuChaque fois que la fourche s'ouvre un peu, un fragment d'ADN (fragment d'Okazaki) est recopié à partir de la matrice. Le brin se copie en s'éloignant de la fourche de réplication.

Longueur des fragmentsBactéries : 1000 à 2000 nucléotides Eucaryotes : 100 à 200 nucléotides

5’

3’OH

OH

3’

5’

3’

5’

5’

3’

FR

G) Les enzymes impliqués dans la réplication(Procaryotes)


L'amorce est produite par l'ARN primase (4)

Une amorce d'ARN est synthétisée au début de chaque nouveau brin (3)

Les hélicases déroulent l’ADN (1)

L’ADN ligase soude les fragments (7)

L’ADN polymérase I remplace les amorces d'ARN par de l'ADN (6)

Des protéines stabilisent les deux brins déroulés (2) 5’

3’5’

3’

L’ADN polymérase III allonge les brins (5)

Les amorces des extrémités ne peuvent être remplacées car la polymérase n’a pas d’extrémité 3’ pour «s’agripper». À chaque réplication, l’ADN raccourcit. (8)

3’

5’

H) Résumé des outils de la réplication

1. Enzymes : ADN polymérase III, ADN polymérase I, ADN ligase, ADN primase, hélicases et protéines stabilisatrices

2. Sens de la réplication : 5' vers 3' (extension de l’extrémité 3’ de l’amorce)

3. Précurseurs de la réplication : dATP, dGTP, dCTP et dTTP

désoxy pour le sucre désoxyribose

adénosine pour la base adénine

triphosphate pour les trois groupes phosphate

cytidine

guanosine

thymidine

5. Les erreurs de réplication peuvent être réparées

De nombreuses erreurs d'appariement se produisent lors de la réplication de l’ADN : 1 erreur par 100 000 paires de bases.

Cependant, l’ADN polymérase III se relie et corrige ses fautes «correction d’épreuve, frappe arrière du clavier». Il reste, en moyenne,1 erreur par 10 milliards de paires de bases.

Les erreurs ayant échappé à la vigilance de la polymérase sont réparées par les nombreux enzymes de réparation de la cellule : environ 100 chez la bactérie E. coli et au moins 130 chez l’humain.

Mauvais appariement(Ici, un dimère de thymine, une anomalie courante causée par les rayons UV.)

Un enzyme de réparation découpe le morceau défectueux.

La polymérase III restaure l’ADN.

La ligase achève le travail.


Les substances réactives présentes dans l’environnement (agents physiques : radioactivité, rayons X, rayons ultra-violets et agents chimiques : substances analogues aux bases azotées) ainsi que les modifications chimiques spontanées qui se produisent dans la cellule peuvent altérer les nucléotides .

Tous ces changements sont corrigés avant qu'ils ne soient transmis aux cellules descendantes. Chaque cellule surveille et répare son matériel génétique en permanence.

Lorsque le dommage est trop important (irréparable), la cellule se suicide «apoptose».

Les altérations de l’ADN ne sont pas juste causées par des erreurs de réplication !

6. Télomères, vieillissement et cancer

Les télomères sont des rallonges aux bouts de l’ADN (des multiples de nucléotides de même séquence : TTAGGG chez l'humain).

La plage des télomères s’érode à chaque «marée» réplicative. Plus elle diminue, avec les années, plus on s’approche des «maisons» : les gènes. On vieillit.

«Lorsque les télomères deviennent trop courts et avant que les gènes ne soient affectés … les cellules stoppent leur division et entrent en sénescence». Source

Télomère

Télomère

Portion «utile»

Amorce non remplacée

Amorce ARN


http://www.futura-sciences.com/fr/sinformer/actualites/news/t/vie-1/d/la-taille-des-telomeres-influence-lesperance-de-vie_1670/

Dolly, la célèbre brebis clonée(1) en 1996, le premier clone d’un mammifère, est morte prématurément à 6 ans et demi après avoir commencé à manifester des signes de vieillissement dès l'âge de 5 ans 1/2. Une brebis vit normalement de 11 à 12 ans.

Des recherches ont montré que les télomères de Dolly étaient anormalement courts pour son âge.

La mère de la brebis, Belinda, avait six ans lors de son clonage. La cellule utilisée avait donc des télomères assez courts. Dolly est née «vieille».

(1) Par l'équipe de Keith Campbell et Ian Wilmut au Roslin Institute à Édimbourg en Écosse. (Wikipedia)

Un cas !

http://fr.wikipedia.org/wiki/Dolly_(brebis)

Rôle possible des télomères !Protéger l'organisme contre le cancer (une prolifération de cellules anormales) : après une certain nombre de divisions, les cellules meurent et le cancer disparaît. Par contre, on a trouvé de la télomérase dans les cellules cancéreuses !

De la télomérase dans les cellules reproductrices !Les cellules reproductrices — spermatozoïdes et ovules — ont des télomères de longueur maximale car les cellules(2) qui les produisent ont de la télomérase, une enzyme qui restaure les télomères.

(2) Les cellules reproductrices sont issues des cellules de la lignée germinale : cellules situées dans les ovaires et les testicules.

7. Les gènes (l’ADN) dictent les caractères physiques de l’individu via les protéines

8. À la découverte du lien entre les gènes et les protéines9. Principes généraux de l’expression des gènes10. L’information génétique est codée : le code génétique11. Étude de la transcription : synthèse de l’ARN à partir de

l’ADN (via l’ARN polymérase)12. Étude de la traduction : synthèse d’un polypeptide à partir

de l’ARNm (via les ARN du ribosome)13. Précisions quant à la synthèse protéique14. Mutations et mutagènes

Partie 2 : Du gène à la protéine

7. Les gènes (l’ADN) dictent les caractères physiques de l’individu via les protéines

Comment les gènes dictent-ils l’aspect physique d’un organisme ?

