L'information génétique Chapitre 3 L'information génétique I- Les gènes II- Expression des gènes II.1- Transcription II.2- Le code génétique II.3- Traduction II.4- Modifications post- traductionnelles III- Mutations

Les molécules de la cellule II.2 L’ADN L’ADN génomique est composé de 2 chaînes polynucléotidiques (double brin) qui s’enroulent en spirale pour former une double hélice. Guanine (G) Adénine (A) Cytosine (C) Thymine (T)

I. Structure de l’ADN : compaction Dans les cellules eucaryotes, l’ADN est associé à des protéines. ADN = chromatine Histones Un chromosome = une double hélice d'ADN et les protéines sur lesquelles elle s'enroule.

I. Structure de l’ADN : les gènes Gène = courte séquence d’ADN possédant les informations nécessaires à la synthèse d’une protéine. Chaque Chromosome porte des milliers de gènes. 1 Gène code 1 protéine Expression des gènes = synthèse de protéines dans la cellule Différents types cellulaires expriment différents types de gènes. Toutes les cellules d’un être vivant contiennent le même matériel génétique.

I. Structure de l’ADN : les gènes Génome humain 30 000 à 40 000 gènes 46 double hélices d'ADN = 46 chromosomes ~ 2 m de longueur si on les met bout à bout ~ 3 milliards de paires de bases = 3 gigabases

I. Structure de l’ADN : les chromosomes Chaque espèce contient un nombre caractéristique de chromosomes = n paires de chromosomes. Les chromosomes sont présents par paires (2n chromosomes). Chez l’homme : 23 paires de chromosomes (2n = 46 chromosomes). Ex : cellule à n=2 paires de chromosomes Les cellules contiennent 2 jeux de chromosomes = cellules diploïdes 2n =4 Les cellules reproductrices ou gamètes n’ont qu’1 seul jeu de chromosomes = cellules haploïdes n =2

II. Expression des gènes L’ADN contient les informations nécessaires à la synthèse des protéines. Cytoplasme Cellule Transcription ARN ADN Protéine Traduction Noyau

II. Expression des gènes Transcription : copie d’une portion d’ADN en ARN messager (ARNm). Traduction : La cellule traduit le message porté par l’ARNm pour synthétiser une protéine

II. Expression des gènes : la transcription Initiation L’ARN polymérase se lie à une région précise de l’ADN qui marque le début d’un gène. C’est le promoteur. Elongation L’enzyme progresse le long du brin matrice et ajoute des ribonucléotides dans le sens 5’ => 3’.

II. Expression des gènes : la transcription L’ ARN polymérase assemble les nucléotide A U G et C à partir de la matrice d’ADN dans le sens 5’-3’. Brin matrice 5’ 5’ 3’

II. Expression des gènes : la transcription Initiation L’ARN polymérase se lie à une région précise de l’ADN qui marque le début d’un gène. Elongation L’enzyme progresse le long du brin matrice et ajoute des nucléotides dans le sens 5’ 3’. Terminaison L’ARN polymérase atteint un site de terminaison, l’ARNm est libéré.

II. Expression des gènes : la transcription

II. Expression des gènes : la traduction La Traduction Interprétation du message génétique A lieu dans le cytoplasme ou à la surface du REG La cellule interprète le message génétique de l’ARNm. Les ribosomes lisent la séquence codante et fabriquent la protéine correspondante.

II. Expression des gènes : la traduction Les ribosomes :

II. Expression des gènes : la traduction Les ribosomes : total : 4 ARN 82 protéines Modèle moléculaire de la grosse sous-unité ribosomique

II. Expression des gènes : le code génétique Une protéine est caractérisée par un enchaînement linéaire précis d’acides aminés = séquence d’acides aminés. Cette séquence est déterminée par l’enchaînement des nucléotides de l’ADN. Le code génétique fait correspondre des nucléotides aux acides aminés.

II. Expression des gènes : le code génétique 4 nucléotides / 20 acides aminés (aa) un aa est désigné par un groupe de trois nucléotides = codon 64 combinaisons > 20 aa. La majorité des aa peuvent être désignés par plusieurs codons. Le code est dit dégénéré ou redondant

II. Expression des gènes : Le code génétique (déchiffré entre 1960 et 1966) 64 combinaisons pour 20 acides aminés.

II. Expression des gènes : la traduction Met Arg Ala Val Ala Lys STOP Codon initiateur Codon stop

II. Expression des gènes : la traduction La traduction est effectuée par les ribosomes Les ARN de transfert (ARNt) permettent la correspondance Acide aminé anticodon

II. Expression des gènes : la traduction La traduction se déroule en trois phases : Initiation : Formation du complexe d’initiation Le ribosome se fixe sur l’ARNm. Le codon d’initiation correspond toujours à l’acide aminé méthionine. Elongation : Ajout d’un nouvel AA à la chaîne polypeptidique en cours de synthèse Glissement du ribosome Terminaison : Arrivée au codon stop qui ne correspond à aucun AA. Le complexe se dissocie, le polypeptide est libérée.

II. Expression des gènes : la traduction

Voie de sécrétion II. Expression des gènes : Modifications post-traductionnelles Voie de sécrétion

II. Expression des gènes : Modifications post-traductionnelles O H N C H OH amine acide

II. Expression des gènes : Modifications post-traductionnelles REPLIEMENT PONTS DISULFURES OLIGOMERISATION s s s s

II. Expression des gènes : Modifications post-traductionnelles P REPLIEMENT PONTS DISULFURES REG OLIGOMERISATION s s PHOSPHORYLATION s s GLYCOSYLATION GOLGI COUPURE PROTEOLYTIQUE P

mutation = Erreur dans l'ADN III. Mutations mutation = Erreur dans l'ADN modification aléatoire d’une ou plusieurs bases agents mutagènes agents chimiques (radicaux libres, benzène…) => mutations ponctuelles => erreur de copie radiations (UV, X, gamma) => remaniements chromosomiques

mutation = Erreur dans l'ADN III. Mutations mutation = Erreur dans l'ADN modification aléatoire d’une ou plusieurs bases agents mutagènes erreur de copie pendant la réplication

III. Mutations Types de mutations ponctuelles Substitution Un nucléotide est remplacé par une autre. - Peut n'avoir aucun effet = mutation silencieuse - Peut diminuer ou supprimer la fonction de la protéine Exemple : TTA => leucine (hydrophobe) TTG => leucine (mutation silencieuse) ATA => isoleucine (mêmes propriétés) TCA => sérine (hydrophile) TAA => STOP

Délétions ou insertions III. Mutations Délétions ou insertions = addition ou délétion d'une ou plusieurs paires de bases. décalage du cadre de lecture tous les acides aminés risquent d’être changés.

ATG GTA TAG TTG CC ATG GTA TAC GTT GCC ATG CGT ATA CGT TGC C III. Mutations Délétions ou insertions Met Val Stop Délétion ATG GTA TAG TTG CC Séquence de l’ADN Génomique ATG GTA TAC GTT GCC Met Val Tyr Val Ala ATG CGT ATA CGT TGC C Insertion Met Pro Ile Pro Cys

Que devient une mutation dans l’organisme ? III. Mutations Que devient une mutation dans l’organisme ? Corrigée => sans incidence Maintenue dans la cellule => sans effet sur la physiologie => mort cellulaire Maintenue dans l’organisme => source potentielle de cancers Transmise à la lignée germinale => risque de maladie génétique

Que devient une mutation dans l’organisme ? III. Mutations Que devient une mutation dans l’organisme ? source de polymorphisme gain de fonction => moteur de l’évolution !