La présentation est en train de télécharger. S'il vous plaît, attendez

La présentation est en train de télécharger. S'il vous plaît, attendez

Évolution et Diversité du Vivant

Présentations similaires


Présentation au sujet: "Évolution et Diversité du Vivant"— Transcription de la présentation:

1 Évolution et Diversité du Vivant
(101-NYA-05) Cours 3 Chapitres 16, 17, 18 et 19 Campbell, 3 e édition LES BASES MOLÉCULAIRES DE L’HÉRÉDITÉ DES GÈNES À LA PROTÉINE RÉGULATION GÉNÉTIQUE James Watson Francis Crick Bernadette Féry Automne 2008

2 Partie 1 : Les bases moléculaires de l’hérédité
Le manuel d’instructions des processus de la vie : l’ADN Des expériences majeures mènent les chercheurs à reconnaître que l’ADN est le matériel héréditaire Les chercheurs se lancent à la recherche de la structure de l’ADN Réplication de l’ADN Les erreurs de réplication peuvent être réparées Télomères, vieillissement et cancer

3 1. Le manuel d’instructions des processus de la vie : l’ADN
A) Des scientifiques découvrent la structure de l'ADN, le fondement matériel de l'hérédité (1953) L'équipe de Watson et Crick propose un modèle de l'ADN à partir des travaux de Rosalind Franklin Crick Watson WATSON, J. D. & CRICK, F. H. C. , (1953) « A Structure for Deoxyribose Nucleic Acid ». Nature, 171, p

4 L’ADN hérité de nos parents est notre génome
Génome de l’humain Contenu ADN de nos 46 chromosomes C) La capacité de l’ADN à se répliquer est le processus fondamental à la base de la perpétuation de la vie. Les enfants ressemblent à leurs parents, parce que l'ADN de ces derniers se réplique (se double) d'une manière précise avant d'être transmis d'une génération à l'autre. D) L’ADN dicte nos caractéristiques physiques (biochimiques, anatomiques, physiologiques) via nos protéines

5 2. Des expériences majeures mènent les chercheurs à reconnaître que l’ADN est le matériel héréditaire LIRE À partir des recherches de Morgan (1910) sur les chromosomes géants de drosophiles (une mouche), on savait que le matériel génétique devait être composé d'ADN, d'ARN ou de protéines mais on penchait pour les protéines. L'ADN semblait trop uniforme dans sa structure pour pouvoir expliquer la grande diversité démontrée par le vivant.

6 A) L'expérience de Griffith (1928)
La transformation des bactéries par l'ADN d’autres bactéries Matériel Deux souches bactériennes : pathogène et non pathogène Des souris La souche L (lisse) est pathogène parce que sa capsule la protège du système immunitaire de ses victimes. La souche R (rugueuse) est non pathogène car elle est dépourvue de capsule. Le système immunitaire la reconnaît et la détruit.

7 Bactéries pathogènes «tuées par la chaleur» Expérience
Un mélange de bactéries, pathogènes «mortes» et non pathogènes «vivantes», injecté à une souris la fait mourir. Bactérie non pathogène «vivante» Bactéries pathogènes «vivantes» Campbell (3eéd.) — Figure 16.2 : 320

8 Conclusion Les bactéries vivantes, non pathogènes, ont capté une substance provenant des bactéries pathogènes et se sont transformées en bactéries pathogènes ce qui a fait mourir l’animal. L'agent de transformation est héréditaire puisque les bactéries transformées en pathogènes se reproduisent en d'autres bactéries pathogènes. L'agent de transformation n'est probablement pas constitué de protéines car les protéines sont dénaturées par la chaleur. Ors, Griffith a utilisé la chaleur pour tuer les bactéries. On peut penser que l'agent de transformation est l’ADN. Transformation Modification du génotype (gènes) et du phénotype (gènes exprimés, apparence) due à l'assimilation par une cellule d'un ADN étranger.

9 B) Les travaux de l’équipe Avery (1944)
Déterminent que l'agent de transformation dans l’expérience de Griffith est véritablement l'ADN. Cherchent pendant 14 ans l'identité du matériel ayant transformé les bactéries de Griffith.

10 C) L’analyse de l’ADN par Erwin Chargaff (1947)
Preuve indirecte que l’ADN est le matériel génétique «héréditaire» puisque chaque espèce a sa propre composition en ADN Erwin Chargaff a analysé la proportion des bases dans l'ADN de plusieurs organismes différents et a tiré deux conclusions : Chaque espèce a sa propre composition d'ADN Dans l'ADN, il y a autant d'adénine que de thymine (A = T) autant de guanine que de cytosine (G = C) Ce sont les règles de Chargaff !

11 D) L'expérience d'Hershey et Chase (1952)
Une preuve de la programmation de cellules par l'ADN viral Matériel Deux groupes de virus (des phages) Groupe de virus ayant de l’ADN marqué au phosphore radioactif 32 (32P) Groupe de virus ayant des protéines marquées au soufre radioactif 35 (35S). Des bactéries ADN marqué Protéines marquées (Capsule virale, essentiellement)

12 Trois phages infectant une bactérie !
Tête du phage Queue Fibre caudale Injection de matériel génétique Campbell (3eéd.) — Figure 16.3 : 321

13 Le matériel héréditaire injecté par les virus aux bactéries est l'ADN.
Capsule marquée ADN marqué Expérience Les bactéries infectées par des virus aux protéines marquées (32P) ne deviennent pas radioactives mais celles infectées par des virus à l’ADN marqué (35S ) le devienne. 32P Conclusion 35S Le matériel héréditaire injecté par les virus aux bactéries est l'ADN. Taggart (1eéd.) — Figure 13.4 : 219

14 E) La variation de la quantité d’ADN lors de la division cellulaire
Preuve indirecte que l’ADN est le matériel génétique «héréditaire» puisque les chromosomes se doublent avant la division puis se répartissent également dans les deux cellules issues de la division Cette observation n’est pas si récente ! 1880 Edouard STARSBURGER décrit des particules facilement colorables (les chromosomes) qui se séparent en deux dans les cellules végétales. 1882 Walther FLEMMING décrit le même phénomène chez les cellules de larves d’amphibiens «division de particules dans le sens de la longueur».

15 1883 Edouard VAN BENEDEN observe quatre chromosomes dans l'oeuf d'un Ascaris mais seulement deux dans les gamètes qui ont produit cet œuf (loi de réduction chromatique). 1902 Theodor BOVERI et Walter SUTTON font des études de la méiose dans les cellules de la lignée germinale des insectes (cellules qui conduisent à la formation des gamètes). «Je peux finalement attirer l'attention sur la probabilité que l'association des chromosomes paternels et maternels dans les paires et leur séparation pendant la réduction chromatique [...] peut constituer la base physique des lois de l'hérédité mendélienne.» Sutton 1949 Colette et Roger Vendrely et André Boivin découvrent que les noyaux de cellules germinales contiennent la moitié de la quantité d'ADN que l'on retrouve dans les cellules somatiques (cellules du corps en général).

