THEME 1 A. Chapitre 3 : expression du patrimoine génétique

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1 THEME 1 hapitre 3 : expression du patrimoine génétique

2 I LES ENES ONTROLENT L SYNTHESE DES PROTEINES - les protéines, des macromolécules essentielles aux cellules. (F n 7) Les fonctions essentielles des cellules (réactions chimiques, transmission de signaux, transports) et leur structure elle-même sont assurées par des molécules de structure complexe et chimiquement réactives : les protéines.

3 1) La composition d une protéine Une protéine est constituée par un ou plusieurs polypeptides. haque polypeptide est une chaîne d'acides aminés, petites molécules qui sont liées entre elles par des liaisons peptidiques. Exemple de protéine: la testostérone, l hémoglobine, l insuline

4 omposition de l insuline L insuline est une hormone produite par le pancréas découverte au 20eme siècle. Elle est hypoglycémiant c'est-àdire qu elle a pour rôle de faire baisser la glycémie. Une protéine est une molécule de grande dimension constituée d une succession d acides aminés, repliée dans l espace. En 1955, Frédéric Sanger décrit la structure chimique de l'insuline. est une protéine composée de 51 acides aminés, avec une chaîne de 21 acides aminés et une chaîne B de 30 acides aminés reliés par 2 ponts di sulfures, lui conférant une forme particulière.

5 2) qu est ce qu un acide aminé? Un acide aminé est une petite molécule constituée d un autour duquel s organisent des liaisons simples avec H, N, O Le radical va modifier les propriétés chimiques de l acide aminé. Il existe 20 aa différents. variable acide amine

6 3) L origine des acides aminés

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10 4) De l aa au polypeptide et à ses propriétés Lors de la formation d une protéine, les acides aminés se lient les uns aux autres par une liaison peptidique grâce à une réaction de condensation. D un a a on passe à 2 a a soit un DIPEPTIDE. Lorsqu une protéine est formée de plusieurs a a, on parle alors de POLYPEPTIDES. Un polypeptide ne conserve pas sa forme linéaire car les a a régissent avec leurs voisins selon leurs affinités chimiques; la protéine prend une forme spécifique qui lui confère ses propriétés. DON Les diverses propriétés d une protéine dépendent de l ordre précis dans lequel sont enchainés leurs acides aminés. Un plan de fabrication est donc nécessaire pour que les cellules produisent des protéines.

11 B- un gène, une protéine. 1) Expérience de transgénèse Une souris verte qui Le document ci-contre schématise quelques-unes des étapes permettant d'insérer un gène, prélevé chez un organisme, dans les cellules d'un autre organisme. ette technique de transfert de gène s'appelle la transgénèse. Les individus ayant reçu le gène sont des OM (Organismes énétiquement Modifiés). Lorsqu'on éclaire une souris modifiée par une lampe ultraviolette, la peau apparaît vert fluorescent mais les poils, qui sont des cellules mortes, restent sombres.

12 onclusion des expériences de transgénèse. Une séquence d DN entraine l expression d une protéine particulière.

13 2) Les expériences de mutations nalyse d une expérience historique: exp de Beadle et Tatum 1941 Relation gène protéine ette expérience montre que: La molécule qu il faut ajouter dans le milieu pour permettre la croissance de la souche mutée est celle que cette dernière est incapable de synthétiser. Elle indique donc que l enzyme est inactive: chaque gène muté détermine ainsi la synthèse d une enzyme. On aboutit au concept UN ENE, UNE PROTEINE.

14 3) Relation mutation acide aminé L idée un gène, une protéine a été ensuite affinée : - on a pu comparer la position des mutations sur un gène donné et la position des acides aminés sur la séquence de la protéine correspondante - On a constaté alors que l'enchaînement des acides aminés d'une protéine suit le même ordre que la succession de informations sur l'dn Expérience de harles Yanosfsky Il isole 16 mutants différents pour le gène du tryptophane et mène en parallèle 2 analyses: -La localisation des mutations dans l DN - le séquençage des a a de l enzyme sur chacun des mutants

15 Une succession de nucléotides sur l DN code pour une succession d a.a de la protéine correspondante. ette propriété se nomme la OLINETION gène/protéine ONLUSION Une protéine est une succession linéaire d acides aminés. ette succession est déterminée par l information contenue dans un gène, c est-à-dire une suite de nucléotides de l DN. insi, la séquence des nucléotides d un gène contrôle la séquence des acides aminés d une protéine.

16 II- DE L DN L ONSTRUTION DE L PROTEINE. 1 ) Des lieux différents. hez les eucaryotes, l'dn est toujours localisé dans le noyau cellulaire, séparé du cytoplasme par l'enveloppe nucléaire. et DN ne quitte le noyau OR la synthèse des protéines s effectue dans le cytoplasme. omment s effectue la transmission d informations nécessaires à la construction de la protéine?

17 2) L RN, un intermédiaire mobile. La synthèse des protéines est dirigée par l'information génétique grâce à des «copies» du gène à exprimer qui sont exportées du noyau vers le cytoplasme. es copies sont fabriquées dans le noyau, sous forme d'rn, une molécule très proche de l'dn cette étape est la transcription.

18 3) Du gène à la protéine schéma bilan omment la copie est elle traduite en protéine?

