THEME 1 A EXPRESSION, STABILITE ET VARIATION DU PATRIMOINE GENETIQUE

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1 THEME 1 A EXPRESSION, STABILITE ET VARIATION DU PATRIMOINE GENETIQUE CHAPITRE 3 L EXPRESSION DU PATRIMOINE GENETIQUE I. LA RELATION GENES-PROTEINES Les protéines interviennent dans le fonctionnement d une cellule, certaines dans la structure cellulaire, d autres sont des hormones ou bien des enzymes qui catalysent une réaction chimique. Une enzyme (macromolécule protéinique) Exemple de réactions biochimiques catalysées par des enzymes. Page 48 document 3 La synthèse du tryptophane (acide aminé) nécessite l intervention de trois enzymes (protéines) qui interviennent successivement. Précurseurs dans le milieu Acide anthranilique Indole Tryptophane Enzyme 1 Enzyme 2 Enzyme 3 Chapitre 3 Expression du patrimoine génétique Page 1

2 Influence d agents mutagènes sur la synthèse du tryptophane Page 48 document 4 Interpréter les résultats Les rayons X sont mutagènes. Ils provoquent des lésions sur l ADN. Après exposition aux rayons X, des Neurospora capables de se développer sur milieu minimum sont devenues incapables de le faire, souche 1, 2 et 3. Mais pour des raisons différentes. La souche 1 est capable de se développer si on lui fournit de l acide anthranilique. La souche 2 est capable de se développer si on lui fournit de l indole. La souche 3 est capable de se développer si on lui fournit du tryptophane. Conclure Il y a donc eu trois lésions différentes de l ADN qui ont eu pour conséquence l absence d action des enzymes impliquées dans la synthèse du tryptophane. Enzyme 1 pour la souche 1 Au moins enzyme 2 pour la souche 2 Au moins enzyme 3 pour la souche 3 Une portion d ADN conditionne l action d une enzyme. Un gène détermine la production d une protéine. II. LES MODALITES DE L EXPRESSION D UN GENE L ADN est un polymère de nucléotides (groupement phosphate + désoxyribose + base azotée). Il existe quatre nucléotides différents qui diffèrent par leur base azotée : adénine, cytosine, guanine, thymine. Les protéines sont des macromolécules, polymères d acides aminés. Il existe 20 acides aminés différents : tryptophane, lysine, méthionine, leucine, etc. Où s effectue la synthèse des protéines? Des cellules animales sont cultivées in vitro dans un milieu approprié contenant notamment des molécules d un acide aminé radioactif, la leucine. On localise, par autoradiographie, la synthèse des protéines. Par cette technique, les protéines sont repérables sous forme de grains noirs en raison de leur capacité à impressionner une émulsion photographique. Cette capacité est liée à la présence de l acide aminé radioactif. Chapitre 3 Expression du patrimoine génétique Page 2

3 Le noyau des cellules E a été enlevé quelques minutes avant l ajout de la leucine radioactive. Les cellules N possèdent leur noyau. L autoradiographie des cellules E et N révèle que la synthèse des protéines s effectue dans le cytoplasme et qu elle est possible chez des cellules récemment énuclées. Ce dernier résultat suggère l existence d un intermédiaire entre l ADN localisé dans le noyau et la protéine synthétisée dans le cytoplasme. L ADN et les protéines étant des polymères il semble logique de chercher un intermédiaire qui soit lui aussi un polymère et qui soit capable de passer du noyau au cytoplasme. L ARN (Acide RiboNucléique) est un polymère de nucléotide comme l ADN mais il possède quelques différences avec lui : C est une molécule monocaténaire Il possède une base azotée différente par rapport à l ADN : adénine, cytosine, guanine et URACILE à la place de la thymine Le sucre est le ribose à la place du désoxyribose L ARN peut-il passer du noyau au cytoplasme? Une cellule a été cultivée pendant 10 minutes (seulement) en présence d un précurseur radioactif spécifique de l ARN, l Uracile tritiée. Puis elle est placée dans un milieu de culture avec des précurseurs de l ARN non radioactifs pendant 10 minutes. Elle ensuite tuée. Le cliché A représente une autoradiographie de cette cellule. Chaque tache noire repère les endroits où se trouve l ARN ayant incorporé l Uracile radioactif. La tâche grise au centre est celle du noyau. Cliché A Chapitre 3 Expression du patrimoine génétique Page 3

