Le Code Génétique 1952 : Dounce Premier concept vrai Le problème (1952-1960) 4 nucléotides  20 AA ? Les acides aminés viennent-ils s'assembler sur l'ADN ? Le cytoplasme contient de l'ARN

Les acides aminés s'assemblent-ils sur l'ARN(m) ? Non car les AA hydrophobes ne peuvent interagir avec les nucléotides Donc il existe un intermédiaire entre ARN et AA Théorie adaptateur F. Crick ARN de transfert ARN ribosomal = ARN messager ?

Correspondance entre AN et AA : les ≠ hypothèses 4 nucléotides 20 AA Solutions : un code à moins de 3 nucléotides n’est pas possible avec 20 AA 1 NUCL ≠ (41 = 4) 2 NUCL ≠ (42 = 16) 3 NUCL  (43 = 64)

Une hypothèse fut avancée dès 1956 par Gamow,Ycas et Rich : un code a 3 nucléotides dans lequel l'ordre des bases d'un triplet était sans importance, et où seule comptait la combinaison des bases. Cette hypothèse était séduisante car il se trouve qu'il n'y a que 20 manières de combiner 4 objets pris trois par trois sans ordre déterminé à l'intérieur de chaque combinaison.

GAMOW ATG CTG ACT AGC AAA CCC GGG TTT AAT AAG AAC CCT CCG CCA GGT GGC GGA TTG TTC TTA 20 possibilités pour combiner 4 nucléotides pris 3 par 3 dans lesquelles l'ordre n'intervient pas  pas de codon stop  pas de codon d'initiation

Pour la solution proposée, ATG par exemple, code un acide aminé quelque soit l'ordre des 3 nucléotides (ATG, TAG, AGT, GAT, GTA, TGA codent le même acide aminé ou bien les permutations ne sont pas codantes) Cette idée de correspondance entre les 20 possibilités et les 20 acides aminés différents retint l'attention des scientifiques pendant quelque temps. Toutefois cette solution n'était étayée par aucune expérience permettant d'attribuer tel codon à tel acide aminé, et surtout on n'avait pas, dans ce modèle, de codons pour la fin et le début du message.

Le code est-il chevauchant ? ATG GCC CCC 3 AA ATG TGG 4 AA GGC CCC On a pensé que la 2ème solution était a bonne  Liaisons entre AA plus facile car plus proches

Si GCA ALA CAA GLN ou CAG GLN ou CAC ASP ou CAU HIS 1 AA ne peut être suivi que par un autre choisi parmi 4 au maximum  Faux

DEMONSTRATION EXPERIMENTALE DU CODE GENETIQUE A 3 BASES non chevauchant

La première indication expérimentale que le code génétique est à trois lettres fut apportée en 1961 par Crick, à la suite d'une analyse génétique de certains mutants. Il s'agissait d'une analyse très fine d'un segment d'un gène du phage T4, segment appelé rII. Ces mutants ont été obtenus en traitant les bactériophages par l'acridine. En réagissant avec l'ADN du bactériophage, ce colorant provoque, dans diverses régions, des modifications structurales telles qu'au cours de la réplication tout se passe comme si une base était soit ajoutée, soit soustraite de la chaîne. En traitant plusieurs fois le matériel par l'acridine ou ses dérivés, on peut obtenir une ou plusieurs additions que l'on appelle insertion (+), ou une ou plusieurs soustractions appelées délétions (-), soit encore une ou plusieurs insertions et délétions à la fois (+ -).  