16 3. Les chercheurs se lancent à la recherche de la structure de l’ADN
A) Au début des années 1950 Les chercheurs sont convaincus que le support génétique est de l'ADN. Ils se lancent dans la course afin de découvrir sa structure tridimentionnelle : Pauling en Californie et l’équipe Wilkins / Franklin à Londres. À cette époque on connaît les constituants de l'ADN et la disposition de ses liaisons. Campbell (3eéd.) — Figure 16.5 : 322

17 LIRE B) Historique des connaissances sur l’ADN
1869 Friedrich MIESCHER isole la nucléine (ADN) pour la première fois — à partir de sperme de poisson et de cellules trouvées dans le pus des plaies ouvertes. 1871 Premières publications décrivant la nucléine par Friedrich MIESCHER, Felix HOPPE-SEYLER, et P. PLÓSZ. 1889 Richard ALTMANN rebaptise «nucléine» en «acide nucléique». 1929 Phoebus LEVENE identifie les éléments constitutifs de l'ADN, y compris les quatre bases azotées (A, T, G et C). 1949–1950 Erwin CHARGAFF publie ses travaux montrant que : le rapport A+T/C+G est variable selon les espèces mais constant entre les membres d'une même espèce peu importe l’espèce, les rapports A/T et G/C sont toujours égaux à 1 (autant de A que de T et autant de G que de C).

18 Radiographie de l'ADN par diffraction de rayons X
C) Watson et Crick élaborent un modèle de l’ADN à partir des travaux de Franklin (1953) 1953 Rosalind FRANKLIN démontre que l'ADN possède une structure hélicoïdale grâce à sa radiographie par diffraction de rayons X. Elle en conclue que les squelettes désoxyribose-phosphate sont à l'extérieur de la double hélice. Rosalind Franklin Morte à 38 ans d'un cancer Son équipe a reçu le prix Nobel en 1962 mais pas elle !!! Radiographie de l'ADN par diffraction de rayons X Campbell (3eéd.) — Figure 16.6 : 323

19 James WATSON et Francis CRICK proposent un modèle selon les conclusions de Franklin.
Watson plaça les bases azotées à l'intérieur d’une double hélice dans laquelle on retrouve toujours les paires A avec T et G avec C. Watson Le modèle : explique les règles de Chargaff laisse entrevoir comment l'ADN peut se répliquer. Publication dans la revue Nature en 1953 Prix Nobel (ainsi que Wilkins, collaborateur de Franklin) en 1962

20 A) Le monomère de la réplication est le nucléoside triphosphate d’ADN
4. Réplication de l’ADN Dédoublement de tout l'ADN avant la division cellulaire dans le but de transmettre les gènes, de génération en génération A) Le monomère de la réplication est le nucléoside triphosphate d’ADN Le nucléoside tri-P est chimiquement actif à cause des charges négatives des 3 groupes phosphate. Il se lie à l’ADN en formation en perdant deux groupes P (pyrophosphate). L’hydrolyse du pyrophosphate (en deux molécules de phosphate inorganique) dégage l'énergie nécessaire à la liaison du nucléotide à la chaîne d'ADN . Nucléoside tri-P i P Pyrophosphate Phosphates inorganiques P i P i

21 B) La réplication (concept de base)
Chaque molécule d'ADN se déroule et se sépare en deux brins qui vont servir de matrice pour la synthèse d'ADN (par bris des liens hydrogène). Des nucléosides triphosphates d'ADN, déjà synthétisés et présents dans le noyau, s'approchent des extrémités 3' des deux brins d'ADN en formation. Les nucléosides s'apparient aux bases de l'ADN par des liens hydrogène et selon les règles de complémentarité. L'ADN polymérase (un enzyme) libère le pyrophosphate de chaque nucléoside qui s'ajoute et utilise l'énergie dégagée par la réaction pour unir (polymériser) les nucléotides entre eux par des liens phosphodiester. Les deux nouvelles molécules d'ADN s’enroulent en une double hélice. Il y a maintenant deux nouvelles molécules d'ADN, là où il n'y en avait qu'une seule.

22 Lien phosphodiester Carbone 3’ du sucre ADN polymérase
Campbell (3eéd.) — Figure 16.9 : 325 Nouveau brin Brin matrice Lien phosphodiester Carbone 3’ du sucre ADN polymérase Nucléoside tri-P Campbell (3eéd.) — Figure : 328

23 Détail de la formation du lien phosphodiester lors de la réplication
Pas à l’examen

24 C) Taille du génome versus le temps de réplication
Bactérie Génome = un seul long chromosome «circulaire» Environ 4,6 millions de paires de nucléotides. Moins d'une heure pour la réplication Humain Génome = 46 chromosomes «linéaires» Environ 6 milliards de paires de nucléotides Quelques heures pour la réplication

25 D) Les yeux de réplication
Bactérie Une protéine reconnaît une séquence particulière de l'ADN (origine), s'y s'attache et le sépare en deux brins formant ainsi un oeil de réplication. La réplication se produit à partir de là jusqu'à ce que toute la molécule ait été recopiée. Origine de réplication Oeil de réplication Fin de la réplication Vitesse 500 nucléotides/ sec Campbell (3eéd.) — Figure : 378

26 Fourches de réplication
Humain Des centaines, voire des milliers d'yeux de réplication s'ouvrent sur chacun des chromosomes linéaires. La réplication se produit à l'extrémité de chaque oeil (fourche de réplication) jusqu'à ce que toute la molécule ait été recopiée et que les yeux de réplication se soient rejoints. Œil de réplication Fourches de réplication Oeil Vitesse 50 nucléotides/ sec Campbell (3eéd.) — Figure : 328

27 Le brin se copie en se dirigeant vers la fourche de réplication.
F) L'élongation d'un nouveau brin dans une fourche de réplication (FR) est antiparallèle Brin discontinu Chaque fois que la fourche s'ouvre un peu, un fragment d'ADN (fragment d'Okazaki) est recopié à partir de la matrice. Le brin se copie en s'éloignant de la fourche de réplication. 5’ Brin directeur ou continu Au fur et à mesure que la fourche s'ouvre (comme une fermeture éclair), les nucléosides s'ajoutent les uns après les autres. L’extrémité 3' du brin en formation est toujours disponible. Le brin se copie en se dirigeant vers la fourche de réplication. OH 3’ 5’ FR 3’ 3’ 5’ 3’ 5’ OH Longueur des fragments Bactéries : 1000 à 2000 nucléotides Eucaryotes : 100 à 200 nucléotides

28 G) Les enzymes impliqués dans la réplication (Procaryotes)
Les amorces des extrémités ne peuvent être remplacées car la polymérase n’a pas d’extrémité 3’ pour «s’agripper». À chaque réplication, l’ADN raccourcit. (8) Les hélicases déroulent l’ADN (1) 3’ Des protéines stabilisent les deux brins déroulés (2) 5’ 5’ 3’ L’ADN ligase soude les fragments (7) L’ADN polymérase III allonge les brins (5) 5’ Une amorce d'ARN est synthétisée au début de chaque nouveau brin (3) 3’ L’ADN polymérase I remplace les amorces d'ARN par de l'ADN (6) L'amorce est produite par l'ARN primase (4) Campbell (3eéd.) — Figure : 331

29 H) Résumé des outils de la réplication
Enzymes : ADN polymérase III, ADN polymérase I, ADN ligase, ADN primase, hélicases et protéines stabilisatrices Sens de la réplication : 5' vers 3' (extension de l’extrémité 3’ de l’amorce) Précurseurs de la réplication : dATP, dGTP, dCTP et dTTP désoxy pour le sucre désoxyribose guanosine adénosine pour la base adénine thymidine triphosphate pour les trois groupes phosphate cytidine

30 5. Les erreurs de réplication peuvent être réparées
De nombreuses erreurs d'appariement se produisent lors de la réplication de l’ADN : 1 erreur par paires de bases. Cependant, l’ADN polymérase III se relie et corrige ses fautes «correction d’épreuve, frappe arrière du clavier». Il reste, en moyenne,1 erreur par 10 milliards de paires de bases. Les erreurs ayant échappé à la vigilance de la polymérase sont réparées par les nombreux enzymes de réparation de la cellule : environ 100 chez la bactérie E. coli et au moins 130 chez l’humain.