C’est en dictant la synthèse des protéines de l’organisme. Les protéines sont de niveau moléculaire mais elle s’expriment physiquement dans notre apparence (elles deviennent visibles «en quelque sorte»). Ainsi, elles déterminent des caractères comme la couleur des cheveux, le groupe sanguin et la longueur de la tige des pois.

Les protéines représentent donc le lien entre le génotype (les gènes) et le phénotype (les caractères apparents). «Nous sommes le reflet de nos protéines et nos protéines sont codées dans nos gènes !»

Revenons à l’époque de Watson et Crick !Nous sommes en 1953. On sait, sans contredit, que l’ADN est le matériel héréditaire (expérience «déterminante» d’Hershey et Chase —1952) et on connaît sa structure en double hélice (modèle de Watson et Crick— 1953).

On ne sait cependant pas comment çà marche ? Comment l’ADN dicte-il l’aspect physique d’un organisme ?

Bientôt, on va découvrir le lien «ADN et protéines».

8. À la découverte du lien entre les gènes et les protéines

LIRE

1889 Hugo De VRIES publie une théorie de l'hérédité semblable à celle de Mendel (1866) et impliquant des particules élémentaires «les pangènes».

1902 William BATESON appelle «allèles» les différentes versions d'une unité responsable d'un caractère : un individu qui possède les deux mêmes versions d'un allèle est «homozygote», s'il a deux versions alléliques différentes il est «hétérozygote». Il utilise en 1905 le mot «génétique» pour désigner la science qui étudie l'hérédité, c'est-à-dire la transmission des caractères et leurs variations.

1909 Wilhem JOHANNSEN dénomme « gènes » les particules de l'hérédité proposées par Mendel.

A) Un peu d’historique concernant la terminologie utile

Source

B) Archibald GARROD établit, pour la première fois, une corrélation «un gène — enzyme» grâce à l’observation d’une maladie génétique : l’alcaptonurie (1902-1909)

GARROD, quasi 50 ans avant que l'ADN ne soit reconnu comme étant le matériel héréditaire, comprend qu’il y a un lien entre les gènes et les enzymes (des protéines catalytiques).

En 1902, au St Bartholomew's Hospital (Londres), il observe un jeune garçon atteint d'alcaptonurie , une maladie dans laquelle l'urine du malade vire au noir en présence d'air. Dans la même famille, un autre enfant naît avec la même maladie. Il étudie d'autres cas et conclut qu'un malade devait avoir reçu deux gènes de la maladie. Il suggère que la déficience enzymatique soit due à une anomalie du gène responsable de la synthèse de cette enzyme. Il publie ses observations en 1909 dans «Les erreurs innées du métabolisme», où il avance une explication similaire pour plusieurs maladies génétiques : albinisme, cystinurie et pentosurie. Source

http://www.nature.com/bjp/journal/v147/n1s/full/0706466a.html

http://www.lucieberger.org/svt/SVT%20en%20T%20S/WEB_Tspe/2_Genet/2_G_BioM.html

Edward Lawrie Tatum (1909-1975)

C) BEADLE et TATUM généralisent l'hypothèse de GARROD grâce aux mutants métaboliques de Neurospora crassa (1941—1946)

SourceLe champignon se reproduit de deux façons :

asexuée par conidie

Travail de plusieurs années !

Matériel : La moisissure rouge du pain, un champignon filamenteux, très ramifié (Neurospora crassa)

George Wells Beadle (1903 - 1989)

sexuée par ascospore

Source

http://www.gena.ucl.ac.be/genedactic/NewGenedactic/2Modules/Histoire/PagesHistoire/Biographies/tatumdef.htm



http://www.fgsc.net/neurosimages/mo-2.jpg

http://www.gena.ucl.ac.be/genedactic/NewGenedactic/2Modules/Histoire/PagesHistoire/Biographies/beadledef.htm



http://vasatwiki.icrisat.org/images/7/72/Hypocrea_virens.jpg

1. Ont créé des mutants en bombardant le champignon de rayons X puis ont cherché parmi les survivants des mutants incapables de se développer sur des milieux de culture dits «minimaux» mais capables de le faire sur des milieux de culture dits «enrichis».

2. Ont sélectionné, parmi ces mutants, ceux qui étaient capables de se développer sur un milieu enrichi d'arginine (un acide aminé).

3. Parmi les mutants pour l'arginine, ont identifié trois souches incapables de synthétiser l'arginine, mais chacune pour une raison différente.

4. Ont fait différents tests de croissance.

Résumé «grosso-modo» de leurs expériences :

Le regroupement des expériences leur a permis de voir la correspondance entre une mutation génétique donnée et la disparition d'une fonction enzymatique nécessaire à l'accomplissement d'une voie métabolique.


ExpérienceSouche «sauvage»

Mutant I Mutant II Mutant III

MMMilieu minimal

MM + ornithine

MM+ citrulline

MM+arginine

(3) mutants pour l’arginine

Ø enzyme pour transformer le substrat en ornithine

Ø enzyme pour transformer l’ornithine en citrulline

Ø enzyme pour transformer la citrulline en arginine

La souche sauvage pousse dans tous les milieux.

Les souches mutantes poussent dans ces milieux.

1. Des mutations peuvent conduire à la modification d'enzymes qui ne fonctionnent plus correctement.

2. Un gène a pour fonction de commander la production d'une enzyme spécifique (une protéine).

Conclusions

L'hypothèse de Beadle et Tatum, un gène-un enzyme, n'est plus tout à fait vraie car :• les gènes déterminent les protéines en général, pas juste les

enzymes• certaines protéines sont faites de plusieurs chaînes

polypeptidiques qui se regroupent alors que d’autres sont issues d’une chaîne qui se fragmente

• plusieurs gènes codent pour des molécules d'ARN qui ne sont pas traduites en protéines

On devrait plutôt dire : un gène —une molécule d'ARN.