Preuve d'un code à 3 nucléotides F. Crick Sauvage ACT ACT ACT ACT ACT ACT ACT ACT Mutant (-) ACT ACA CTA CTA CTA CTA CTA CT Mutant (--) ACT ACA CAC TAC TAC TAC TAC 3 Délétions Mutant(---)  sauvage ACT ACA CAC ACT ACT ACT ACT     Protéine non fonctionnelle  Protéine non fonctionnelle Partie mutée Partie normale restaurée  : perte d'un AA pour 3 nucléotides délétés La fonction de la protéine était restituée

Utilisation de la pyrophosphorylase Ochoa et M. Grunberg-Manago nNDP (NMP)n + Pi Polynucléotide phosphorylase NDP = 5' Nucléotide Di Nirenberg n(UDP) (UMP)n + n pp U U U U U U U U U = Poly U P P

extrait cellulaire chauffé pour destruction des ARNm endogènes par activation des Rnases . On ajoute ensuite un poly U U U U U U U U U U + + 20 expériences ( 20 tubes) avec 1 nouvel AA radioactif dans chaque cas Incubation 37°C quelques minutes TCA pour précipiter le complexe de traduction Filtre Précipité sur le filtre Radioactivité sur le filtre venant du tube contenant la PHE radioactive Donc U U U = PHE

P. Leder et Nirenberg ARNt + AA radioactif Anticodon On remplace le mRNA par un trinucléotide codon artificiel + ribosomes Si liaison : Précipité sur le filtre A la radioactivité correspond un anticodon connu

Khorana (U U A C)n  UUA CUU ACU UAC... UUA CUU ACU UAC LEU LEU THR TYR Le code est dégénéré

Codon d'initiation AUG Eucaryotes Chez E. Coli AUG GUG (aussi valine)

Codons terminaison UAG UAA UGA pas de tRNA spécifique + de tRNA que d'acides aminés Mais 45 tRNA Pour 61 combinaisons  20 AA Conclusion : Chaque acide aminé peut être chargé par plusieurs tRNA

tRNA (cystéine) + cystéine Expérience de Chapeville tRNA (cystéine) + cystéine cys – t RNA cyst Anticodon GCG UGU ARNm

ALA cyst réduction G C G G G ALA C Ala – tRNA cys G C G U G U

5' 3'  G C U  mRNA C G I RNAt ALA  G C C  C G I ALA

Un tRNA chargé se comporte selon la nature de son codon Théorie du Wobble 1966 Crick Il n'existe pas 61 tRNA Mise en évidence inosine Flexibilité sur la 3ème lettre du codon permet de se lier à plusieurs anticodons

3ème lettre codon (3') Anticodon Correspondant 5' A G U C I

Tous les codons ne sont pas utilisés à la même fréquence pour un même AA Protéine ribosonales 13 AUU ILE 51 AUC 0 AUA taux d'utilisation des codons

Aucune explication de nature stéréochimique / physico-chimique n'est à l'heure actuelle satisfaisante pour rendre compte de la reconnaissance d'un acide aminé par l'anticodon (codon) correspondant Interactions AA - a.nucléiques sont indiscutables Cl. Hélène : AA peut se fixer sur un acide nucléique sans autre molécule pour l'y aider  critique de la conception "clef-serrure"

Théorie du choix arbitraire L. Orgel ARN : Pu Py Pu Py Pu Py... Ce type d'ADN est mieux répliqué que : Pu Pu Pu Pu Py Py Py code actuel (Pu Py Pu)n  AA hydrophobes (Py Pu Py) n  AA hydrophiles  feuillet plissé b  "vieilles protéines"

Les théories de l'origine du code génétique Quelque soit les théories il existe un gros handicap pour résoudre ce problème car on ne connaît pas la structure des tRNA primitifs

Utilisation du code Si un mRNA est UUC CGG UGG CCG GCU CUU 5' 3' Le code peut être utilisé avec le code ARN Si on a le code sous forme d'ADN il suffit de remplacer U par T Démonstration : Faire le brin 3' vers 5'  Puis le brin 5' vers 3'    mRNA (U est remplacé par T)

5' TTC CGG TGG CCG GCT CTT 3' 3' AAG GCC ACC GGC CGA GAA 5' 5' UUC CGG UGG CCG GCU CUU 3' UUC = TTC  PHE