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CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D. 1 CHMI 2227F Biochimie I Expression des gènes.

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1 CHMI E.R. Gauthier, Ph.D. 1 CHMI 2227F Biochimie I Expression des gènes

2 CHMI E.R. Gauthier, Ph.D.2 Nature des gènes Les gènes sont des régions bien délimitées de la molécule d’ADN Les gènes sont des entités permanentes de ton ADN; Chacune des 100 trillion de cellules de ton corps ([i.e cellules]) possède une copie de la même molécule d’ADN, et donc du même ensemble de gènes. Les gènes ont pour fonction de “coder” quelque chose:  L’ordre des nucléotides dans un gène (i.e. la séquence en nucléotide du gène) signifie quelque chose qui est propre à ce gène;  Par exemple: l’ordre des nucléotides dans le gène de la myoglobine a toutes les informations requises pour que la cellule puisse produire la protéine myoglobine.

3 CHMI E.R. Gauthier, Ph.D.3 Espèce Taille du génome Nombre de gènes Humains 2.9 milliard de paires de bases 20, ,000 Drosophile (Drosophila melanogaster) 120 million de paires de bases 13,601 Levure (Saccharomyces cerevisiae) 12 million de paires de bases6, 275 Nématode (Caenorhabditis elegans) 97 million de paires de bases 19,000 E. coli 4.1 million de paires de bases 4,800 Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) 125 million de paires de bases 25,000

4 CHMI E.R. Gauthier, Ph.D.4 Nature des gènes Mais: les chimpanzés, les humains et même certains vers ont le MÊME NOMBRE DE GÈNES… Aussi: la majorité de ces gènes sont présents chez ces trois espèces… C’est quoi la de patente?

5 CHMI E.R. Gauthier, Ph.D.5 Nature des gènes Les gènes peuvent être allumés ou éteints (i.e. régulés):  De façon temporelle: p.ex. pendant le développement;  De façon spatiale: p.ex. allumé dans le cerveau/ éteint dans le foie. La régulation des gènes dans le temps et l’espace est plus importante que le nombre de gènes. Différents gènes homéotiques (Hox) (couleurs) sont allumés (exprimés) à un moment précise lors du développement et mènent à la formation de structures corporelles particulières.

6 CHMI E.R. Gauthier, Ph.D.6 Qu’est-ce qui se passe lors que l’expression des gènes est déréglée? Les gènes homéotiques sont responsables de la formation de parties du corps de tous les animaux:  Antp (antennapedia) spécifie la formation des pattes, des ailes et du thorax (mouche) / thorax (humains)  Dfd (deformed) spécifie la formation de la tête (mouche)/cou (humains) Si le gène Antp est exprimé dans les mêmes cellules que le gène Dfd, des pattes vont se développer sur la tête de la mouche. C’est ce qui se passe chez les mouches ayant la mutation Antennapedia. Mutation Antennapedia Mouche normale

7 CHMI E.R. Gauthier, Ph.D.7 Le dogme central de la biologie moléculaire

8 CHMI E.R. Gauthier, Ph.D.8 Transcription: l’art d’allumer un gène Chaque gène est précédé d’un bout d’ADN appelé promoteur; Dans chaque promoteur, on retrouve des séquences en nucléotides qui permettent le recrutement d’un groupe particulier de protéines appelées facteurs de transcription; Ces facteurs de transcription ont pour fonction de recruter l’ARN polymérase, une enzyme sont le rôle est de catalyser la synthèse d’une molécule d’ARN qui sera complémentaire et antiparallèle à un des deux brins d’ADN du gène (i.e. le brin gabarit). Promoter Transcription factors

9 CHMI E.R. Gauthier, Ph.D.9 Promoteurs Deux séquences principales sont retrouvées dans les promoteurs bactériens:  La boîte TATA (aka boîte Pribnow): Centrée à 10 bp en 5’ du site d’initiation de la transcription (ce dernier est identifié par le chiffre +1 dans l’exemple ci-dessous); Lie directement l’ARN polymérase Permet à l’ARN pol d’identifier le site d’initiation de la transcription  Boîte -35: Centrée à 35 bp en 5’ du site d’initiation de la transcription Lie directement l’ARN polymérase Aide à stabiliser la liaison de l’ARN pol au promoteur

10 CHMI E.R. Gauthier, Ph.D.10 Promoteurs Des variations dans la séquence en nucléotide du promoteur sont responsables des changements dans l’allumage de l’expression des gènes;

11 CHMI E.R. Gauthier, Ph.D.11 Transcription

12 CHMI E.R. Gauthier, Ph.D.12 Transcription (5’  3’) ARN messager (ARNm) est antiparallèle au brin gabarit Complémentarité