31 Un enzyme de réparation découpe le morceau défectueux.
Mauvais appariement (Ici, un dimère de thymine, une anomalie courante causée par les rayons UV.) Un enzyme de réparation découpe le morceau défectueux. La polymérase III restaure l’ADN. La ligase achève le travail. Campbell (3eéd.) — Figure : 332

32 Les altérations de l’ADN ne sont pas juste causées par des erreurs de réplication !
Les substances réactives présentes dans l’environnement (agents physiques : radioactivité, rayons X, rayons ultra-violets et agents chimiques : substances analogues aux bases azotées) ainsi que les modifications chimiques spontanées qui se produisent dans la cellule peuvent altérer les nucléotides . Tous ces changements sont corrigés avant qu'ils ne soient transmis aux cellules descendantes. Chaque cellule surveille et répare son matériel génétique en permanence. Lorsque le dommage est trop important (irréparable), la cellule se suicide «apoptose».

33 6. Télomères, vieillissement et cancer
Les télomères sont des rallonges aux bouts de l’ADN (des multiples de nucléotides de même séquence : TTAGGG chez l'humain). La plage des télomères s’érode à chaque «marée» réplicative. Plus elle diminue, avec les années, plus on s’approche des «maisons» : les gènes. On vieillit. «Lorsque les télomères deviennent trop courts et avant que les gènes ne soient affectés … les cellules stoppent leur division et entrent en sénescence». Source Télomère Portion «utile» Amorce non remplacée Amorce ARN Campbell (3eéd.) — Figure : 333

34 Un cas ! Dolly, la célèbre brebis clonée(1) en 1996, le premier clone d’un mammifère, est morte prématurément à 6 ans et demi après avoir commencé à manifester des signes de vieillissement dès l'âge de 5 ans 1/2. Une brebis vit normalement de 11 à 12 ans. Des recherches ont montré que les télomères de Dolly étaient anormalement courts pour son âge. La mère de la brebis, Belinda, avait six ans lors de son clonage. La cellule utilisée avait donc des télomères assez courts. Dolly est née «vieille». (1) Par l'équipe de Keith Campbell et Ian Wilmut au Roslin Institute à Édimbourg en Écosse. (Wikipedia)

35 Rôle possible des télomères !
Protéger l'organisme contre le cancer (une prolifération de cellules anormales) : après une certain nombre de divisions, les cellules meurent et le cancer disparaît. Par contre, on a trouvé de la télomérase dans les cellules cancéreuses ! De la télomérase dans les cellules reproductrices ! Les cellules reproductrices — spermatozoïdes et ovules — ont des télomères de longueur maximale car les cellules(2) qui les produisent ont de la télomérase, une enzyme qui restaure les télomères. (2) Les cellules reproductrices sont issues des cellules de la lignée germinale : cellules situées dans les ovaires et les testicules.

36 Partie 2 : Du gène à la protéine
Les gènes (l’ADN) dictent les caractères physiques de l’individu via les protéines À la découverte du lien entre les gènes et les protéines Principes généraux de l’expression des gènes L’information génétique est codée : le code génétique Étude de la transcription : synthèse de l’ARN à partir de l’ADN (via l’ARN polymérase) Étude de la traduction : synthèse d’un polypeptide à partir de l’ARNm (via les ARN du ribosome) Précisions quant à la synthèse protéique Mutations et mutagènes

37 7. Les gènes (l’ADN) dictent les caractères physiques de l’individu via les protéines
Comment les gènes dictent-ils l’aspect physique d’un organisme ? C’est en dictant la synthèse des protéines de l’organisme. Les protéines sont de niveau moléculaire mais elle s’expriment physiquement dans notre apparence (elles deviennent visibles «en quelque sorte»). Ainsi, elles déterminent des caractères comme la couleur des cheveux, le groupe sanguin et la longueur de la tige des pois. Les protéines représentent donc le lien entre le génotype (les gènes) et le phénotype (les caractères apparents). «Nous sommes le reflet de nos protéines et nos protéines sont codées dans nos gènes !»

38 LIRE À la découverte du lien entre les gènes et les protéines
Revenons à l’époque de Watson et Crick ! Nous sommes en On sait, sans contredit, que l’ADN est le matériel héréditaire (expérience «déterminante» d’Hershey et Chase —1952) et on connaît sa structure en double hélice (modèle de Watson et Crick— 1953). On ne sait cependant pas comment çà marche ? Comment l’ADN dicte-il l’aspect physique d’un organisme ? Bientôt, on va découvrir le lien «ADN et protéines».

39 A) Un peu d’historique concernant la terminologie utile
1889 Hugo De VRIES publie une théorie de l'hérédité semblable à celle de Mendel (1866) et impliquant des particules élémentaires «les pangènes». 1902 William BATESON appelle «allèles» les différentes versions d'une unité responsable d'un caractère : un individu qui possède les deux mêmes versions d'un allèle est «homozygote», s'il a deux versions alléliques différentes il est «hétérozygote». Il utilise en 1905 le mot «génétique» pour désigner la science qui étudie l'hérédité, c'est-à-dire la transmission des caractères et leurs variations. 1909 Wilhem JOHANNSEN dénomme « gènes » les particules de l'hérédité proposées par Mendel.

40 B) Archibald GARROD établit, pour la première fois, une corrélation «un gène — enzyme» grâce à l’observation d’une maladie génétique : l’alcaptonurie ( ) GARROD, quasi 50 ans avant que l'ADN ne soit reconnu comme étant le matériel héréditaire, comprend qu’il y a un lien entre les gènes et les enzymes (des protéines catalytiques). Source En 1902, au St Bartholomew's Hospital (Londres), il observe un jeune garçon atteint d'alcaptonurie , une maladie dans laquelle l'urine du malade vire au noir en présence d'air. Dans la même famille, un autre enfant naît avec la même maladie. Il étudie d'autres cas et conclut qu'un malade devait avoir reçu deux gènes de la maladie. Il suggère que la déficience enzymatique soit due à une anomalie du gène responsable de la synthèse de cette enzyme. Il publie ses observations en 1909 dans «Les erreurs innées du métabolisme», où il avance une explication similaire pour plusieurs maladies génétiques : albinisme, cystinurie et pentosurie. Source

41 Travail de plusieurs années !
C) BEADLE et TATUM généralisent l'hypothèse de GARROD grâce aux mutants métaboliques de Neurospora crassa (1941—1946) Travail de plusieurs années ! Edward Lawrie Tatum ( ) Matériel : La moisissure rouge du pain, un champignon filamenteux, très ramifié (Neurospora crassa) sexuée par ascospore asexuée par conidie George Wells Beadle ( ) Le champignon se reproduit de deux façons : Source Source

42 Résumé «grosso-modo» de leurs expériences :
Ont créé des mutants en bombardant le champignon de rayons X puis ont cherché parmi les survivants des mutants incapables de se développer sur des milieux de culture dits «minimaux» mais capables de le faire sur des milieux de culture dits «enrichis». Ont sélectionné, parmi ces mutants, ceux qui étaient capables de se développer sur un milieu enrichi d'arginine (un acide aminé). Parmi les mutants pour l'arginine, ont identifié trois souches incapables de synthétiser l'arginine, mais chacune pour une raison différente. Ont fait différents tests de croissance. Le regroupement des expériences leur a permis de voir la correspondance entre une mutation génétique donnée et la disparition d'une fonction enzymatique nécessaire à l'accomplissement d'une voie métabolique.

