CHAPITRE 3 : L'EXPRESSION DU PATRIMOINE GÉNÉTIQUE

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1 CHAPITRE 3 : L'EXPRESSION DU PATRIMOINE GÉNÉTIQUE

2 LES PROTÉINES SONT LE RÉSULTAT DE L'EXPRESSION DES GÈNES On observe de nombreuses différences entre ces deux gènes; 1061 nucléotides pour l'allèle du groupe sanguin A ; 1580 pour le gène de la tyrosinase. Deux gènes différents donc deux protéines différentes

3 LES PROTÉINES SONT LE RÉSULTAT DE L'EXPRESSION DES GÈNES Structure primaire d'une chaine polypeptidique : séquence linéaire d'acides aminés liés par des liaisons peptidiques 2 acides aminés liés par une liaison peptidique Les acides aminés réagissent avec leurs voisins, en effet ils possèdent des charges négatives ou positives, ils peuvent être hydrophiles ou hydrophobes. Ces interactions provoquent un repliement de la chaine d'acides aminés et la création de liaisons faibles entre atomes d'hydrogène ou de liaisons fortes (covalente) entre atomes de soufres (pont disulfure) Liaison faible entre acides aminés non contigus type liaison hydrogène Un pont disulfure entre 2 acides aminés soufrés (cystéines) Structure tertiaire (tridimensionnelle) d'une chaine polypeptidique

4 membrane nucléaire pore nucléaire noyau mitochondries

5 LA TRANSCRIPTION Quelle relation entre gène et protéine a pu être établie par ces expériences?

6 LA TRANSCRIPTION Utilisez les informations du document pour justifier du lieu de synthèse et du devenir de l ARNm.

7 LA TRANSCRIPTION ADN ARN Deux brins Un seul brin Présence de nucléotides

8 LA TRANSCRIPTION On observe que les séquences du brin 1 de l'adn et l'arn sont identiques, néanmoins on remarque qu'à la place des T, il y a des U. On observe que les séquences du brin 2 de l'adn et l'arn sont différentes, néanmoins elles sont complémentaires. Là aussi, à la place des T il y a des U, ceux-ci sont complémentaires aux A. A ce stade, on peut émettre deux hypothèses pour expliquer la synthèse d'arn à partir de l'adn. Soit l'arn est une copie identique du brin 1 mais en remplaçant les T par des U. Soit l'arn est fabriqué à partir du brin 2 par complémentarité en remplaçant là aussi les T par des U.

9 LA TRANSCRIPTION D'après les informations des documents, l'arn polymérase est une enzyme capable de synthétiser l'arn à partir de l'adn. Cette molécule travaille sur le principe de complémentarité, c'est donc l'hypothèse 2 qu'il faut retenir. J'en déduis que l'arn polymérase utilise le brin 2 = le brin transcrit, pour fabriquer par complémentarité avec ce brin l'arn en remplaçant les T par des U. Le brin 1 est donc le brin non transcrit. Or ce brin est complémentaire du brin 2, ainsi la séquence du brin 1 est identique à l'arn fabriqué en remplaçant les T par des U. ADN Deux brins Présence de nucléotides ARN Un seul brin A, T, G, C A, G, C mais U Désoxyribose Longue molécule Contient de nombreux gènes Ribose Molécule courte Représente un seul gène

10 LA TRANSCRIPTION ADN ADN polymérase Brin transcrit Ouverture de l'adn par l'adn polymérase par rupture des liaisons hydrogènes situées entre les bases complémentaires. Brin non transcrit Synthèse de l'arn par complémentarité avec les bases du brin transcrit. Libération de l'arn et fermeture de l'adn. L'ARN sortira ensuite du noyau

11 LA TRANSCRIPTION Plusieurs molécules d ARN polymérase transcrivent simultanément le même gène (en se suivant) permettant ainsi de produire plusieurs ARNm identiques. Ceci permettra de synthétiser une grande quantité de protéines identiques. C est l amplification. t

12 LA TRANSCRIPTION : L'AMPLIFICATION

13 SCHÉMA BILAN :LA TRANSCRIPTION

14 LE CODE GÉNÉTIQUE Le gène de la globine bêta contient 444 nucléotides. La protéine issue de ce gène contient 147 acides aminés. Hypothèse : on peut supposer qu'il faut 3 nucléotides pour coder un acide aminé (444/3 = 148) Si un nucléotide codait pour un acide aminé, il y aurait 4 combinaisons possibles Si deux nucléotides codaient pour un acide aminé, il y aurait 16 combinaisons possibles AA AU AG AC UU UA UG UC GG GA GU GC CC CA CU CG Si trois nucléotides codaient pour un acide aminé, il y aurait 64 combinaisons possibles AAA AAU AAG AAC AUA AUU AUG AUC AGA AGU AGC AGG ACA ACU ACG ACC etc.. En fait, il existe une relation mathématique : pour 1 nucléotide : 4 1 ppppppppppppppppppppppppp pour 2 nucléotides : 4 2 ppppppppppppppppppppppppp = 16 pour 3 nucléotides : 4 3 ppppppppppppppppppppppppp = 64 Or il n'y a que 20 acides aminés, dans le dernier cas, il y aurait des combinaisons en trop.

