acide aminé radioactif autoradiographie Conclusion partielle :

Transcription

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2 Des cellules animales sont cultivées in vitro dans un milieu contenant un acide aminé radioactif, la leucine (sa molécule contient du tritium 3 H radioactif). Le noyau de certaines de ces cellules (notées «E» pour cellules «énuclées») a été enlevé par micromanipulation quelques minutes avant la mise en présence de la leucine radioactive. D autres cellules (notées «N» pour cellules «nucléées») ont conservé leur noyau. Un lavage de la préparation élimine toute trace d acide aminé qui ne serait pas incorporé au sein d une protéine. L incorporation de leucine radioactive dans des molécules protéiques est révélée par des grains noirs sur une autoradiographie. Technique fondée sur l emploi de substances radioactives que l on désire «suivre à la trace» lors de leur utilisation par les cellules vivantes. Ces isotopes radioactifs sont utilisés comme les molécules normales, mais en revanche ils permettent de localiser aisément, dans une cellule ou un organe, les substances marquées ou les produits qui en proviennent. Le principe de la localisation repose sur une propriété des substances radioactives : le rayonnement qu elles émettent est susceptible d impressionner une émulsion photographique. Conclusion partielle : 1. L incorporation de la leucine radioactive au sein des protéines synthétisées se fait dans le cytoplasme, alors que l information génétique dont l ADN est le support se trouve dans le noyau. Deux hypothèses sont envisagées : - l ADN sort du noyau pour coder la synthèse de la protéine au sein du cytoplasme - Un «intermédiaire» fait le lien entre le noyau et le cytoplasme.

3 Les protéines Relation entre : STRUCTURE FORME FONCTION

4 La forme de la protéine conditionne sa fonction Un anticorps : 4 chaînes polypeptidiques La myoglobine : 1 seule chaîne Dans les muscles Transport de l O 2 Dans les liquides de l organisme défenses immunitaires

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6 Env. 2 nm Un pore nucléaire mesure environ 1,4 nm de diamètre. (Image en microscopie électronique après cryogénie) Conclusion partielle : 2. L ADN est une macromolécule dont la taille (elle a une section de 2,4 nm) interdit le passage par les pores nucléaires dans le cytoplasme. L hypothèse 2 est vérifiée : une molécule intermédiaire, plus petite, passe par les pores du noyau et transfère l information codée au cytoplasme.

7 Activité 2 : La molécule intermédiaire entre gène et protéine Ce que l on sait : La synthèse des protéines s effectue dans le cytoplasme or l ADN reste dans le noyau. Il existe donc une molécule intermédiaire entre l ADN dans le noyau et la synthèse des protéines dans le cytoplasme. Ce que l on cherche : Quelle est la nature de la molécule intermédiaire entre gène et protéine? CONSIGNE : Exploiter les documents ci-dessous pour répondre au problème scientifique posé

8 Conclusion partielle : 1. L ARN est une molécule qui contient l information nécessaire à la production des protéines. Comme elle fait le lien entre les deux compartiments que sont le noyau et le cytoplasme, on la qualifie de ARN m (m = messager). 2. Comment le code ADN est-il transformé en code ARN? Nous devons étudier cette molécule pour savoir comment se fait ce transfert de code.

9 ARN ADN Conclusion partielle : 1. L ARN est une molécule monocaténaire (= 1 seul brin / chaîne) alors que l ADN est une molécle bicaténaire. 2. Les deux molécules sont des polynucléotides (= enchaînement de nucléotides). Il y a toujours 4 sortes de nucléotides, mais un est différent : c est l URACILE. Nous devons étudier cette molécule pour savoir comment se fait se transfert de code.

10 Document 2 : La constitution chimique de l ARN Une molécule d ARN est constituée d un seul brin ( = elle est monocaténaire) formé par une succession de nucléotides, dont le nombre ne dépassent pas quelques milliers. Chaque nucléotide comprend un groupement phosphate, un sucre, le ribose et une base azotée. L uracile est une base azotée de constitution voisine de celle de la thymine. Conclusion partielle : L ARN est une molécule qui présente de nombreuses similitudes avec l ADN. Ces ressemblances en font un bon intermédiaire et son aspect simple brin lui permet de passer par les pores du noyau

11 CONCLUSION GÉNÉRALE Le premier document nous a permis de montrer que l ARN est une molécule qui contient l information nécessaire à la production des protéines. Elle représente donc un messager de l ADN dans le cytoplasme de toutes les cellules. L analyse de sa composition chimique semble confirmer ce rôle dans la mesure où cette molécule présente de nombreuses ressemblances structurales avec l ADN. De plus à la différence de cette dernière l ARN est simple brin ce qui lui permet de pouvoir passer par les pores nucléaires du noyau. Toutes ces conclusions démontrent que l ARN est la molécule intermédiaire entre l ADN et les protéines. Elle est produite à partir des gènes dans le noyau et migre vers le cytoplasme pour apporter l information nécessaire à la fabrication des protéines dans le cytoplasme

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13 CL : Niremberg montre qu un enchaînement nucléotides de l ARN m détermine un enchaînement d acides aminés constituant un peptide.