9. Principes généraux de l’expression des gènes

Transcription• Synthèse d'ARN messager (ARNm) sous

la direction de l'ADN. • On passe du langage ADN au langage

ARN (langage semblable de «nucléotides»)

• La transcription produit aussi d’autres types d’ARN (de transfert, ribosomique, petit ARN nucléaire…) ayant divers rôles.

L’expression génique se fait en 2 étapes : la transcription et la traduction

Traduction• Synthèse d'un

polypeptide à partir d’un ARN messager.

• On passe du langage ARN au langage des protéines : les acides aminés.

A) Les étapes

B) Différences générales de la transcription et de la traduction chez les cellules Procaryotes et Eucaryotes

Bactérie (cellule procaryote)• La transcription et la traduction se produisent quasi simultanément dans

le compartiment de la zone nucléoïde.• La transcription produit un ARNm mature, traduit immédiatement en

chaîne polypeptidique «dans les ribosomes de la zone nucléoïde».• Processus très très rapide.

Cellule eucaryote• La transcription et la traduction se produisent l'une après l'autre dans le

compartiment du noyau puis dans le compartiment du cytoplasme.• La transcription produit un ARNm immature « transcrit primaire — ARNpm »

qui doit subir des transformations pour devenir un ARNm. • L’ARNm passe ensuite du compartiment du noyau vers le compartiment du

cytoplasme afin d’être traduit en chaîne polypeptidique «dans les ribosomes». Tous les types d'ARN sont d’abord des «transcrits primaires».

• Processus beaucoup plus long.

Transcription

Traduction

ADN

ARNm

RibosomeChaîne polypeptidique

Transcription

Traduction

ADN

ARNm

Ribosome

ARNpm

Maturation

Chaîne polypeptidique

Bactérie Cellule eucaryote


Noyau

Cytoplasme

Transcription et traduction simultanée dans une bactérie

Ribosomes

ARNm (en voie d’être traduit en une chaîne polypeptidique par plusieurs ribosomes)

ADN (en train d’être transcrit en ARNm par plusieurs polymérases)

ADNARN polymérases


10. L’information génétique est codée dans le code dit «génétique»

A) Le code génétique, un code à triplets, est qualifié de code car il doit être décrypté en acides aminés

Le codeEst formé de triplets de nucléotides ADN : les génons.

Le décryptage 1) Les génons sont déchiffrés en triplets de nucléotides d’ARNm : les codons. 2) Les codons sont déchiffrés en triplets de nucléotides d’ARNt (ARN de transfert) : les anticodons. 3) Les anticodons sont déchiffrés en «acides aminés».

Au cours de la transcription, un seul des deux brins d'ADN est transcrit en ARN — dit « brin codant». L’autre brin est dit «non codant». Un brin codant pour un gène donné peut servir de brin non codant pour un autre gène.

A G T

Brin codant de l’ADN

Brin ARNpm ou ARNm

Brins ARNt

PolypeptideSer

GÉNON

Acide aminé

ADN


ANTICODON

A G U

U C A

CODON

B) Par convention, le terme «code génétique» est restreint à la liste des codons (ARNm) et des acides aminés qu’ils déterminent.

Le seul qui doive être appelé code génétique.Tous autres correspondances , bases ADN avec bases ARN ou bases ADN et acides aminés, ne doivent pas être appelées ainsi.

C) Soixante quatre (64) codons d'ARNm ont été identifiés par les chercheurs (1961-1966)

• 61 codons codent un acide aminé• un codon signale le début de la traduction (codon de départ)

mais aussi code pour l'acide aminé «méthionine» — ainsi, toutes les chaînes polypeptidiques commencent par la méthionine

• trois codons indiquent la fin de la traduction (codons d'arrêt) — aucun acide aminé peut être ajouté lors de la lecture de ces codons

D) Le dictionnaire du code génétique (64 codons et leurs acides aminés)

1 codon code la méthionine et sert de codon de départ

61 codons codent un acide aminé

3 codons ne codent pas d’acides aminés et servent de codons d’arrêt


Rôle de la redondanceMinimise les effets néfastes des mutations ! Si un changement dans l’ADN (mutation) entraîne la mise en place d’un autre codon mais que ce dernier code pour le même acide aminé que le codon d’origine, alors, la mutation ne s’exprime pas «silencieuse».

Plusieurs codons codent le même acide aminé bien qu’un seul «à la fois» soit nécessaire pour la mise en place de l’acide aminé dans la protéine.

E) Le code génétique est redondant (code dégénéré)

F) Code ponctué et cadre de lecture

Ce code est parfois dit ponctué à cause de ses codons de départ et d'arrêt. (Lettre majuscule et point final de la phrase.)

Le codon de départ ou d'initiation (AUG) définit ce que l'on appelle le cadre de lecture ; en effet, il suffit d'un décalage d'une base pour que les mots soient différents.

G) Le code génétique est quasiment universel

Presque tous les vivants ont les mêmes codons codant pour les mêmes acides aminés à quelques exceptions près : certains unicellulaires (paramécie), les mitochondries et les chloroplastes ont quelques codons qui ne codent pas les mêmes acides aminés.Cette quasi universalité du code génétique nous rappelle que nous avons une origine commune.

11. Étude de la transcription : synthèse de l’ARN à partir de l’ADN (via l’ARN polymérase)

A) Les composants moléculaires de la transcription

1. Le gène à transcrire ou l’unité de transcription (3 parties) :

a) Le promoteur (plusieurs douzaines de nucléotides en amont du gène). Sert de point d’ancrage pour l’enzyme de transcription, spécifie le début de la transcription (ajout du premier nucléotide).

b) Une partie codante ; plus précisément le brin codant ADN. Matrice pour la synthèse de l’ARN

c) La région terminale (plusieurs douzaines de nucléotides en aval du gène). Libère l’ARN synthétisé et l’ARN polymérase.

2. L’enzyme de transcription : l'ARN polymérase3. Les nucléosides triphosphate d’ARN

ATP (adénosine triphosphate), UTP (UridineTP), GTP (GuanosineTP) et CTP (CytidineTP).