15 LE CODE GÉNÉTIQUE On remarque qu'un triplet de nucléotides permet bien de fabriquer un acide aminé. L'hypothèse est validée. De plus, les triplets, GUU, GUC, GUA et GUG fabriquent le même acide aminé : val (valine) Il semble donc y avoir des triplets de nucléotides qui ont le même rôle. On observe dans le cas des globines alpha et bêta qu'il manque un acide aminé. Ce dernier correspond dans les deux cas au triplet UAA sur l'arn Il existe 3 triplets ou codon de ce type : ce sont des codons STOP. Ils permettent l'arrêt de la synthèse de la protéine. C'est donc un signal de fin de traduction. L'insertion ou la suppression d'une base à n'importe qu'elle endroit de la séquence produit un décalage de la lecture et fait apparaitre au hasard un codon STOP. La protéine fabriquée dans ce cas n'est pas fonctionnelle et en général bien plus courte que la protéine d'origine.

16 LE CODE GÉNÉTIQUE Si une cellule de germe de blé est capable d'utiliser l'arn de globine humaine, cela signifie que l'arn utilisé dans ces cellules végétales est le même que dans les cellules animales. L'ARN et par la même l'adn sont universels. Exercice Séquence des acides aminés Séquence du brin transcrit Séquence du brin non-transcrit A partir d'une séquence d'acides aminés, il est impossible de retrouver la séquence exact d'arn. Cela est dû au fait que plusieurs triplets peuvent coder pour un même acide aminé

17 LA TRADUCTION Quels sont les différents éléments nécessaires à la traduction?

18 LA TRADUCTION L'initiation Un ARNm Grande sous-unité du ribosome. Petite sous-unité du ribosome. Mise en place d'un ribosome au niveau du premier codon de l'arnm (codon initiateur (AUG)) Remarquez que le ribosome entoure deux codons. Arrivé de l'acide aminé correspondant au nucléotide suivant

19 LA TRADUCTION L'élongation Création d'une liaison peptidique entre les deux acides aminés Déplacement du ribosome sur l'arnm d'un codon et incorporation d'un nouvel acide aminé qui se liera aux précédents.

20 LA TRADUCTION L'élongation L'élongation se poursuit, la chaîne d'acides aminés se construit progressivement de codon en codon.

21 LA TRADUCTION La terminaison Le ribosome atteint un codon STOP : UAG Les deux sous-unités du ribosome sont libérées, la protéine est libérée dans le cytoplasme.

22 LA TRADUCTION

23 LES MODIFICATIONS DE L'ARN On observe que l'arn prémessager du gène HB-Beta et le gène Hb-Beta possèdent une longueur identique, les T étant remplacé par des U comme dans le cas d'une ARN classique. On observe que l'arn prémessager du gène HB-Beta et l'arnm du même gène présentent des différences importantes. Ainsi, on observe : des séquences communes : du nucléotides 1 au n 143 et du n 274 au 495. des séquences absentes de l'arn : du nucléotides n 144 au n 273, 495 à 500, 582 à 591, 635 à 643, 668 à 672 et de 786 à Il y a donc sur l'arn prémessager des séquences qui n'existent plus dans l'arn. L'ARN prémessager étant une copie de l'adn, on peut en déduire que sur l'adn, donc le gène, il existe des séquences que l'on ne retrouvera pas dans l'arn, elles sont donc non codantes. Les séquences que l'on retrouvera seront des séquences codantes.

24 LES MODIFICATIONS DE L'ARN ADN Transcription en ARN prémessager Séquences codantes : Exons Séquences non codantes : Introns ARN prémessager Epissage : Elimination des introns et liaison des exons entre eux. ARNm

25 LES MODIFICATIONS DE L'ARN Le graphique montre 3 lignes rouges : ce sont les exons de l'arn prémessager. 1 er exon de 1 à ème exon de 274 à ème exon de 1345 à la fin Rq. le dernier exon n'était pas visible lors de la comparaison précédente.????

26 LES MODIFICATIONS DE L'ARN Graphique de ressemblance entre ARN prémessager et ARN de calcitonine Exon 1 Exon 2 Exon 3 Exon 4 Exon 5 Exon 6 Graphique de ressemblance entre ARN prémessager et ARN de CGRP

27 LES MODIFICATIONS DE L'ARN Graphique de ressemblance entre ARN prémessager et ARN de calcitonine Exon 1 Exon 2 Exon 3 Exon 4 Exon 5 Exon 6 Graphique de ressemblance entre ARN prémessager et ARN de CGRP On sait que le gène possède 6 exons et 5 introns. On peut en déduire que l'arn prémessager subit deux épissages différents. Le premier conserve les exons 1, 2, 3 et 4 pour former l'arn de la calcitonine. Le second conserve les exons 1, 2, 3, 5 et 6 pour former l'arn de la CGRP

28 LES MODIFICATIONS DE L'ARN

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