14 La relation entre ARN et protéines : le code génétique COMMENT SE FAIT LA CORRESPONDANCE ENTRE LES NUCLÉOTIDES ET LES ACIDES AMINÉS? Si le code est un code «monoplet» : 1 nucléotide désigne 1 acide aminé. Impossible! Les 4 nucléotides à disposition ne permettraient de désigner que 4 acides aminés parmi les 20 : 4 1 = 4 combinaisons. Si le code est un code à «doublet» : 2 nucléotides désignent 1 acide aminé. Impossible! Les 4 nucléotides à disposition permettent de créer 4 2 = 16 combinaisons possibles donc 16 acides aminés parmi les 20. C est insuffisant! Si le code est un code à «triplet» : 3 nucléotides désignent 1 acide aminé. Possible! Les 4 nucléotides à disposition permettent de créer 4 3 = 64 combinaisons possibles ; par conséquent, il y a plus de combinaisons que d acides aminés. LE CODE GENETIQUE EST UN CODE À TRIPLET, un triplet s appelle un CODON

15 LE CODE GÉNÉTIQUE

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17 LA TRADUCTION LA TRADUCTION Chaque ribosome se déplace le long du brin d ARN à traduire, de triplet en triplet. Un acide aminé correspondant au codon est alors mis en place. Une liaison «peptidique» unit alors cet acide aminé avec l acide aminé précédent. En fin de «lecture», le ribosome se détache du brin d ARN m. SIGNAL DE DÉBUT DE LECTURE SIGNAL DE FIN DE LECTURE

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19 Des figures étonnantes dans le noyau Aspect du contenu du noyau au cours de la transcription. Décrivez ces figures et donnez-en une interprétation.

20 1. La molécule d ADN est hérissée de multiples brins d ARN m de taille croissante d une extrémité du chromosome à l autre (= aspect «plumeux») 2. Une molécule d ADN est donc capable d être transcrite en une multitude de molécules d ARN m toutes semblables : il y a donc amplification de la transcription. Par conséquent, ce n est pas une molécule d ARN qui sera synthétisée mais des milliers de copies identiques.

21 LA TRANSCRIPTION C G A Elle fait intervenir des enzymes qui s assemblent, parmi lesquelles l ARN polymérase qui se déplace le long de l ADN, ajoute un nucléotide en face le nucléotide du brin transcrit de l ADN selon la complémentarité suivante : A --- U et C --- G et lie ces nucléotides pour constituer un brin.

22 Les acteurs de la synthèse protéique : La traduction LA TRADUCTION

23 Un système d amplification CL : la succession de plusieurs ribosomes sur le même fragment d ARN m constitue un système d amplification permettant de produire de nombreuses copies de la même protéine.

24 1 gène (ADN) 1 gène (ADN) Milliers de copies du même ARN m 1seul de ces ARN m AMPLIFICATION Milliers de copies de la même protéine Milliers de copies de la même protéine

25 CL : Les ARN m après la transcription sont plus courts que le gène (= séquence d ADN) qui a permis leur synthèse. Comment l expliquer?

26 CL : la «maturation» de l ARN m après la transcription (= le transcrit primaire ou ARN prémessager) correspond à l élimination (= épissage) des parties non codantes (= les introns) et à la liaison des parties codantes (= les exons). Les gènes des Eucaryotes sont des gènes «morcelés». Quel est l intérêt pour l organisme?

27 L exemple du gène qui code pour la tropomyosine La tropomyosine est une protéine qui contribue à former le cytosquelette (ensemble de microfilaments) Fluorescence par immunocytochimie

28 Toutes les cellules (fibres musculaires, neurones ) n ont pas strictement la même tropomyosine. Il existe au moins 9 formes de tropomyosine a. Ces 9 protéines différentes sont pourtant le résultat de l expression d un seul gène. Celui-ci est constitué de 15 exons dont 5 présents dans toutes les formes tropomyosine. Les autres exons sont éliminés ou bien retenus alternativement au cours de l épissage. CL : Les «ré-arrangements» des exons au cours de la maturation de l ARNm conduit à la synthèse non pas d une protéine mais de plusieurs (9 dans le cas du gène qui code pour la tropomyosine). La tropomyosine, protéine du cytosquelette, est ainsi adaptée au type cellulaire dans lequel elle est synthétisée. La «loi» qui veut qu à 1 gène correspond 1 protéine est remise en question par cette découverte : un même gène peut coder pour plusieurs protéines.

29 L IMPORTANCE DE L ÉPISSAGE ALTERNATIF : Les gènes humains codent en moyenne pour 2 à 3 ARNm différents, le maximum étant atteint par le gène de la neurexine (une protéine impliquée dans la formation des synapses) avec 1728 formes différentes possibles! Les introns peuvent-ils servir de «réserve» FACTEURS D ÉVOLUTION?