43 Expérience (3) mutants pour l’arginine Souche «sauvage» Mutant I
Mutant II Mutant III Ø enzyme pour transformer le substrat en ornithine MM Milieu minimal MM + ornithine Ø enzyme pour transformer l’ornithine en citrulline MM+ citrulline Ø enzyme pour transformer la citrulline en arginine MM+arginine Les souches mutantes poussent dans ces milieux. La souche sauvage pousse dans tous les milieux. Campbell (3eéd.) — Figure 17.2 : 339

44 Conclusions Des mutations peuvent conduire à la modification d'enzymes qui ne fonctionnent plus correctement. Un gène a pour fonction de commander la production d'une enzyme spécifique (une protéine). L'hypothèse de Beadle et Tatum, un gène-un enzyme, n'est plus tout à fait vraie car : les gènes déterminent les protéines en général, pas juste les enzymes certaines protéines sont faites de plusieurs chaînes polypeptidiques qui se regroupent alors que d’autres sont issues d’une chaîne qui se fragmente plusieurs gènes codent pour des molécules d'ARN qui ne sont pas traduites en protéines On devrait plutôt dire : un gène —une molécule d'ARN.

45 9. Principes généraux de l’expression des gènes
A) Les étapes L’expression génique se fait en 2 étapes : la transcription et la traduction Transcription Synthèse d'ARN messager (ARNm) sous la direction de l'ADN. On passe du langage ADN au langage ARN (langage semblable de «nucléotides») La transcription produit aussi d’autres types d’ARN (de transfert, ribosomique, petit ARN nucléaire…) ayant divers rôles. Traduction Synthèse d'un polypeptide à partir d’un ARN messager. On passe du langage ARN au langage des protéines : les acides aminés.

46 B) Différences générales de la transcription et de la traduction chez les cellules Procaryotes et Eucaryotes Bactérie (cellule procaryote) La transcription et la traduction se produisent quasi simultanément dans le compartiment de la zone nucléoïde. La transcription produit un ARNm mature, traduit immédiatement en chaîne polypeptidique «dans les ribosomes de la zone nucléoïde». Processus très très rapide. Cellule eucaryote La transcription et la traduction se produisent l'une après l'autre dans le compartiment du noyau puis dans le compartiment du cytoplasme. La transcription produit un ARNm immature « transcrit primaire — ARNpm » qui doit subir des transformations pour devenir un ARNm. L’ARNm passe ensuite du compartiment du noyau vers le compartiment du cytoplasme afin d’être traduit en chaîne polypeptidique «dans les ribosomes». Tous les types d'ARN sont d’abord des «transcrits primaires». Processus beaucoup plus long.

47 Bactérie Cellule eucaryote ADN ADN Transcription ARNpm Transcription
Noyau Transcription Transcription ARNpm ARNm Traduction Maturation ARNm Traduction Ribosome Cytoplasme Chaîne polypeptidique Ribosome Chaîne polypeptidique Campbell (3eéd.) — Figure 17.3 : 340

48 Transcription et traduction simultanée dans une bactérie
ADN (en train d’être transcrit en ARNm par plusieurs polymérases) ARN polymérases ADN Ribosomes ARNm (en voie d’être traduit en une chaîne polypeptidique par plusieurs ribosomes) Campbell (3eéd.) — Figure : 356

49 10. L’information génétique est codée dans le code dit «génétique»
A) Le code génétique, un code à triplets, est qualifié de code car il doit être décrypté en acides aminés Le code Est formé de triplets de nucléotides ADN : les génons. Le décryptage 1) Les génons sont déchiffrés en triplets de nucléotides d’ARNm : les codons. 2) Les codons sont déchiffrés en triplets de nucléotides d’ARNt (ARN de transfert) : les anticodons. 3) Les anticodons sont déchiffrés en «acides aminés». Au cours de la transcription, un seul des deux brins d'ADN est transcrit en ARN — dit « brin codant». L’autre brin est dit «non codant». Un brin codant pour un gène donné peut servir de brin non codant pour un autre gène.

50 ADN A G T U C A A G U Ser Brin codant de l’ADN GÉNON
Brin ARNpm ou ARNm U C A CODON Brins ARNt A G U ANTICODON Ser Polypeptide Acide aminé Campbell (3eéd.) — Figure 17.4 : 341

51 Le seul qui doive être appelé code génétique.
Par convention, le terme «code génétique» est restreint à la liste des codons (ARNm) et des acides aminés qu’ils déterminent. Le seul qui doive être appelé code génétique. Tous autres correspondances , bases ADN avec bases ARN ou bases ADN et acides aminés, ne doivent pas être appelées ainsi. C) Soixante quatre (64) codons d'ARNm ont été identifiés par les chercheurs ( ) 61 codons codent un acide aminé un codon signale le début de la traduction (codon de départ) mais aussi code pour l'acide aminé «méthionine» — ainsi, toutes les chaînes polypeptidiques commencent par la méthionine trois codons indiquent la fin de la traduction (codons d'arrêt) — aucun acide aminé peut être ajouté lors de la lecture de ces codons

52 D) Le dictionnaire du code génétique (64 codons et leurs acides aminés)
61 codons codent un acide aminé 3 codons ne codent pas d’acides aminés et servent de codons d’arrêt 1 codon code la méthionine et sert de codon de départ Campbell (3eéd.) — Figure 17.5 : 342

53 E) Le code génétique est redondant (code dégénéré)
Plusieurs codons codent le même acide aminé bien qu’un seul «à la fois» soit nécessaire pour la mise en place de l’acide aminé dans la protéine. Rôle de la redondance Minimise les effets néfastes des mutations ! Si un changement dans l’ADN (mutation) entraîne la mise en place d’un autre codon mais que ce dernier code pour le même acide aminé que le codon d’origine, alors, la mutation ne s’exprime pas «silencieuse».

54 F) Code ponctué et cadre de lecture
Ce code est parfois dit ponctué à cause de ses codons de départ et d'arrêt. (Lettre majuscule et point final de la phrase.) Le codon de départ ou d'initiation (AUG) définit ce que l'on appelle le cadre de lecture ; en effet, il suffit d'un décalage d'une base pour que les mots soient différents. G) Le code génétique est quasiment universel Presque tous les vivants ont les mêmes codons codant pour les mêmes acides aminés à quelques exceptions près : certains unicellulaires (paramécie), les mitochondries et les chloroplastes ont quelques codons qui ne codent pas les mêmes acides aminés. Cette quasi universalité du code génétique nous rappelle que nous avons une origine commune.

