18.2 La synthèse des protéines et l’expression génique Dans cette section, tu vas: expliquer comment l’information génétique est encodée dans les molécules d’ADN décrire les processus grâce auxquels l’information génétique est exprimée dans les cellules vivantes Concevoir et réaliser une simulation afin d’illustrer les étapes de la synthèse des protéines

La synthèse des protéines et l’expression génique En 1953, le biochimiste Frederick Sanger démontrait que les protéines sont formes d’une séquence de molécules appelées des acides aminés. La séquence précise des acides aminés détermine les propriétés chimique de chaque protéine et donc déterminent la structure, la fonction et le développement de la cellule. Très tôt les scientifique ont déterminé que le code génétique (ou l’ordre des paires de bases) détermine comment les acides aminés sont placés ensemble et comment les protéines sont faites.

L’expression génétique TRANSCRIPTION ADN est copié en un type spécial de molécule d’ARN appelée l’ARN messager (ARNm) dans un processus appelé la TRANSCRIPTION. Ceci a lieu dans le noyau. TRADUCTION L’ARNm va dans le cytoplasme de la cellule où la séquence nucléotidique de l’ARNm dirige la synthèse d’un polypeptide (chaîne d’acides aminés) avec l’aide de l’ARN de transfert (ou ARNt). Traduction

Le “dogme central” de l’expression génétique

Les acides nucléiques qui participent à l’expression génétique Acide nucléique StructureFonction ADN Double hélice Emmagasine l’information génétique ARN messager (ARNm) Brin simple linéaire Transporte l’information génétique de l’ADN au matériel de synthèse des protéines; l’ARNm des eucaryotes est modifié avant son déplacement dans le cytoplasme où a lieu la traduction ARN de transfert (ARNt) Forme lobaire Transporte un acide aminé particulier au site approprié du codon dans le matériel de synthèse des protéines. ARN ribosomique (ARNr) Brin simple linéaire Se combine à un complexe de protéines pour former un ribosome, la structure principale de la synthèse des protéines.

Définitions 1. Codon - code de l’ARNm, un séquence de 3 bases azotés qui code pour un acide aminé spécifique. Plus de un codon peut coder pour le même acide aminé. Quelques codons ne code pas pour un acide aminé, ils servent de signaux «d’arrêt» pour mettre fin à la synthèse d’une protéine. Codon de départ – commence la synthèse d’une protéine Codon d’arrêt– termine la synthèse d’une protéine 2. Anticodon – segment de 3 bases d’ARNt qui est complémentaire à l’ARNm; chacun transporte un acide aminé initie la transcription 3. ARN polymérase – se lie à l’ADN et initie la transcription, plusieurs peuvent faire la transcription à plusieurs endroit en même temps le long de l’ADN simultanément

A. Transcription 1. ARN polymérase se lie à la molécule d’ADN à une séquence spécifique de l’ADN appelé le site promoteur, au début du gène. Le promoteur indique où la transcription doit commencer. 2. L’ ARN polymérase ouvre un section de la double hélice et commence à synthétiser un brin d’ARNm complémentaire (dans la direction 5’ à 3’) qui est complémentaire au 3’ à 5’ brin “sens” de l’ADN. Chaque séquence de 3 bases sur l’ARNm forme un codon. Le brin “antisens” n’est pas transcrit.

Dans le brin ARNm, la thymine est remplacée par l’uracile. 3. Une séquence nucléotidique particulière dans l’ADN modèle sert de signal pour arrêter la transcription à la fin d’un gène et le complexe d’ARN polymérases se détache de l’ADN. 4. L’hélice d’ADN se reforme derrière l’ARN polymérase. DNA-RNA Watch transcriptionDNA-RNA Watch transcription DNA-RNA DNA-RNA RNA Polymerase in Human urinary bladder tissue.

Question #1: ADN est déroulé et le brin se lie: T A C A G G C T T A G A A T T Quelle est la séquence de bases dans la molécule transcrite d’ARNm?

B. Traduction 1. Lorsque la traduction commence, une molécule d’ARNt qui transporte l’acide aminé méthionine apparie ses bases avec le premier codon, le codon de départ AUG.