4 Interpréter ce résultat Au bout de 20 minutes le précurseur de l ARN est passé du milieu de culture dans le noyau. Une cellule semblable à la précédente est cultivée pendant 10 minutes avec de l uracile radioactif puis cultivée pendant une heure et demi sur un milieu contenant des précurseurs non radioactifs. Le cliché B est l autoradiographie de cette cellule. Interpréter ce résultat Cliché B Au bout d une heure et demi l ARN a quitté le noyau et se trouve maintenant dans le cytoplasme. Conclure L ARN est une molécule qui passe du noyau au cytoplasme. Il peut donc transférer l information génétique contenue sur l ADN vers le cytoplasme où s effectue la synthèse des protéines. Cet ARN est appelé l ARNmessager. III. LA SYNTHESE DE L ARN Comment l information est transférée de l ADN à l ARN? Synthèse de l ARNmessager au contact de l ADN Chapitre 3 Expression du patrimoine génétique Page 4

5 Schéma d interprétation Les détails de la synthèse de l ARN Cette synthèse est appelée la transcription. Elle est catalysée une enzyme l ARNpolymérase qui ouvre la double hélice de la molécule d ADN. Les nucléotides mis en place sur la molécule d ARN sont complémentaires des nucléotides de l ADN. A U, C G, G C, T A. L information contenue sur un seul brin est transférée. Plusieurs molécules d ARN sont synthétisées à partir du même gène. Il y a amplification de l information IV. LE DEVENIR DE L ARN Page 54 document 1 Chapitre 3 Expression du patrimoine génétique Page 5

6 Interpréter ce document La séquence des bases azotées de l ARN n est pas exactement complémentaire avec la séquence de bases azotées du brin d ADN ayant servi de matrice. L ARN est plus court que le brin d ADN transcrit. Certaines parties de l ARN synthétisé ont disparu (les introns). Les parties conservées correspondent aux exons. Conclure Après sa synthèse l ARN subit une maturation par épissage avant d être exporté dans le cytoplasme Il peut exister un épissage alternatif. Certains exons peuvent aussi être éliminés. Un même ARN pré-messager peut donc être à l origine de plusieurs ARNm matures différents. V. LA SYNTHESE DES PROTEINES Le transfert de l information de l ADN à l ARN repose sur la complémentarité des bases azotées. A une base azotée de l ADN correspond une base azotée de l ARN. Qu en est-il lors du transfert de l information de l ARN (polymère de nucléotides) à la protéine (polymère d acides aminés). Il n y a que quatre bases azotées pour vingt acides aminés. La correspondance ne peut pas faire correspondre une base azotée de l ARN à un acide aminé. Page 52 document 1 A aa1 AA aa1 CA aa5 AAA aa1 C aa2 AC aa2 CC aa6 AAC aa2 G aa3 AG aa3 etc. AAG aa3 U aa4 AU aa4 AAU aa4 etc. 4 possibilités 16 possibilités 64 possibilités Chapitre 3 Expression du patrimoine génétique Page 6

7 Le code génétique permettant de faire correspondre un polymère de nucléotide à un polymère d acides aminés fait correspondre une séquence de trois nucléotides de l ARN à un acide aminé. Une séquence de trois nucléotides constitue un codon. Il y a 64 codons donc des codons différents correspondent à un même acide aminé. Il existe également un codon initiateur qui indique le début de la synthèse de la protéine et des codons stop indiquant la fin de la synthèse. Page 53 document 4 Schéma d interprétation Le ribosome se positionne au niveau du codon initiateur et se déplace le long de l ARNm. Au cours de ce déplacement il ajoute à la chaine polypeptidique l acide aminé correspondant au codon lu. Cette synthèse des protéines est appelée la traduction. Chapitre 3 Expression du patrimoine génétique Page 7

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