55 A) Les composants moléculaires de la transcription
11. Étude de la transcription : synthèse de l’ARN à partir de l’ADN (via l’ARN polymérase) A) Les composants moléculaires de la transcription Le gène à transcrire ou l’unité de transcription (3 parties) : Le promoteur (plusieurs douzaines de nucléotides en amont du gène). Sert de point d’ancrage pour l’enzyme de transcription, spécifie le début de la transcription (ajout du premier nucléotide). Une partie codante ; plus précisément le brin codant ADN. Matrice pour la synthèse de l’ARN La région terminale (plusieurs douzaines de nucléotides en aval du gène). Libère l’ARN synthétisé et l’ARN polymérase. L’enzyme de transcription : l'ARN polymérase Les nucléosides triphosphate d’ARN ATP (adénosine triphosphate), UTP (UridineTP), GTP (GuanosineTP) et CTP (CytidineTP).

56 B) La transcription du gène produit un transcrit d’ARN (un fidèle reflet de l’unité de transcription)  Amont Aval  UNITÉ DE TRANSCRIPTION (ADN) 5’ 3’ Promoteur Brin non codant du gène Brin codant du gène Région terminale 3’ 5’ GD GA Génons DÉPART DE LA TRANSCRIPTION LE TRANSCRIT (ARN) 5’ 5’UTR 3’UTR 3’ Copie d’une partie du promoteur Copie de la région terminale CD CA Codons Copie du brin codant (portion de l’ARN qui sera traduite en polypeptide) GD : génon de départ GA : génon d’arrêt CD : codon de départ CA : codon d’arrêt UTR = UnTranslated Region = région non traduite

57 C) Le processus de la transcription
Initiation L’ARN polymérase se lie au promoteur du gène. Les deux brins d'ADN se déroulent à cet endroit (bris des liens hydrogène) et la transcription commence. Élongation Dans le sens 5’-3’ De manière antiparallèle par rapport à l’ADN copié De façon complémentaire La polymérase déroule le brin codant et expose 10 à 20 bases à la fois. Des nucléosides tri-P d'ARN (synthétisés dans le cytoplasme puis entrés dans le noyau) s'apparient aux bases (A U et G C). Une fois appariés, les nucléosides sont polymérisés par des liens phosphodiester. Derrière la vague de synthèse, l'ARN se détache et l'ADN se réenroule. Terminaison La transcription se poursuit jusqu'à la fin de la région terminale. Le transcrit d’ARN et la polymérase sont libérés.

58 Schéma résumé de la transcription
Initiation ARN polymérase Élongation 3’ Terminaison 5’ Campbell (3eéd.) — Figure 17.7 : 343

59 Notez bien La transcription se produit seulement quand la cellule a besoin d’une protéine particulière ou d’un ARN particulier, autre que l’ARNm. Spécification quant à l’enzyme de transcription : ARN polymérase chez les Procaryotes et ARN polymérase II chez les Eucaryotes (les Eucaryotes ont aussi de l’ARN polymérase I et III) . Fixation de l’enzyme au promoteur : directement chez les Procaryotes et par l’intermédiaire de facteurs de transcription chez les Eucaryotes Détachement de la polymérase : en même temps que l’ARNm des Procaryotes mais après la libération de l’ARNpm des Eucaryotes (l’enzyme continue sur une centaine de nucléotides, environ la zone qu’il couvre). Pas de correction d'épreuve par l’ARN polymérase comme le fait l’ADN polymérase. Vitesse de transcription des Eucaryotes = ± 60 nucléotides /sec. L’ARNm est une petite molécule (copie d’une petite portion d’ADN). L’ARNm est constitué d’une chaîne de nucléotides car il est fabriqué par copie d’un seul brin : le codant. Taux des erreurs de transcription  environ 1 base /100 bases Un gène peut être transcrit simultanément par plusieurs polymérases.

60 D) Maturation du transcrit des Eucaryotes
Le transcrit primaire des Eucaryotes subit des transformations avant sa traduction : ajout d’une coiffe, ajout d’une queue et coupures. Modification des extrémités du transcrit Rôles des extrémités modifiées Ajout d’une coiffe de guanosine méthylée (— CH3) à l’extrémité 5’ . Mise en place rapide, avant même la fin de la transcription. Aident la fixation de l’ARNm à un ribosome dans le cytoplasme. Facilitent le transport de l'ARNm mature vers l’extérieur du noyau. Semblent contribuer à protéger l'ARNm de la dégradation enzymatique. Ajout d’une queue poly-A à l’extrémité 3’ (de 50 à 250 nucléotides d’adénine). Dès la fin de la transcription, avant même que l’ARN ne quitte le noyau.

61 Un groupement méthyle «CH3» est ajouté en position —7 de la guanine
Brin de l’ARNm ou plus précisément de l’ARNpm. Coiffe 5’ Segment codant pour la protéine Queue poly-A M7-Gppp 5’UTR 3’UTR Codon de départ Codon d’arrêt Modification des extrémités du transcrit Campbell (3eéd.) — Figure 17.7 : 345 Notez bien. Les groupes phosphate de la coiffe font partie intégrante du transcrit primaire. Ils sont cependant inclus dans les modifications complexes qui mènent à la coiffe.

62 Coupure des introns du transcrit «épissage»
Le transcrit contient des sections non codantes (les introns) et des sections codantes (les exons). L'épissage consiste à enlever les introns puis à recoller les exons. Les introns restent à l'intérieur du noyau puis sont dégradés. La longueur moyenne du transcrit est d’environ 8000 nucléotides. Après l’épissage, il mesure environ 1200 nucléotides ce qui suffira à coder une protéine de taille moyenne de 400 acides aminés. Rôle de l’épissage Permet à un gène de coder pour plusieurs polypeptides. En effet, le regroupement des exons selon diverses combinaisons produit divers ARN aboutissant à des chaînes polypeptidiques différentes. L'épissage différentiel explique pourquoi il y a beaucoup plus de sortes de protéines que de gènes (± pour ± gènes  humain).

63 Le segment codant de l’ARNm est raccourci.
5’UTR ’UTR E I Exon Intron Exon I Intron m7Gppp AAA…AAA Le segment codant de l’ARNm est raccourci. Épissage du transcrit Campbell (3eéd.) — Figure : 346

64 Gène à transcrire (brin codant de l’ADN)
Résumé I Intron 5’ UTR E Exon 3’ UTR CA CD AUG AAAAAAAAAAA Gène à transcrire (brin codant de l’ADN) ARNpm Transcription Maturation de l’ARN Ajout coiffe 5’ et queue 3’ Traduction Épissage ATT ACT ATC UAA UGA UAG Polypeptide (Chaîne d’acides aminés) ARN m «mature» NOYAU CYTOPLASME 3’ Promoteur Région terminale 5’ GA GD TAC Coiffe (guanine) Queue poly-A @ Féry ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| M7•G I = Intron Région non codante E = Exon Dans ce schéma nous avons (6) codons dans l’ARNm mais (5) acides aminés dans le polypeptide. Le codon d’arrêt marque la fin de la traduction.

65 A) Les composants moléculaires de la traduction
12. Étude de la traduction : synthèse d’un polypeptide à partir de l’ARNm (via les ARN du ribosome) A) Les composants moléculaires de la traduction Le brin d'ARN messager (mâture). Contient les codons qui déterminent la liste des acides aminés de la chaîne polypeptidique. Des acides aminés. De nombreux exemplaires des 20 types d'acides aminés (a.a.) sont présents dans le cytosol. La plupart proviennent des voies anaboliques mais huit d’entre eux doivent absolument être absorbés dans la nourriture car le corps ne peut les fabriquer. Des ARN de transfert (ARNt). Acheminent les acides aminés du cytosol vers le ribosome. Un ribosome. Contient l’ARNr (ribosomique) et les protéines enzymatiques nécessaires à la polymérisation (ou union) d’acides aminés en polypeptide.