GD : génon de départ GA : génon d’arrêtCD : codon de départ CA : codon d’arrêt

B) La transcription du gène produit un transcrit d’ARN (un fidèle reflet de l’unité de transcription)

5’ 3’

PromoteurBrin non codant du gène

Brin codant du gèneRégion terminale

3’ 5’GénonsGD GA

UNITÉ DE TRANSCRIPTION (ADN)

5’ 3’

CD CA Copie de la région terminaleCodons

3’UTR5’UTR

LE TRANSCRIT (ARN)

Copie du brin codant (portion de l’ARN qui sera traduite

en polypeptide)

Copie d’une partie du promoteur

DÉPART DE LA TRANSCRIPTION

UTR = UnTranslated Region = région non traduite

AmontAval

C) Le processus de la transcription

Initiation L’ARN polymérase se lie au promoteur du gène. Les deux brins d'ADN se déroulent à cet endroit (bris des liens hydrogène) et la transcription commence.

ÉlongationDans le sens 5’-3’De manière antiparallèle par rapport à l’ADN copiéDe façon complémentaire

La polymérase déroule le brin codant et expose 10 à 20 bases à la fois. Des nucléosides tri-P d'ARN (synthétisés dans le cytoplasme puis entrés dans le noyau) s'apparient aux bases (A U et G C). Une fois appariés, les nucléosides sont polymérisés par des liens phosphodiester. Derrière la vague de synthèse, l'ARN se détache et l'ADN se réenroule.

TerminaisonLa transcription se poursuit jusqu'à la fin de la région terminale. Le transcrit d’ARN et la polymérase sont libérés.

5’

3’

ARN polymérase


Initiation

Élongation

Terminaison

Schéma résumé de la transcription

1. La transcription se produit seulement quand la cellule a besoin d’une protéine particulière ou d’un ARN particulier, autre que l’ARNm.

2. Spécification quant à l’enzyme de transcription : ARN polymérase chez les Procaryotes et ARN polymérase II chez les Eucaryotes (les Eucaryotes ont aussi de l’ARN polymérase I et III) .

3. Fixation de l’enzyme au promoteur : directement chez les Procaryotes et par l’intermédiaire de facteurs de transcription chez les Eucaryotes

4. Détachement de la polymérase : en même temps que l’ARNm des Procaryotes mais après la libération de l’ARNpm des Eucaryotes (l’enzyme continue sur une centaine de nucléotides, environ la zone qu’il couvre).

Notez bien

5. Pas de correction d'épreuve par l’ARN polymérase comme le fait l’ADN polymérase.

6. Vitesse de transcription des Eucaryotes = ± 60 nucléotides /sec.7. L’ARNm est une petite molécule (copie d’une petite portion d’ADN).8. L’ARNm est constitué d’une chaîne de nucléotides car il est fabriqué par

copie d’un seul brin : le codant.9. Taux des erreurs de transcription environ 1 base /100 bases10. Un gène peut être transcrit simultanément par plusieurs polymérases.

D) Maturation du transcrit des EucaryotesLe transcrit primaire des Eucaryotes subit des transformations avant sa traduction : ajout d’une coiffe, ajout d’une queue et coupures.

Modification des extrémités du transcrit

Ajout d’une coiffe de guanosine méthylée (— CH3) à l’extrémité 5’ .Mise en place rapide, avant même la fin de la transcription.

Ajout d’une queue poly-A à l’extrémité 3’ (de 50 à 250 nucléotides d’adénine).Dès la fin de la transcription, avant même que l’ARN ne quitte le noyau.

• Aident la fixation de l’ARNm à un ribosome dans le cytoplasme.

• Facilitent le transport de l'ARNm mature vers l’extérieur du noyau.

• Semblent contribuer à protéger l'ARNm de la dégradation enzymatique.

Rôles des extrémités modifiées

Codon de départ

3’UTR5’UTR

Segment codant pour la protéine

Codon d’arrêt

Modification des extrémités du transcrit Campbell (3eéd.) — Figure 17.7 : 345

Notez bien. Les groupes phosphate de la coiffe font partie intégrante du transcrit primaire. Ils sont cependant inclus dans les modifications complexes qui mènent à la coiffe.

Queue poly-AM7-Gppp

Brin de l’ARNm ou plus précisément de l’ARNpm.

Coiffe 5’

7 5 6 18 4 2 9 3

Un groupement méthyle «CH3» est ajouté en position —7 de la guanine

Coupure des introns du transcrit «épissage»

Le transcrit contient des sections non codantes (les introns) et des sections codantes (les exons). L'épissage consiste à enlever les introns puis à recoller les exons. Les introns restent à l'intérieur du noyau puis sont dégradés.

La longueur moyenne du transcrit est d’environ 8000 nucléotides. Après l’épissage, il mesure environ 1200 nucléotides ce qui suffira à coder une protéine de taille moyenne de 400 acides aminés.

Rôle de l’épissagePermet à un gène de coder pour plusieurs polypeptides. En effet, le regroupement des exons selon diverses combinaisons produit divers ARN aboutissant à des chaînes polypeptidiques différentes.

L'épissage différentiel explique pourquoi il y a beaucoup plus de sortes de protéines que de gènes (± 100 000 pour ± 30 000 gènes humain).

Épissage du transcritCampbell (3eéd.) — Figure 17.10 : 346

I Exon

Le segment codant de l’ARNm est raccourci.

ExonE Intron

AAA…AAAm7Gppp

I

Intron

5’UTR 3’UTR

Dans ce schéma nous avons (6) codons dans l’ARNm mais (5) acides aminés dans le polypeptide. Le codon d’arrêt marque la fin de la traduction.

