RELATIONS ADN-PROTEINES
• Les gènes permettent la formation des protéines :
- Mise en évidence
Dans les expériences de transgénèse :
L’insertion d’un gène chez un individu qui ne le possède
pas conduit à la synthèse d’une protéine qu’il
ne fabriquait pas auparavant d’où la relation entre le gène
et la protéine.
- Interprétation
Les protéines doivent leur spécificité à leur séquence,
liée à l’ADN (porteur de l’information génétique).
La portion d’ADN portant l’information pour une protéine
est appelée « gène » (portion d’ADN occupant
un locus précis sur un chromosome donné et qui gouverne la synthèse
d’une protéine).
Les gènes sont responsables de la synthèse des protéines.
• Les gènes sont des fragments d’ADN, supports de l’information
génétique.
ADN = Acide désoxyribonucléique.
C’est
la plus grosse macromolécule
du monde vivant.
Formé de nucléotides, eux-mêmes formés par :
- un acide phosphorique,
- un sucre : désoxyribose,
- une base azotée (Adénine, Thymine, Guanine ou Cytosine).
Formé de deux chaînes complémentaires de nucléotides,
reliées par leurs bases azotées complémentaires deux à deux
(A - T et G - C) et formant une double hélice (3’-5’ et 5’-3’).
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Structure en hélice de l'ADN
Problématique : Par quels mécanismes l’ADN permet-il la synthèse des protéines ?
DE L’ADN A LA SYNTHESE DES PROTEINES :
• Transcription : 1ère étape de la synthèse des protéines
La transcription se fait dans le noyau de la cellule.
à Mécanisme :
- Copie d’une séquence nucléotidique d’un brin d’ADN
sur la portion d’un gène en une séquence nucléotidique
complémentaire constituant le brin d’ARNm (m comme messager).
- L’ADN se « désenroule » au niveau d’un gène
codant pour une protéine donnée grâce à un complexe
enzymatique : l’ARN polymérase.
- Un des deux brins de l’ADN, à savoir le brin informatif (ou
transcrit ou 3’-5’) sert de modèle à la fabrication
de l’ARNm.
- Chaque nucléotide de l’ADN « attire » un nucléotide
complémentaire à l’exception de l’Uracile qui remplace
la Thymine sur l’ARNm.
- L’ordre de nucléotides de l’ARNm est imposé par
l’ordre de ceux de l’ADN.
- L’ARNm se détache et migre hors du noyau cellulaire dans le
cytoplasme en sortant par les pores nucléaires.
- Réassociation des brins d’ADN lorsque l’ARN polymérase
se détache.
Le brin d’ARNm est identique à celui de l’ADN non transcrit
sauf que l’Uracile remplace la Thymine dans la séquence.
à Molécules impliquées
:
A part l’ADN et l’ARNm, d’autres types d’ARN sont formés,
notamment l’ARN de transfert (ARNt) qui est une molécule formée
de peu de nucléotides (environ 70) et présente un aspect globulaire.
L'ARNt est « bilingue » car
cet anti-codon (= complémentaire au codon)
fixe un acide aminé complémentaire du codon de l’ARNm qu’il
est capable de reconnaître.
De l’ARNr (ribosomal), constitutif des ribosomes, est aussi produit.
Tous ces ARN vont intervenir dans l’étape suivante : la Traduction.
• Traduction : 2ème étape de la synthèse des protéines
La traduction se fait dans le cytoplasme.
à Mécanisme :
- C’est le code génétique qui permet le passage du gène à la
protéine
- Dans celui-ci, un acide aminé correspond à une succession de
3 nucléotides : TRIPLET ou CODON.
- Le code génétique est redondant (= dégénéré)
car plusieurs triplets peuvent avoir la même signification, c’est-à-dire
coder pour le même acide aminé.
- Le code génétique est universel car un même triplet correspond à un
même acide aminé, que ce soit chez l’homme, l’animal,
le végétal ou la bactérie.
- Certains codons ne correspondent à aucun acide aminé, ce sont
les codons « Stop » ou « Non Sens ».
Le code génétique présente les codons et les acides aminés correspondants
La leucine est par exemple codé par les triplets CUU, CUC, CUA et CUG. C'est pourquoi on dit que le code génétique est redondant. Mais à un triplet donné ne correspond qu'un seul acide aminé (par exemple le triplet UUU correspond à la phénilalanine.
La traduction est la transformation d’un message contenu dans un acide nucléique, l’ARNm, en une chaîne polypeptidique. Elle se réalise au niveau des ribosomes avec l’intervention des ARNt (t comme transfert) en 3 étapes :
- l’initiation :
L’ARNt initiateur se fixe sur un codon de l’ARNm. Cet ARNt est
relié à la Méthionine car le premier codon est toujours
AUG (Adénine, Uracile, Guanine).
Pendant ce temps, les 2 sous-unités du ribosome viennent se fixer à l’ARNm.
- l’élongation :
Fixation d’un nouvel ARNt en face du 2ème codon de l’ARNm
=> formation d’une liaison peptidique entre deux acides aminés.
Translocation du ribosome d’un codon => mise en place d’un 3ème
acide aminé.
L’ARNt du second retourne dans le cytoplasme et ainsi de suite.
- la terminaison :
Le ribosome arrive à un codon STOP ou NON SENS (UAA, UAG, UGA) auquel
ne correspond aucun acide aminé, donc aucun ARNt.
La chaîne protéique se détache alors du ribosome.
à Structures
impliquées :
Ces structures cellulaires peuvent être mises en évidence par
l’autoradiographie.
L’autoradiographie permet de suivre l’ADN par marquage de la Thymine
(présente
seulement sur l’ADN et non sur l’ARN) et l’ARN par marquage
de l’Uracile (présente seulement sur l’ARN) ou encore le
devenir des protéines par marquage des acides aminés.
Dans la cellule : différents ensembles (=organites) interviennent dans
la Traduction :
- le Réticulum Endoplasmique : ensemble de « sacs plats » sillonnant
les cellules.
- peut être granuleux (REG - Réticulum Endoplasmique Granuleux), c’est-à-dire tapissé de ribosomes
- peut être lisse (RE - Réticulum Endoplasmique)
- l’appareil de Golgi : ensemble de sacs plats, proche du noyau, qui émet des vésicules dites Golgiennes.
- les Ribosomes : particules plus ou moins sphériques riches en ARN
et protéines et formées de 2 sous-unités : 1 grande et
1 petite. Les ribosomes peuvent être groupés (polysomes) sur l’ARN
ou être fixés au REG.
La synthèse des protéines nécessite donc la présence
de diverses molécules (ARNm, ARNt, ARNr, ADN) ainsi que de structures
cellulaires telles que les ribosomes, l’appareil de Golgi ou le REG.