66 Notez qu’il y a au moins deux codons de terminaison et même plus !
B) La traduction de l’ARN messager produit un polypeptide. Le polypeptide reflète ainsi l’ARNm ! (L’ARNm reflète, quant à lui, le brin codant de l’ADN.) ARNm «ARN mature» 5’UTR CD Codons CA 3’UTR M7•G AAA… AUGCUUCAGAGGCUGUAA Quelle est la séquence de ce polypeptide ? (Servez-vous du dictionnaire du code génétique) Signal de fin de traduction Met— Leu— Gln— Arg— Leu Notez qu’il y a au moins deux codons de terminaison et même plus !

67 C) Résumé de la traduction (concept de base)
La molécule d'ARN messager se fixe à un ribosome. L'ARNm traverse le ribosome, codon par codon. Chaque fois qu'un codon est lu par le ribosome, une molécule d'ARN de transfert spécifique (ARNt) apporte un acide aminé spécifique — via son anticodon(1) et via des liaisons H — en respectant les règles de complémentarité A/U et G/C Pour déterminer l’acide aminé apporté par un ARNt, il faut utiliser le dictionnaire du code génétique. Ainsi, l'ARNt ayant l'anticodon AAA porte la phénylalanine car le dictionnaire nous dit que le codon appariable avec cet anticodon « UUU» code pour cet acide aminé. Chaque dépôt d'acide aminé dans le ribosome est suivi de son union avec la chaîne polypeptidique en formation, via une liaison peptidique. Quand tous les codons ARNm ont été lus, la chaîne est terminée. (1) Anticodon : triplet de nucléotides ARNt complémentaire à un codon ARNm

68 Polypeptide en formation
Acides aminés ARNt LP Ribosome 3’ Anticodon 5’ ARNm 5’ 3’ LP : Lien peptidique Codon

69 D) L’ARN de transfert, un des composants moléculaires de la traduction
Origine de l'ARN de transfert (ARNt) Produit par transcription de l'ADN. Le brin d'ARN (environ 80 nucléotides de long) quitte le noyau et va dans le cytosol chez les cellules eucaryotes. Une navette à acide aminé Se lie à l'acide aminé qui lui est spécifique puis l’apporte au ribosome. Redevenu libre, il retourne se lier à un autre acide aminé et le rapporte encore. Recommence plusieurs fois avant d'être dégradé. Repliement de la molécule et forme Le brin se replie à cause d'appariement entre certaines bases complémentaires via des liaisons hydrogène. Cela lui confère une forme tridimentionnelle : un «L» inversé.

70 La molécule possède trois boucles jouant chacune un rôle.
En écrasant l’ARNt, la molécule prend la forme d’un trèfle. Les trois feuilles du trèfle (trois boucles) jouent des rôles importants. Site de liaison pour un acide aminé «spécifique» Boucle pour l’enzyme aidant la liaison de l’ARNt à son acide aminé A C C Des bases inhabituelles empêchent les appariements en créant des boucles. Boucle qui se fixe au ribosome Boucle contenant l’anticodon. Partie spécifique à chaque type d’ARNt, le reste de la molécule étant identique pour tous ARNt. 3’ — AAG — 5’ Campbell (3eéd.) — Figure : 349

71 Deux rôles de l’ARNt Acide aminé «activé»
a.a. ENZYME Se lier à son acide aminé spécifique (à son anticodon) Avec l’aide de l'enzyme : aminoacyl- ARNt synthétase et l'énergie de l'ATP. Comme il existe 20 types d’acides aminés différents, il faut autant d'enzymes différents dans la cellule, soit un par acide aminé. Porter cet acide aminé dans le ribosome Via l'association de l'anticodon au codon approprié de l'ARN messager. Acide aminé «activé» ARNt Libération du reste de l’ATP : de l’AMP ARNt lié à son acide aminé spécifique Campbell (3eéd.) — Figure : 350

72 LIRE Relâchement des règles d’appariement : Environ 45 sortes d’ARNt différents dans la cellule suffisent à reconnaître les 61 codons codants d’ARNm. À cause du relâchement des règles d’appariement. A G La base U peut s’apparier avec A ou G en troisième position. L’inosine (une base azotée inhabituelle) peut s’apparier avec A, U ou C en troisième position. A U C

73 E) Les ribosome, l’organite où se produit la traduction
Structure du ribosome Formé de deux sous-unités — chacune contient des protéines et de l'ARN ribosomique (ARNr). Le deux tiers du ribosome est constitué d'ARNr. Modèle informatisé d’un ribosome bactérien 3 filaments ARNr Polypeptide en voie de synthèse ARNm Petite sous-unité Grosse sous-unité Ribosome procaryote 70S Plus petit Grosse sous-unité 50S : 2 filaments ARNr et 31 protéines Petite sous-unité 30S : 1 filament ARNr et 21 protéines Ribosome eucaryote 80S Plus gros Grosse sous-unité 60S : 3 filaments ARNr et 50 protéines Petite sous-unité 40S : 1 filament ARNr et 33 protéines S est une constante de sédimentation : elle reflète la masse des ARN r Campbell (3eéd.) — Figure : 351

74 Origine des ARN ribosomiques (ARNr)
Produits par transcription de certains gènes de l'ADN (ADN de la chromatine mais aussi, ADN dans le nucléole). Les transcrits subissent de la maturation. Production des sous-unités des ribosomes et exportation vers le cytosol L'assemblage des petits ARNr et des protéines (venues du cytosol) en sous-unités ribosomiques est fait par le nucléole. Les sous-unités sont exportées, individuellement, vers le cytosol. Se regroupent en ribosome fonctionnel lorsqu'ils se fixent à une molécule d'ARN messager.

75 Site P (site peptidyl-ARNt) — retenue de l'ARNt lié au polypeptide
La structure du ribosome reflète sa fonction qui est de rapprocher l’ARNm et les ARNt porteurs d'acides aminés Le ribosome contient quatre sites de liaisons : Grosse sous-unité Site P (site peptidyl-ARNt) — retenue de l'ARNt lié au polypeptide Site A (site aminoacyl-ARNt) — ajout de l'ARNt chargé d’un acide aminé Site E (site de sortie) — sortie de l'ARNt « vidé» de sa charge Petite sous-unité Site pour l’ARNm ou « site M » — agrippe l'ARNm au tout début de la traduction Site M : Utilisé pour faciliter l’étude mais n’est pas utilisé dans le volume !

76 Polypeptide en formation
Lien peptidique Polypeptide en formation Site P Retient l’ARNt lié au polypeptide en voie de synthèse. Acide aminé E P A M Site A Retient l’ARNt qui s’ajoute. Site E Permet la sortie de l’ARNt ayant fini «sa job». Site M Agrippe l’ARNm au tout début de la traduction Campbell (3eéd.) — Figure : 351

77 Rapproche l'ARNm et les ARNt.
Les rôles du ribosome Rapproche l'ARNm et les ARNt. Place le nouvel acide aminé «dans le bon sens» : le groupement amine près du carboxyle du polypeptide. Catalyse la liaison peptidique entre les acides aminés qui s'ajoutent les uns à la suite des autres. H H | | HN — C — RX | C = O O H H | | H N — C — RX | C = O O H H | | N —C — RX | C = O O H RX H RX H H H H I I I I I I I I H— N— C— C— N— C— C— N— C — C — N— C— C I II I II I II I II H O H O RX O RX O 3’ 3’ 3’ 5’ Acide aminé 3’ 5’ Site P Site A AGC Site E CCC UUU AAA AGC UCG 3’ 5’                              

78 F) Les trois étapes de la traduction
Transformation des codons de l’ARNm en une chaîne polypeptidique. Requiert de nombreux facteurs protéiques. Consomme l’énergie de la GTP (guanosine triphosphate) Requiert l’activité enzymatique des ARN ribosomiques. Initiation Étape la plus longue et la plus complexe. Élongation Chaque cycle d’élongation lit un codon et ajoute un acide aminé à la chaîne polypeptidique. Terminaison Libère tous les «acteurs moléculaires de la traduction ainsi que le produit final «le polypeptide».