2. Une deuxième molécule d’ARNt, chargée avec un deuxième acide aminé, approche le codon adjacent. L’anticodon du deuxième ARNt se lie avec le codon de l’ARNm au côté du premier ARNt.

3. Le premier ARNt passe son acide aminé au deuxième ARNt et quitte le site de liaison. Une liaison chimique entre les deux acides aminés est catalysée par des enzymes. 4. Le ribosome avance, exposant un nouveau codon d’ARNm pour un troisième ARNt. 5. Le cycle continue jusqu’à ce que le ribosome atteigne un codon d’arrêt(ex. UGA). Le polypeptide est relâché et l’ensemble ribosome/ARNm se démentèle.

Traduction Watch translation

Les codons de l’ARN messager le leurs acides aminés correspondants. Le code génétique est universel pour tous les organismes vivants. Use the chart First base Second base Third base UCAG U UUU phenylalanine UUC phenylalanine UUA leucine UUG leucine UCU serine UCC serine UCA serine UCG serine UAU tyrosine UAC tyrosine UAA stop** UAG stop** UGU cysteine UGC cysteine UGA stop** UGG tryptophan UCAGUCAGUCAGUCAG C CUU leucine CUC leucine CUA leucine CUG leucine CCU proline CCC proline CCA proline CCG proline CAU histidine CAC histidine CAA glutamine CAG glutamine CGU arginine CGC arginine CGA arginine CGG arginine UCAGUCAGUCAGUCAG A AUU isoleucine AUC isoleucine AUA isoleucine AUG methionine* ACU threonine ACC threonine ACA threonine ACG threonine AAU asparagine AAC asparagine AAA lysine AAG lysine AGU serine AGC serine AGA arginine AGG arginine UCAGUCAGUCAGUCAG G GUU valine GUC valine GUA valine GUG valine GCU alanine GCC alanine GCA alanine GCG alanine GAU aspartate GAC aspartate GAA glutamate GAG glutamate GGU glycine GGC glycine GGA glycine GGG glycine UCAGUCAGUCAGUCAG

Pour révision:

Question #2: L’ADN est déroulé et un brin se lie: T A C A G G C T T A G A A T T Quelle est la séquence d’acides aminés dans la protéine après la traduction? What Makes a Firefly Glow?

Structure des protéines

Plusieurs acides aminés sont liés ensemble pour former un polypeptide. Finalement, différents acides aminés dans un polypeptide se repoussent et s’attirent les uns les autres, causant un tortillement et s’enroule en une protéine en trois dimensions.

Les protéines sont une partie essentielle de notre corps 1. Structurel Ex. Membrane cellulaire, Structure cellulaire, ongles, cheveux 2. Fonctionnel Ex. Enzymes, hormones, anticorps, hémoglobine

La génomiques et protéomiques Génomique – l’étude de génomes entiers et des interactions entre des gènes multiples. Protéomique – l’étude de toutes les protéines que produit un génome donné Ensemble, ses champs d’études influent sur la recherche dans de nombreux domaines de la biologie, y compris la médecine pour étudier non seulement l’action de protéines et de gènes individuels, mais aussi les interactions entre les gènes et les protéines. Les outils clés dans ces domaines sont les bases de donnes informatisées des séquences d’ADN et des protéines associées présentes dans différents organismes.

Feuille de travail!!!

Réponses 1. a) arginine b) alanine c) leucine d) codon d’arrêt, aucun acide aminé n’est codé 2. a) AUGCCAGUGUACUAA b) méthionine – proline – valine – tyrosine – arrêt c) UAC 3.a) méthionine – lysine – valine – histidine – tryptophane b) 4 : AUGAAACAUUGG; AUGAAGCAUUGG; AUGAAACACUGG; AUGAAGCACUGG c) La redondance – Si une mutation se produit dans une séquence de nucléotides, les possibilités qu’un acide aminé différent soit traduit sont réduites. Par exemple, CUU, CUC, CUA et CUG codent tous pour le même acide aminé, la leucine.