19 III- L TRNSRIPTION DE L'DN EN RN, PREMIERE ETPE DE L'EXPRESSION DES ENES 1) le transfert de l information génétique Désoxyribose Thymine 2 brins -Ribose - Uracile - Un seul brin

20 omparaison DN/RN

21 2) La transcription de l DN en RN dans le noyau L'RN est synthétisé dans le noyau, à partir de l'information contenue dans la séquence des nucléotides d'un gène. Il est ensuite transporté dans le cytoplasme. ette copie du gène exprimé, dont l'existence est temporaire (quelques heures), transmet l'information de l'dn du noyau vers le cytoplasme : elle est qualifiée pour cette raison d'rn messager (RNm).

22 La transcription nécessite l'action d'une enzyme, l'rn polymérase. u fur et à mesure de sa progression le long de l'dn, l'rnpolymérase incorpore des nucléotides libres, présents dans le noyau, par complémentarité avec l'un des brins de l'dn : se place en face de, en face de, en face de T et U en face de. Plusieurs RN-polymérases se succèdent le long d'un même segment d'dn et entament la fabrication «à la chaîne» d'rnm identiques entre eux et qui constituent autant de copies d'un gène.

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24 3) Le mécanisme de la transcription. Le brin d'rn ainsi produit est donc complémentaire du brin d'dn qui a servi de matrice, appelé brin transcrit. Par conséquent, le message de l'rn est identique à celui du brin non transcrit d'dn (à la différence du nucléotide U qui, sur l'rn, occupe la place du nucléotide T de l'dn). Brin transcrit= brin matrice= brin complémentaire à l RN

25 1 Une molécule d DN en cours de transcription Début de la transcription T T Brin non transcrit DN non transcrit U U T U T T U Brin transcrit T U 2 RN m en cours de synthèse RN polymérase (enzyme) Progression de la transcription Sens de déplacement de l RN polymérase T Nucléotides libres U U U U T T U T ppariements stricts des bases azotées au niveau de l DN U ppariement strict dénine/uracile lors de la synthèse de l RNm RN m en cours de synthèse Le mécanisme de la transcription de l DN en RN messager au niveau du noyau

26 IV- le système de correspondance entre nucléotides et a.a 1 Le système de lecture La «lecture» de l'information génétique se fait suivant un cadre de longueur fixe, constitué de trois nucléotides : un triplet de nucléotides (ou codon) code pour un acide aminé. Un codon = 3 nucléotide = 1 aa e système de correspondance codon / a.a est appelé le ODE ENETIQUE

27 2) Le code génétique est redondant. Il existe 4 nucléotides donc on peut former 4 3 codons soit 64 codons différents or il n y a que 20 a.a différents. 1 acide aminé correspond à plusieurs codons Le code génétique est donc redondant mais UNIVOQUE ( 1codon = 1 a.a) Le code génétique est le même pour toutes les espèces; il est UNIVERSEL

28 V- L TRDUTION DE L'RN MESSER EN PROTEINE 1) la localisation de la traduction La synthèse protéique est localisée dans le cytoplasme au niveau de structures appelées ribosomes. Les ribosomes sont formés: - d'une petite sous-unité, capable de reconnaître et de se fixer sur une molécule d'rnm - d'une grosse sous-unité, associée à la petite sous-unité et qui réalise l'assemblage des acides aminés.

29 2) La lecture de l RN et l assemblage Elongation de la chaine peptidique des acides aminés La lecture du codon stop La traduction débute toujours par un codon initiateur

30 RN Polymérase Enzyme DN 1 gène RNm Noyau Transcription Pore nucléaire Liaison peptidique RNm enveloppe nucléaire Traduction Petits RN ( 70 à 100 nucléotides) servant d intermédiaires entre RN m et les ribosomes Protéine RN t Sens de lecture Ribosome ytoplasme Membrane plasmique

31 3) conclusion Les ribosomes réalisent la synthèse des protéines à partir de l information de l RN messager. La traduction commence toujours par un codon d initiation U. Elle se poursuit de codon en codon, en ajoutant des acides amines correspondants, phénomène d élongation jusqu à la lecture du codon stop.

32 VI- du génome au «protéome». Le génome humain comporte environ 20 à gènes. Le «protéome» c est-à-dire l ensemble des protéines humaines sont bien plus importantes. ette découverte remet en cause le postulat historique : un gène, une protéine. omment expliquer cette différence?

33 1) Les gènes morcelés hez les eucaryotes, le gène n est pas directement transcrit en RN messager mais en un «RN prémessager» qui devra subir une opération qualifiée de maturation. Dans l RN pré messager, on trouve des parties codantes des parties non codantes. La maturation consiste à supprimer les parties non codantes ou introns pour fournir un RN messager exportable dans le cytoplasme. VOBULIRE: Partie codante: exon Partie non codante: intron

34 2) Un gène et plusieurs protéines. u cours de sa maturation, certaines séquences d RN pré messager sont sélectionnées au dépens d autres: Un RN pré messager donne naissance à plusieurs RN donc à plusieurs protéines. e mécanisme sélectif se nomme L EPISSE LTERNTIF. rn pré messager unique et épissage alternatif est fonction du type cellulaire mais aussi du moment où s exprime le gène. ette découverte remet en cause le postulat: un gène, une protéine; on devrait dire un gène, des protéines. Différents RN messager qui en découlent après l épissage

35 3) énome et évolution des espèces. Toutes les espèces n ont pas la même organisation de leur génome, on parle de morcellement du génome qui peut être plus ou moins important. L épissage joue donc un rôle dans l évolution des espèces. Le génome de levure contient une densité de gène plus importante, avec peu d introns. À l inverse, le génome humain a une densité de gènes faible, contenant une proportion d introns très importante. Le génome de drosophile est intermédiaire