79 INITIATION Grosso modo :
L’ARNt d’initiation porteur de la méthionine «modifié par un groupement formyl» s’installe dans la petite sous-unité. La petite sous-unité branche l’ARN m dans son site «M» puis se déplace vers le «CD». L’ARNt d’initiation se lie au codon de départ via son anticodon. Il est au site «P». La grosse sous-unité se fixe ensuite (grâce à l’énergie de la GTP). INITIATION Groupe formyl Méthionine O H O I C — NH — C — C H R O F• Met— ARNt 3’ Au site P ARNt d’initiation Anticodon GTP GDP Site «M» E A CD Ribosome Campbell (3eéd.) — Figure : 352

80 1 ÉLONGATION 3 3’ 5’ Lien peptidique
Reconnaissance d’un codon Un aa•ARNt s’ajoute au site A. 1 ÉLONGATION Durée : ± 0,1 sec Le ribosome et l’ARNm bougent dans le sens contraire. Début d’un nouveau cycle E A 3’ 5’ Lien peptidique P Translocation La chaîne•ARNt du site A passe au site P. Le site A est maintenant libre. L’ARNt du site P, ayant fini sa «job», passe au site E puis se libère. 2 GTP 2 GDP  ARNm Ribosome  E A Le nouvel acide aminé est dans la chaîne. E P A P 3 Liaison peptidique Le lien se forme entre l’a.a. qui s’ajoute et la chaîne en formation. Transfert de la chaîne sur l’ARNt du site A. Catalyse par l’ARNr. 2 GDP GTP E A P Campbell (3eéd.) — Figure : 353

81 TERMINAISON 3 2 1 Les sous-unités du ribosome et l’ARNm sont libérés.
Facteur de terminaison E P A A P Codon d’arrêt UAG, UAA ou UGA Les sous-unités du ribosome et l’ARNm sont libérés. 3 Le ribosome lit le codon d’arrêt. Une protéine de terminaison se lie au site A. Le facteur de terminaison hydrolyse le lien qui relie le polypeptide à l’ARNt. Le polypeptide se détache ainsi que le dernier ARNt. 2 1 Campbell (3eéd.) — Figure : 354

82 13. Précisions quant à la synthèse protéique
Les 3 types d’ARN sont des outils qui servent plusieurs fois avant d'être dégradés. Les ARNt et les ribosomes sont semblables chez tous les eucaryotes. Les ARNm diffèrent entre les espèces car ils sont issus de gènes différents. Ils permettent la production des protéines spécifiques à chaque espèce. Une molécule d'ARNm se fait généralement traduire par plusieurs ribosomes simultanément. Le brin d’ARNm lu par plusieurs ribosomes prend le nom de «polyribosome» ou «polysome».

83 Un polyribosome Ribosomes ARNm MET d’un polyribosome
Campbell : 354 (3eéd.) — Figure 17.20 MET d’un polyribosome La présence de polysomes dans une cellule signe une intense activité. De nombreuses copies d’un même type de polypeptide apparaît rapidement.

84 En présence d’une séquence «signal»
La synthèse de tout polypeptide débute dans un ribosome libre du cytosol mais la fin du processus dépend de la présence ou de l’absence d’une séquence «signal». En présence d’une séquence «signal» La synthèse s'interrompt. Le ribosome va se lier aux membranes externes du REG ou du noyau. La synthèse reprend. En absence d’une séquence «signal» la synthèse se produit entièrement dans le cytosol. Campbell (3eéd.) — Figure : 355

85 Les protéines sécrétées par les deux populations de ribosomes ont une destinée différente.
Protéines fabriquées par les ribosomes libres Fabriquent des protéines qui se dissolvent dans le cytosol où elles remplissent leurs fonctions ou se dirigent vers les organites qui ne font pas partie du réseau intracellulaire de membranes : peroxysomes, chloroplastes et mitochondries. Protéines fabriquées par les ribosomes «liés» Synthétisent les protéines du réseau intracellulaire de membranes : enveloppe nucléaire, RE, AG, lysosomes, vacuoles et membrane plasmique ainsi que celles qui doivent être sécrétées en dehors de la cellule.

86 Les modifications post-traductionnelles Les polypeptides «frais» doivent subir des transformations pour devenir véritablement fonctionnels. Les polypeptides se replient «spontanément» et adoptent leur conformation native. Ils ont tout de même besoin d’un chaperon moléculaire pour bien prendre forme. Entrée du polypeptide dans la chaperonine. Sortie du polypeptide avec la forme convenable Campbell (3eéd.) — Figure 5.23 : 89

87 2). Les polypeptides sont modifiés via divers enzymes
2) Les polypeptides sont modifiés via divers enzymes. Beaucoup de ces modifications ont lieu dans le RER et l’AG. REG sucre les protéines «reçues» grâce aux enzymes de ses citernes. Entrée d’un polypeptide, dans la citerne du RER Vésicules de transition RER (CITERNE) GOLGI (SACCULES) MEMBRANE PLASMIQUE AG modifie les protéines qu'il reçoit grâce aux enzymes de ses saccules. Ces modifications sont fonction de la destinée du polypeptide. Exemples de modifications : Ajouts : sulfate, phosphate, glucides, lipides … Retraits : phosphates, sucres … Coupures : enlèvement d’acides aminés aux extrémités amine et ou carboxyle. Fragmentations : une chaîne est découpée en plusieurs protéines. Regroupements : plusieurs polypeptides synthétisés séparément s’unissent.  M. Gilbert pour FacBio

88 14. Mutations et mutagènes
L’ADN peut être altéré dans sa structure pour diverses raisons. Étant donné les rôles cruciaux de l’ADN de détenteur du code génétique et de particule héréditaire, ces altérations, dites : mutations, sont extrêmement graves. Les mutations ponctuelles sont à l’échelle du gène tandis que les mutations chromosomiques sont à l’échelle du chromosome.

89 A) Définitions Mutation Modification héréditaire de l'ADN qui peut être transmise aux descendants lorsqu'elle se produit dans les cellules de la lignée germinale (cellules qui produisent les gamètes). Mutation ponctuelle Mutation qui touche un ou quelques gènes seulement (ajout ou retrait de quelques nucléotides, remplacement d'un nucléotide par un autre …). Mutation chromosomique Mutation qui affecte les chromosomes : un nombre anormal, une cassure, un réarrangement, etc.

90 B) Étude de mutations ponctuelles
Les substitutions Remplacement d'un nucléotide ADN (et de son vis-à-vis) par un autre. Ce remplacement se reflète dans l’ARNm qui en découle ainsi que dans le polypeptide codé par ce gène. Trois types de mutation par substitution : silencieuse, faux-sens et non sens. I I I I I I I I I I I I I I I T A C T T C A A A C C G A T T Gène ARNm Polypeptide Mise en situation : Soit un gène, son ARNm et son polypeptide, tous normaux.