13 CHMI E.R. Gauthier, Ph.D.13 Les ARNm des eucaryotes subissent plusieurs étapes de maturation

14 CHMI E.R. Gauthier, Ph.D.14 Les ARNm des eucaryotes subissent plusieurs étapes de maturation Introns: parties du gène qui est transcrite mais qui ne se retrouve pas dans l’ARNm. Exons: partie du gène qui se retrouve dans l’ARNm après transcription. Chez les bactéries, l’ARNm est prêt à être décodé en protéine (i.e. à être traduit) dès que sa synthèse est terminée; Chez les eucaryotes, l’ARNm doit être modifié de plusieurs façon avant de pouvoir être traduit en protéine:  Élimination des introns  épissage  Addition d’un nucléotide GTP au bout 5’ de l’ARNm  capping  Addition de nucléotides adénosine au bout 3’de l’ARNm  polyadénylation  L’ARNm doit enfin être exporté hors du noyau et vers le cytoplasme pour y être traduit.

15 CHMI E.R. Gauthier, Ph.D.15 Les ARNm sont traduits en protéines Pendant la traduction, la séquence en nucléotide de l’ARNm est lue et décodée en séquence en acides aminés.

16 CHMI E.R. Gauthier, Ph.D.16 Traduction Pour traduire un ARNm en protéine, il nous faut les ingrédients suivants:  Un gabarit d’ARNm  Des acides aminés  Un ARN de transfert (ARNt): Adaptateur entre l’ARNm et les acides aminés Se charge décrypter le code en nucléotide de l’ARNm en une séquence en acides aminés.  Ribosomes: organelles qui dirigent le processus de la traduction.

17 CHMI E.R. Gauthier, Ph.D.17 ARN de transfert (ARNt) Petites molécules d’ARN (entre 73 et 95 nucléotides de longueur); Possèdent deux caractéristiques majeures:  Un bras accepteur : là où un acide aminé spécifique est couplé directement à l’ARNt;  Le bras anticodon: Possède une séquence de 3 nucléotides particulière: l’anticodon L’anticodon forme des paires de bases complémentaires et antiparallèles avec une séquence de 3 nucléotides de l’ARNm: le codon; Le code génétique est la relation entre la séquence d’un codon et un acide aminé spécifique.

18 CHMI E.R. Gauthier, Ph.D.18 Le code génétique Chaque ARNt est lié à un seul acide aminé qui lui est spécifique; La nature de cet acide aminé dépend de la séquence de l’anticodon; Comme l’anticodon de l’ARNt forme des paires de bases avec le codon de l’ARNm, il existe une correspondance entre la séquence du codon de l’ARNm et l’acide aminé couplé à l’ARNt: cette relation est ce qu’on appelle le CODE GÉNÉTIQUE. Ainsi, dans l’exemple de droite, le codon 5’ UGU 3’ code pour l’acide aminé Cys. Le code génétique est universel (ben…à peu près universel): la signification de chaque codon est la même (ben…à peu près) peut importe l’organisme étudié. 5’ 3’ 5’ A U mRNA

19 CHMI E.R. Gauthier, Ph.D.19 Le code génétique

20 CHMI E.R. Gauthier, Ph.D.20 Traduction La traduction est le phénomène où le code de l’ARNm (i.e. la séquence des codons) est décodée en une séquence en acides aminés; La traduction implique trois étapes principales:  Initiation: reconnaissance du point de départ de la traduction par le ribosome et un ARNt spécial;  Élongation: Liaison successive d’ARNt sur le ribosome; formation d’un lien peptidique entre un acide aminé et la chaîne polypeptidique en croissance; Translocation du ribosome pour lire le codon suivant;  Terminaison: Une parmi trois codons « stop » possibles atteint le ribosome Le ribosome se dissocie, libérant l’ARNm et le polypeptide complété;

21 CHMI E.R. Gauthier, Ph.D.21 Traduction - Initiation Le codon d’initiation de la traduction est TOUJOURS AUG  Méthionine fMET = N-formyl méthionine

22 CHMI E.R. Gauthier, Ph.D.22 Traduction - Élongation Liaison peptidique: synthétisée par la « peptidyl transférase », une enzyme qui fait partie de la grosse sous-unité du ribosome Translocation

23 CHMI E.R. Gauthier, Ph.D.23 Traduction - Terminaison Trois codons « Stop » existent: UGA; UAA, UAG

24 CHMI E.R. Gauthier, Ph.D.24 Repliement protéique Changement du comportement de la cellule Modification de l’organisme Adaptation Signal de l’environnement cellulaire (hormones, température, etc) Fonction protéique


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