Résumé

I I

Intron

5’ UTR E I E I Exon Intron E 3’ UTR

CACD AUG

AAAAAAAAAAA5’ UTR E I E I E I E 3’ UTR

AAAAAAAAAAA5’ UTR E E E E 3’ UTR

Gène à transcrire (brin codant de l’ADN)

ARNpm

Transcription

Maturation de l’ARN Ajout coiffe 5’ et queue 3’

Traduction

Maturation de l’ARNÉpissage

ATTACTATC

UAAUGAUAG

Polypeptide(Chaîne d’acides aminés)

ARN m «mature»

NOYAU

CYTOPLASME

AAAAAAAAAAA5’ UTR 3’ UTR

3’ Promoteur E I E I Exon Intron E Région terminale 5’

GAGD TAC

Coiffe (guanine)Queue poly-A

@ Féry

ARN m «mature»

||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| |||

||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| |||

||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| |||

||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| |||

||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| |||

M7•G

I = Intron Région noncodante

E = Exon Région codante

12. Étude de la traduction : synthèse d’un polypeptide à partir de l’ARNm (via les ARN du ribosome)

A) Les composants moléculaires de la traduction

1. Le brin d'ARN messager (mâture). Contient les codons qui déterminent la liste des acides aminés de la chaîne polypeptidique.

2. Des acides aminés. De nombreux exemplaires des 20 types d'acides aminés (a.a.) sont présents dans le cytosol. La plupart proviennent des voies anaboliques mais huit d’entre eux doivent absolument être absorbés dans la nourriture car le corps ne peut les fabriquer.

3. Des ARN de transfert (ARNt). Acheminent les acides aminés du cytosol vers le ribosome.

4. Un ribosome. Contient l’ARNr (ribosomique) et les protéines enzymatiques nécessaires à la polymérisation (ou union) d’acides aminés en polypeptide.

B) La traduction de l’ARN messager produit un polypeptide. Le polypeptide reflète ainsi l’ARNm ! (L’ARNm reflète, quant à lui, le brin codant de l’ADN.)

Notez qu’il y a au moins deux codons de terminaison et même plus !

3’UTR5’UTR Codons

ARNm «ARN mature»

AAA…

AUGCUUCAGAGGCUGUAA

Signal de fin de traduction

Met— Leu— Gln— Arg— Leu

Quelle est la séquence de ce polypeptide ?

(Servez-vous du dictionnaire du code génétique)

M7•G CD CA

C) Résumé de la traduction (concept de base)

1. La molécule d'ARN messager se fixe à un ribosome.2. L'ARNm traverse le ribosome, codon par codon.3. Chaque fois qu'un codon est lu par le ribosome, une molécule d'ARN

de transfert spécifique (ARNt) apporte un acide aminé spécifique — via son anticodon(1) et via des liaisons H — en respectant les règles de complémentarité A/U et G/C

Pour déterminer l’acide aminé apporté par un ARNt, il faut utiliser le dictionnaire du code génétique. Ainsi, l'ARNt ayant l'anticodon AAA porte la phénylalanine car le dictionnaire nous dit que le codon appariable avec cet anticodon « UUU» code pour cet acide aminé.

4. Chaque dépôt d'acide aminé dans le ribosome est suivi de son union avec la chaîne polypeptidique en formation, via une liaison peptidique.

5. Quand tous les codons ARNm ont été lus, la chaîne est terminée.

(1) Anticodon : triplet de nucléotides ARNt complémentaire à un codon ARNm

Acides aminés

ARNt

Ribosome

ARNm

Codon

Anticodon

Polypeptide en formation

5’ 3’

LP

LP : Lien peptidique

3’5’

D) L’ARN de transfert, un des composants moléculaires de la traduction

Origine de l'ARN de transfert (ARNt)Produit par transcription de l'ADN.Le brin d'ARN (environ 80 nucléotides de long) quitte le noyau et va dans le cytosol chez les cellules eucaryotes.

Une navette à acide aminéSe lie à l'acide aminé qui lui est spécifique puis l’apporte au ribosome. Redevenu libre, il retourne se lier à un autre acide aminé et le rapporte encore. Recommence plusieurs fois avant d'être dégradé.

Repliement de la molécule et formeLe brin se replie à cause d'appariement entre certaines bases complémentaires via des liaisons hydrogène. Cela lui confère une forme tridimentionnelle : un «L» inversé.

La molécule possède trois boucles jouant chacune un rôle.En écrasant l’ARNt, la molécule prend la forme d’un trèfle. Les trois feuilles du trèfle (trois boucles) jouent des rôles importants.


3’ — AAG — 5’

Boucle pour l’enzyme aidant la liaison de l’ARNt à son acide aminé

Boucle qui se fixe au ribosome

Site de liaison pour un acide aminé «spécifique»

• Boucle contenant l’anticodon.• Partie spécifique à chaque type

d’ARNt, le reste de la molécule étant identique pour tous ARNt.

ACC

Des bases inhabituelles empêchent les appariements en créant des boucles.

Deux rôles de l’ARNt

1. Se lier à son acide aminé spécifique (à son anticodon)

Avec l’aide de l'enzyme : aminoacyl- ARNt synthétase et l'énergie de l'ATP. Comme il existe 20 types d’acides aminés différents, il faut autant d'enzymes différents dans la cellule, soit un par acide aminé.

2. Porter cet acide aminé dans le ribosome

Via l'association de l'anticodon au codon approprié de l'ARN messager.

ENZYME

ARNt lié à son acide aminé spécifique

ARNt

a.a.

Libération du reste de l’ATP : de l’AMP

Acide aminé «activé»


Relâchement des règles d’appariement :Environ 45 sortes d’ARNt différents dans la cellule suffisent à reconnaître les 61 codons codants d’ARNm.À cause du relâchement des règles d’appariement.

L’inosine (une base azotée inhabituelle) peut s’apparier avec A, U ou C en troisième position.

AU

C

A

G

La base U peut s’apparier avec A ou G en troisième position.

LIRE

E) Les ribosome, l’organite où se produit la traduction

Structure du ribosomeFormé de deux sous-unités — chacune contient des protéines et de l'ARN ribosomique (ARNr).Le deux tiers du ribosome est constitué d'ARNr.