91 Gène Polypeptide U au lieu de A Nouveau codon  codon d’arrêt
Raccourcissement de la structure primaire (arrêt prématuré). Ici, complètement disparue. A Mutation non-sens CA Gène Changement de la structure primaire du polypeptide. A au lieu de G Nouveau codon  autre a.a. T Mutation faux-sens Mutation silencieuse U au lieu de C Nouveau codon  même a.a. A Pas de changement de la structure primaire du polypeptide. I I I I I I I I I I I I I I I T A C T T C A A A C C G A T T Polypeptide Campbell (3eéd.) — Figure : 358

92 Les insertions et les délétions
Ajout ou perte d'un ou de plusieurs nucléotides — et de leurs vis-à-vis — dans un gène. Cet ajout ou cette perte se reflète dans l’ARNm qui en découle ainsi que dans le polypeptide codé par ce gène. Entraîne un décalage du cadre de lecture (souvent) qui s’exprime de différentes manières selon le type d’ajout ou de retrait : un arrêt prématuré, un long faux-sens, un ajout ou un retrait d’un seul acide aminé.... I I I I I I I I I I I I I I I T A C T T C A A A C C G A T T Gène ARNm Polypeptide Mise en situation : Soit un gène, son ARNm et son polypeptide, tous normaux.

93 Gène Polypeptide A surnuméraire A manquant
Long faux-sens par délétion  modification importante de la structure primaire U manquant  lecture des codons décalée d’une base  les nouveaux codons mettent en place de «mauvais a.a.». Décalage du cadre de lecture A manquant Décalage du cadre de lecture U surnuméraire  lecture des codons décalée d’une base  le premier codon lu est un codon d’arrêt Non-sens immédiat par insertion  coupure de la structure primaire (ici, complètement disparue) A surnuméraire Codon d’arrêt Gène I I I I I I I I I I I I I I I T A C T T C A A A C C G A T T Polypeptide Campbell (3eéd.) — Figure : 358

94 Aucun décalage du cadre de lecture
Retrait de TTC Gène I I I I I I I I I I I I I I I T A C T T C A A A C C G A T T Polypeptide Aucun décalage du cadre de lecture Perte ou ajout d’un triplet  perte ou ajout d’un acide aminé  modification mineure de la structure primaire Triplet manquant  les codons suivants ne sont pas changés Campbell (3eéd.) — Figure : 358

95 C) Effet des mutations sur les protéines
Nous avons appris que la séquence d'acides aminés d’un polypeptide constitue sa structure primaire et que cette structure détermine la façon dont le polypeptide se replie et par conséquent, détermine sa forme et sa fonction. Si un changement survient dans la structure primaire, le polypeptide ne se replie pas de la même manière : sa forme est différente. Si le changement de forme altère le site actif du polypeptide (de la protéine), il devient habituellement moins ou non fonctionnel. Plus rarement, il pourrait avoir une fonction «améliorée» ou encore plus rarement, il pourrait acquérir une «nouvelle fonction». De façon générale, on considère que les mutations ont des effets négatifs sur l’organisme (et sur l’espèce à laquelle il appartient).

96 D) Exemples de mutations bénéfiques !
Mutation du portatore (lebelage.ca) On a découvert que les membres d’une famille italienne de Limone sul Garda, près de Milan, avaient un très faible taux de cholestérol. En l’analysant de près, des chercheurs ont vu qu’ils portaient un HDL «muté» qui rend son porteur capable de retirer deux fois plus de mauvais cholestérol des vaisseaux sanguins qu'une personne ordinaire. Des scientifiques l’ont reproduit, puis injecté à 57 patients ayant les veines obstruées. En très peu de temps, l’épaisseur des plaques de graisse a beaucoup diminué. Cette étude préliminaire a été publiée dans le Journal of the American Medical Association en 2004. Mutation dans la protéine p53 (techno-science.net) Des scientifiques danois ont découvert une mutation génétique qui augmente la longévité et la capacité à survivre à un cancer. Mutation delta-32 dans CCR5 qui protège du VIH (APM International) Moins d'1 % des hommes caucasiens possèdent une mutation qui entraîne une résistance à l'infection par le VIH. Des chercheurs de l'université de Liverpool ont fait l'hypothèse qu'un certain nombre d'épidémies de supposée peste, entre 1347 et 1665, en Europe, seraient liées à un virus donnant des fièvres hémorragiques hautement létales. Ils les ont appelées des "pestes hémorragiques". Ainsi, une partie de la population bénéficie aujourd'hui pour se protéger du VIH d'une mutation qui a émergé il y a plusieurs siècles lors d'épidémies d'autres maladies. (Journal of Medical Genetics, vol.42, p )

97 E) Mutagenèse et mutagènes
La mutagenèse est l’apparition d'une mutation tandis que les mutagènes sont des agents capables d'induire une mutation. Agents mutagènes Causes «naturelles» Erreurs lors de la réplication et de la réparation de l'ADN. Modifications chimiques spontanées qui se produisent dans la cellule et qui altèrent les nucléotides . Erreurs lors la division cellulaire qui conduit à la production des gamètes.

98 Causes «environnementales» via des agents physiques et chimiques
90% des malformations congénitales sont provoquées par des facteurs d'environnement (identifiés ou non), et ne sont donc généralement pas transmissibles. Rayons X, rayons ultraviolets, médicaments comme l'aspirine, la thalidomide…, une carence en vitamine A, le virus de la rubéole, des additifs alimentaires comme les nitrites…, les produits chimiques comme les insecticides, herbicides, benzène … Ces substances et agents agissent de différentes manières sur l’ADN : analogues de bases azotées, modification de la capacité d'appariement des bases, insertion entre les bases au sein de la double hélice en le déformant, hydrolyse des bases, désamination des adénines, liaison anormale entre nucléotides voisins (dimères), ajout de radicaux sur les bases…

99 Notez bien Les foetus de trois mois et moins sont extrêmement sensibles à l'action tératogène (activité mutagénique) des différents produits car leurs tissus et leurs organes sont en formation. Une femme enceinte doit protéger son bébé en évitant de s'exposer à tout ce qui n'est pas naturel (alcool, tabac, drogue, médicaments comme l’aspirine ou autres, etc.

100 Partie non sujette à l’examen
PARTIE 3 : Le contrôle de l'expression des gènes procaryotes et eucaryotes Le génome de la bactérie ou de la cellule eucaryote contient une grande quantité de gènes. Le contrôle de l’expression de ces gènes assure que, dans la cellule, ils ne s’expriment pas tous nécessairement et surtout, pas tous en même temps. Ainsi, la cellule gère bien son «économie» en fonction des conditions intérieures et extérieures à la cellule. Pour en savoir un peu plus, allez à cette page.

101 FIN Chapitre 16 Révision du chapitre : p. 334 Autoévaluations : 1 à 13
Retour sur les concepts : 16.1 et 16.2 Chapitre 2 Révision du chapitre : p. 361 et 362 Autoévaluations : 1 à 8, 11 et 12 Retour sur les concepts : 17.1, 17.2, 17.3 (1 et 3), 17.4 , 17.5, 17.6 (1) et 17.7


Télécharger ppt "Évolution et Diversité du Vivant"

Présentations similaires


Annonces Google