Expression, stabilité et variation du patrimoine génétique Expression du patrimoine génétique

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1 Thème I A Chapitre 3 Expression, stabilité et variation du patrimoine génétique Expression du patrimoine génétique Introduction : - gène = portion d ADN = information détermination des caractères [phénotype] - mutation génétique = modification séquence ADN => apparition de nouveaux caractères Problème : Comment les gènes permettent-ils la réalisation des phénotypes? 1. La relation gène/protéine - gène = séquence de nucléotides 2 nm

2 3 acides aminés Hémoglobine = protéine formée de 4 chaînes structure tridimensionnelle Protéine = assemblage d acides aminés structure primaire Acide aminé = molécule

3 noyau hyaloplasme sels d argent fixés sur des AA Taches noires = présence acide aminé radioactif révélé par des sels d'argent Zone organisée = lieu de synthèse des protéines

4 Autoradiographie d une cellule placée 15 mn dans un milieu avec de l uracile radioactif Autoradiographie d une cellule placée 15 mn dans un milieu avec uracile radioactif puis placée 1h dans un milieu avec uracile non radioactif. Uracile d abord présent dans le noyau puis retrouvé dans le hyaloplasme Uracile = base azotée présente dans l ARN : Acide Ribo Nucléique => présence d un autre acide nucléique dans les cellules = ARN ARN présent dans le noyau et dans le hyaloplasme

5 N : noyau Mn : membrane nucléaire Pn : pores nucléaires ARN peut sortir du noyau => molécule pouvant jouer le rôle de messager ARN = messager entre ADN du noyau et lieu de fabrication des protéines dans le cytoplasme

6

7 2. La transcription = synthèse d un ARN pré-messager - ARN pré-messager = molécule monocaténaire - ARN = Acide RiboNucléique avec Uracile au lieu de Thymine

8 - ARN monocaténaire => 1 seul des brins de l ADN sert de modèle = brin transcrit - Ouverture de la molécule d ADN ARN pré-messager brin d ADN transcrit Ouverture de l ADN Fermeture de l ADN ARN polymérase Nucléotides libres - Présence d une ARN polymérase synthèse d un brin d ARN par complémentarité A/U et C/G entre nucléotides libres et nucléotides de l ADN - Libération de l ARN pré-messager et fermeture de la molécule d ADN

9 3. La maturation de l ARN pré-messager - se déroule dans le noyau avant l exportation - ARN pré-messager = transcription de la totalité d un gène - brin transcrit = introns (séquences non codantes) + exons (séquences codantes) => ARN pré-messager = introns + exons ADN Transcription ARN prémessager Maturation ARNm - excision élimination des introns - épissage liaison des exons entre eux => ARN messager (ARNm) - ARNm exporté dans le hyaloplasme par les pores nucléaires

10 - épissage alternatif possibilité d organisation variée des exons (exclusion) => Un gène plusieurs ARNm ARN Pré-messager ARNm type1 Exon 1 Exon 2 Exon 3 Exons 1 et 2 Epissage 1 Exon 1 Exon 2 Exon 3 ARN Pré-messager Epissage 2 ARNm type 2 Exons 1 et 3

11 4. Le code génétique - correspondance entre séquence nucléotidique de l ARNm et séquence polypeptidique des protéines à base de codons ou triplets => 4 3 = 64 possibilités de triplets pour coder 20 AA

12 - 1 AA codé par plusieurs codons => code génétique redondant (éviter les erreurs, si une différence => même AA) - 1 codon ne code qu un AA => code génétique non ambigu - codons particuliers : codons stop, codon initiateur - code génétique universel (qq exceptions : paramécie UAG acide glutamique

13 5. La traduction = ARNm protéine - se déroule dans le cytoplasme grâce aux ribosomes = organites Electronographie : lieu de synthèse des protéines Ribosome ARNm Protéine Acide aminé Schéma d interprétation

14 GSU du ribosome PSU du ribosome 1. Initiation (codon AUG) 2. Liaison de la GSU 3. 1 er assemblage des AA 4. Elongation : suite de l assemblage

15 5. Fin de la traduction : codon STOP Remarque : Protéine libérée - utilisation interne par la cellule - exportation (exocytose) Animation flash 6. Ouverture du ribosome et libération de la protéine

16 6. La réalisation des phénotypes - phénotype = caractéristiques observables d un EV a. Les différentes échelles de phénotypes Exemple du phénotype drépanocytaire Bonne santé Niveau clinique = phénotype alternatif Fatigue, douleurs articulaires Bonne numération Bonne circulation Echelle macroscopique Anémie (- hématies) Problèmes circulatoires Hématies en disque biconcave Echelle cellulaire Hématies falciformes Molécules HbA libres Echelle moléculaire Molécule HbS liées fibres

17 b. Les relations complexes entre génotype/protéine/phénotype Exemple de la drépanocytose HbS HbS Chromosomes 11 Protéine : 6 ème AA = valine Hémoglobine fibreuse

18 HbA HbA OU HbS HbA Chromosomes 11 Chromosomes 11 Protéine : 6 ème AA = Acide glutamique Phénotypes Sain Drépanocytaire Génotypes (HbA//HbA) ou (HbS//HbA) (HbS//HbS) Phénotype monogénique à deux allèles : deux génotypes pour le même phénotype

19 Exemple des groupes sanguins chez l Homme Fiche élève 1 gène : 2 allèles (H et h) (Sur le chromosome 19) 1 gène : 3 allèles (A, B et o) (Sur le chromosome 9)

20 Phénotypes Génotypes possibles (A//A, H//H) ou (A//o, H//H) ou (A//o, H//h) ou (A//A, H//h) (o//o, H//H) ou (o//o, H//h) ou (o//o, h//h) Un phénotype mais plusieurs génotypes => complexité

21 c. Variabilité de l expression des gènes Privation de lumière arrêt de la transcription de HEMA-1 => pas de chlorophylle => plante jaunie Plante étiolée gène HEMA-1 protéine Glutamyl-t-RNA nécessaire à la synthèse de la chlorophylle Gène témoin Gène HEMA-1

22 Manque d O 2 => Hb fibreuse Hypoxie Déshydratation Perte d eau => forte [HbS] => polymérisation rapide => Hb fibreuse

23 Gène SRY (chromosome Y) protéine TDF pouvant se fixer sur l ADN Fixation de TDF => courbure importante de l ADN => transcription des gènes embryonnaires de la masculinisation => phénotype masculin ADN fortement courbé par TDF normale => transcription phénotype masculin ADN faiblement courbé par TDF anormale => pas de transcription Mutation du gène SRY => protéine TDF différente TDF normale TDF anormale

24 EV issu de la division cellulaire => même génotype dans toutes les cellules = mêmes allèles dans toutes les cellules Protéines différentes dans un neurone et dans un hépatocyte => tous les gènes ne s expriment pas dans toutes les cellules

25 Conclusion : Expression du génotype réalisation du phénotype => - Transcription du gène en ARNpré-messager - Maturation + épissage : 1 ARNpré-messager plusieurs ARNm - Traduction de l ARNm en protéine - Langage génétique => code génétique basé sur des codons - Protéines : molécules à rôles variés dans le fonctionnement cellulaire Réalisation du phénotype soumis à des facteurs environnementaux : - Environnement modifie la transcription des gènes (expression d un gène) - Environnement modifie les propriétés des protéines codées (effets d un gène) - Un gène peut agir sur un autre gène - Les gènes s expriment dans certains types cellulaires Réalisation du phénotype est multifactorielle = expression du génotype + impact environnemental

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