Ribosome procaryote70S Plus petit

Grosse sous-unité 50S : 2 filaments ARNr et 31 protéinesPetite sous-unité 30S : 1 filament ARNr et 21 protéines

Ribosome eucaryote80S Plus gros

Grosse sous-unité 60S : 3 filaments ARNr et 50 protéinesPetite sous-unité 40S : 1 filament ARNr et 33 protéines

S est une constante de sédimentation : elle reflète la masse des ARN r

Modèle informatisé d’un ribosome bactérien

3 filaments ARNr

Polypeptide en voie de synthèse

ARNm

Petite sous-unité

Grosse sous-unité


Origine des ARN ribosomiques (ARNr)

1. L'assemblage des petits ARNr et des protéines (venues du cytosol) en sous-unités ribosomiques est fait par le nucléole.

2. Les sous-unités sont exportées, individuellement, vers le cytosol.

3. Se regroupent en ribosome fonctionnel lorsqu'ils se fixent à une molécule d'ARN messager.

Production des sous-unités des ribosomes et exportation vers le cytosol

1. Produits par transcription de certains gènes de l'ADN (ADN de la chromatine mais aussi, ADN dans le nucléole).

2. Les transcrits subissent de la maturation.

La structure du ribosome reflète sa fonction qui est de rapprocher l’ARNm et les ARNt porteurs d'acides aminés

Grosse sous-unité • Site P (site peptidyl-ARNt) — retenue de l'ARNt lié au

polypeptide• Site A (site aminoacyl-ARNt) — ajout de l'ARNt chargé d’un

acide aminé• Site E (site de sortie) — sortie de l'ARNt « vidé» de sa chargePetite sous-unité • Site pour l’ARNm ou « site M » — agrippe l'ARNm au tout

début de la traduction

Le ribosome contient quatre sites de liaisons :

Site M : Utilisé pour faciliter l’étude mais n’est pas utilisé dans le volume !

E PA

Site MAgrippe l’ARNm au tout début de la traduction

Site PRetient l’ARNt lié au polypeptide en voie de synthèse.

Site ARetient l’ARNt qui s’ajoute.

Site EPermet la sortie de l’ARNt ayant fini «sa job».


Polypeptide en formation

Acide aminé

Lien peptidique

M

5’ 3’

Site E

Site P

UUUAAA

CCC

3’

H H | | N —C — RX

|

C = O | O

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Site A

Acide aminé

H RX H RX H H H H I I I I I I I IH— N— C— C— N— C— C— N— C — C — N— C— C I II I II I II I II H O H O RX O RX O

Les rôles du ribosome

1. Rapproche l'ARNm et les ARNt.2. Place le nouvel acide aminé «dans le bon sens» : le

groupement amine près du carboxyle du polypeptide.3. Catalyse la liaison peptidique entre les acides aminés qui

s'ajoutent les uns à la suite des autres.

3’5’

AGC

3’

H H

| |HN — C — RX

| C = O | O

AGC

5’

H H | |H N — C — RX

| C = O | O

3’

UCG

F) Les trois étapes de la traduction

InitiationÉtape la plus longue et la plus complexe.

Transformation des codons de l’ARNm en une chaîne polypeptidique.Requiert de nombreux facteurs protéiques.Consomme l’énergie de la GTP (guanosine triphosphate)Requiert l’activité enzymatique des ARN ribosomiques.

ÉlongationChaque cycle d’élongation lit un codon et ajoute un acide aminé à la chaîne polypeptidique.

TerminaisonLibère tous les «acteurs moléculaires de la traduction ainsi que le produit final «le polypeptide».

INITIATION

3’

O H O I C — NH — C — C IH R O

Groupe formyl

Site «M»

Méthionine

Grosso modo :1. L’ARNt d’initiation porteur de la méthionine

«modifié par un groupement formyl» s’installe dans la petite sous-unité.

2. La petite sous-unité branche l’ARN m dans son site «M» puis se déplace vers le «CD».

3. L’ARNt d’initiation se lie au codon de départ via son anticodon. Il est au site «P».

4. La grosse sous-unité se fixe ensuite (grâce à l’énergie de la GTP).

CD

ARNt d’initiation

GTP GDP

Ribosome

Au site P

E A

F• Met— ARNt

Anticodon


ÉLONGATION

2 GTP

Lien peptidique

2 GDP

AE

A

Le nouvel acide aminé est dans la chaîne.

P

GTP

GDP

PE

Durée : ± 0,1 secLe ribosome et l’ARNm bougent dans le sens contraire.

Début d’un nouveau cycle 5’ 3’

ARNmRibosome

PAE

APE

Reconnaissance d’un codonUn aa•ARNt s’ajoute au site A.

1

Liaison peptidiqueLe lien se forme entre l’a.a. qui s’ajoute et la chaîne en formation. Transfert de la chaîne sur l’ARNt du site A. Catalyse par l’ARNr.

2

Translocation

La chaîne•ARNt du site A passe au site P. Le site A est maintenant libre.

L’ARNt du site P, ayant fini sa «job», passe au site E puis se libère.

3


TERMINAISON


EP A

Codon d’arrêt UAG, UAA ou UGA

Facteur de terminaison

A P

Le ribosome lit le codon d’arrêt.Une protéine de terminaison se lie au site A. 1

Le facteur de terminaison hydrolyse le lien qui relie le polypeptide à l’ARNt.Le polypeptide se détache ainsi que le dernier ARNt.

2

Les sous-unités du ribosome et l’ARNm sont libérés.

3

13. Précisions quant à la synthèse protéique

Les 3 types d’ARN sont des outils qui servent plusieurs fois avant d'être dégradés.

Les ARNt et les ribosomes sont semblables chez tous les eucaryotes.

Les ARNm diffèrent entre les espèces car ils sont issus de gènes différents. Ils permettent la production des protéines spécifiques à chaque espèce.

Une molécule d'ARNm se fait généralement traduire par plusieurs ribosomes simultanément. Le brin d’ARNm lu par plusieurs ribosomes prend le nom de «polyribosome» ou «polysome».

Un polyribosomeARNm

La présence de polysomes dans une cellule signe une intense activité. De nombreuses copies d’un même type de polypeptide apparaît rapidement.

MET d’un polyribosome

Ribosomes

Campbell : 354 (3eéd.) — Figure 17.20

La synthèse de tout polypeptide débute dans un ribosome libre du cytosol mais la fin du processus dépend de la présence ou de l’absence d’une séquence «signal».

En absence d’une séquence «signal» la synthèse se produit entièrement dans le cytosol.

En présence d’une séquence «signal»

1. La synthèse s'interrompt.

2. Le ribosome va se lier aux membranes externes du REG ou du noyau.

3. La synthèse reprend.Campbell (3eéd.) — Figure 17.21 : 355

Les protéines sécrétées par les deux populations de ribosomes ont une destinée différente.

Protéines fabriquées par les ribosomes libres

Fabriquent des protéines qui se dissolvent dans le cytosol où elles remplissent leurs fonctions ou se dirigent vers les organites qui ne font pas partie du réseau intracellulaire de membranes : peroxysomes, chloroplastes et mitochondries.

Protéines fabriquées par les ribosomes «liés»

Synthétisent les protéines du réseau intracellulaire de membranes : enveloppe nucléaire, RE, AG, lysosomes, vacuoles et membrane plasmique ainsi que celles qui doivent être sécrétées en dehors de la cellule.

Les modifications post-traductionnellesLes polypeptides «frais» doivent subir des transformations pour devenir véritablement fonctionnels.

1) Les polypeptides se replient «spontanément» et adoptent leur conformation native. Ils ont tout de même besoin d’un chaperon moléculaire pour bien prendre forme.


Entrée du polypeptide dans la chaperonine.

Sortie du polypeptide avec la forme convenable

REG sucre les protéines «reçues» grâce aux enzymes de ses citernes.

AG modifie les protéines qu'il reçoit grâce aux enzymes de ses saccules. Ces modifications sont fonction de la destinée du polypeptide.

Exemples de modifications : Ajouts : sulfate, phosphate, glucides, lipides …Retraits : phosphates, sucres …Coupures : enlèvement d’acides aminés aux extrémités amine et ou carboxyle.Fragmentations : une chaîne est découpée en plusieurs protéines.Regroupements : plusieurs polypeptides synthétisés séparément s’unissent. M. Gilbert pour FacBio

Vésicules de transition

Entrée d’un polypeptide, dans la citerne du RER

2) Les polypeptides sont modifiés via divers enzymes. Beaucoup de ces modifications ont lieu dans le RER et l’AG.

RER(CITERNE)

GOLGI(SACCULES)

MEMBRANE PLASMIQUE

http://www.sciencebio.com/FacBio/BioCell/Organites/FBOG_Modifposttrad.jpg

http://www.sciencebio.com/FacBio/BioCell/Organites/FBOG_Modifposttrad.jpg

14. Mutations et mutagènes

L’ADN peut être altéré dans sa structure pour diverses raisons. Étant donné les rôles cruciaux de l’ADN de détenteur du code génétique et de particule héréditaire, ces altérations, dites : mutations, sont extrêmement graves.

Les mutations ponctuelles sont à l’échelle du gène tandis que les mutations chromosomiques sont à l’échelle du chromosome.

MutationModification héréditaire de l'ADN qui peut être transmise aux descendants lorsqu'elle se produit dans les cellules de la lignée germinale (cellules qui produisent les gamètes).

A) Définitions

Mutation ponctuelleMutation qui touche un ou quelques gènes seulement (ajout ou retrait de quelques nucléotides, remplacement d'un nucléotide par un autre …).

Mutation chromosomiqueMutation qui affecte les chromosomes : un nombre anormal, une cassure, un réarrangement, etc.

B) Étude de mutations ponctuelles

Les substitutions1. Remplacement d'un nucléotide ADN (et de son vis-à-vis)

par un autre.2. Ce remplacement se reflète dans l’ARNm qui en découle

ainsi que dans le polypeptide codé par ce gène.3. Trois types de mutation par substitution : silencieuse,

faux-sens et non sens.

I I I I I I I I I I I I I I IT A C T T C A A A C C G A T T

Gène

ARNm

Polypeptide

Mise en situation : Soit un gène, son ARNm et son polypeptide, tous normaux.



Polypeptide

Gène

Mutation silencieuse

U au lieu de CNouveau codon même a.a.

A

Pas de changement de la structure primaire du polypeptide.

Changement de la structure primaire du polypeptide.

A au lieu de GNouveau codon autre a.a.

T

Mutation faux-sens

U au lieu de ANouveau codon codon d’arrêt

Raccourcissement de la structure primaire (arrêt prématuré). Ici, complètement disparue.

A

Mutation non-sens

CA

Les insertions et les délétions

1. Ajout ou perte d'un ou de plusieurs nucléotides — et de leurs vis-à-vis — dans un gène.

2. Cet ajout ou cette perte se reflète dans l’ARNm qui en découle ainsi que dans le polypeptide codé par ce gène.

3. Entraîne un décalage du cadre de lecture (souvent) qui s’exprime de différentes manières selon le type d’ajout ou de retrait : un arrêt prématuré, un long faux-sens, un ajout ou un retrait d’un seul acide aminé....


Gène

ARNm

Polypeptide

Mise en situation : Soit un gène, son ARNm et son polypeptide, tous normaux.



Polypeptide

Gène

Décalage du cadre de lecture

U surnuméraire lecture des codons décalée d’une base le premier codon lu est un codon d’arrêt

Non-sens immédiat par insertion coupure de la structure primaire (ici, complètement disparue)

A surnuméraire

Codon d’arrêt

Long faux-sens par délétion modification importante de la structure primaire

U manquant lecture des codons décalée d’une base les nouveaux codons mettent en place de «mauvais a.a.».

Décalage du cadre de lecture

A manquant


Aucun décalage du cadre de lecture

Perte ou ajout d’un triplet perte ou ajout d’un acide aminé modification mineure de la structure primaire

Triplet manquant les codons suivants ne sont pas changés


Gène

Retrait de TTC

Polypeptide

C) Effet des mutations sur les protéines

Nous avons appris que la séquence d'acides aminés d’un polypeptide constitue sa structure primaire et que cette structure détermine la façon dont le polypeptide se replie et par conséquent, détermine sa forme et sa fonction.

Si un changement survient dans la structure primaire, le polypeptide ne se replie pas de la même manière : sa forme est différente.

Si le changement de forme altère le site actif du polypeptide (de la protéine), il devient habituellement moins ou non fonctionnel. Plus rarement, il pourrait avoir une fonction «améliorée» ou encore plus rarement, il pourrait acquérir une «nouvelle fonction».

De façon générale, on considère que les mutations ont des effets négatifs sur l’organisme (et sur l’espèce à laquelle il appartient).

Mutation du portatore (lebelage.ca)On a découvert que les membres d’une famille italienne de Limone sul Garda, près de Milan, avaient un très faible taux de cholestérol. En l’analysant de près, des chercheurs ont vu qu’ils portaient un HDL «muté» qui rend son porteur capable de retirer deux fois plus de mauvais cholestérol des vaisseaux sanguins qu'une personne ordinaire. Des scientifiques l’ont reproduit, puis injecté à 57 patients ayant les veines obstruées. En très peu de temps, l’épaisseur des plaques de graisse a beaucoup diminué. Cette étude préliminaire a été publiée dans le Journal of the American Medical Association en 2004.

Mutation dans la protéine p53 (techno-science.net)Des scientifiques danois ont découvert une mutation génétique qui augmente la longévité et la capacité à survivre à un cancer.

Mutation delta-32 dans CCR5 qui protège du VIH (APM International)Moins d'1 % des hommes caucasiens possèdent une mutation qui entraîne une résistance à l'infection par le VIH. Des chercheurs de l'université de Liverpool ont fait l'hypothèse qu'un certain nombre d'épidémies de supposée peste, entre 1347 et 1665, en Europe, seraient liées à un virus donnant des fièvres hémorragiques hautement létales. Ils les ont appelées des "pestes hémorragiques". Ainsi, une partie de la population bénéficie aujourd'hui pour se protéger du VIH d'une mutation qui a émergé il y a plusieurs siècles lors d'épidémies d'autres maladies. (Journal of Medical Genetics, vol.42, p.205-208)

D) Exemples de mutations bénéfiques !

http://www.lebelage.ca/sante_et_mieux_etre/alimentation/cholesterol__il_en_faut_mais_pas_trop_-complet.php

http://www.techno-science.net/?onglet=news&news=4340

http://www.apmnews.com/depechesPublieesDepeches.php?annee=2005&mois=03&jour=14

E) Mutagenèse et mutagènes

La mutagenèse est l’apparition d'une mutation tandis que les mutagènes sont des agents capables d'induire une mutation.

Agents mutagènes

Causes «naturelles»Erreurs lors de la réplication et de la réparation de l'ADN.Modifications chimiques spontanées qui se produisent dans la cellule et qui altèrent les nucléotides .Erreurs lors la division cellulaire qui conduit à la production des gamètes.

Causes «environnementales» via des agents physiques et chimiques

90% des malformations congénitales sont provoquées par des facteurs d'environnement (identifiés ou non), et ne sont donc généralement pas transmissibles.

Rayons X, rayons ultraviolets, médicaments comme l'aspirine, la thalidomide…, une carence en vitamine A, le virus de la rubéole, des additifs alimentaires comme les nitrites…, les produits chimiques comme les insecticides, herbicides, benzène …

Ces substances et agents agissent de différentes manières sur l’ADN : analogues de bases azotées, modification de la capacité d'appariement des bases, insertion entre les bases au sein de la double hélice en le déformant, hydrolyse des bases, désamination des adénines, liaison anormale entre nucléotides voisins (dimères), ajout de radicaux sur les bases…

Les foetus de trois mois et moins sont extrêmement sensibles à l'action tératogène (activité mutagénique) des différents produits car leurs tissus et leurs organes sont en formation.

Une femme enceinte doit protéger son bébé en évitant de s'exposer à tout ce qui n'est pas naturel (alcool, tabac, drogue, médicaments comme l’aspirine ou autres, etc.

Notez bien

PARTIE 3 :Le contrôle de l'expression des gènes procaryotes et eucaryotes

Le génome de la bactérie ou de la cellule eucaryote contient une grande quantité de gènes. Le contrôle de l’expression de ces gènes assure que, dans la cellule, ils ne s’expriment pas tous nécessairement et surtout, pas tous en même temps.

Ainsi, la cellule gère bien son «économie» en fonction des conditions intérieures et extérieures à la cellule.

Partie non sujette à l’examen

Pour en savoir un peu plus, allez à cette page.

http://pedagogie.cegep-fxg.qc.ca/profs/BFery/NYA/Cours3/Chap_18_19.html

FINChapitre 16Révision du chapitre : p. 334Autoévaluations : 1 à 13Retour sur les concepts : 16.1 et 16.2

Chapitre 2Révision du chapitre : p. 361 et 362Autoévaluations : 1 à 8, 11 et 12Retour sur les concepts : 17.1, 17.2, 17.3 (1 et 3), 17.4 , 17.5, 17.6 (1) et 17.7

Évolution et Diversité du Vivant (101-NYA-05) Bernadette Féry Automne 2008 Chapitres 16, 17, 18...

Documents

Transcript of Évolution et Diversité du Vivant (101-NYA-05) Bernadette Féry Automne 2008 Chapitres 16, 17, 18...