DE L’ADN AUX PROTÉINES … LES ÉTAPES. L’ADN (acide désoxyribonucléique) noyau cytoplasme Situé dans le noyau, l’ADN constitue le matériel génétique Double.

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1 DE L’ADN AUX PROTÉINES … LES ÉTAPES

2 L’ADN (acide désoxyribonucléique) noyau cytoplasme Situé dans le noyau, l’ADN constitue le matériel génétique Double hélice d’ADN

3 LES NUCLEOTIDES (ADN et ARNs) Une classe de molécules organiques : les nucléotides, formés de purines et de pyrimidines, des bases liées à des sucres phosphorylés. Désoxyribose Lien phosphodiester

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5 Réplication de l’ADN

6 ARN Monocaténaire Thymine remplacée par Uracyle Sucre = Ribose

7 Synthèse de l’ARN

8 Rôle de l’ADN et de l’ARN : synthèse des protéines Message héréditaire : ? Phénotype ---------- génotype Quel est le lien entre le gène et l’expression d’un caractère ?

9 Un gène, un protéine

10 L’ADN (acide désoxyribonucléique) APPARIEMENT DES BASES: A = Adénine T = Thymine C = CytosineG = Guanine noyau cytoplasme Situé dans le noyau, l’ADN constitue le matériel génétique Double hélice d’ADN

11 L’ARNm (acide ribonucléique) APPARIEMENT DES BASES : C = CytosineG = Guanine noyau cytoplasme L’ARNm (acide ribonucléique) copie et transporte l’information génétique du noyau au cytoplasme ARN messager A = AdénineU = Uracile U A C G

12 LE RIBOSOME Déchiffre les codons de l’ARNm et participe à la formation de la protéine noyau cytoplasme Ribosome

13 LE RIBOSOME Structure

14 L’ARN DE TRANSFERT (ARNt) Reconnaît le codon de l’ARNm et apporte l’acide aminé qui y correspond pour former une chaîne polypeptidique Codon Anticodon ARNt A C G a.a ARNt U A C a.a … Liaison peptidique Ribosome

15 RÉSUMÉ DES ÉTAPES 1. Transcription de l’ADN en ARNm (dans le noyau) T A C A C G G G A A T T A T G T G C C C T T A A 2. L’ARNm sort du noyau et se fixe sur le ribosome dans le cytoplasme où la protéine sera formée des acides aminés apportés par l’ARNt (Traduction) ARNt U A C ARNt A C G ARNt A U U STOP ARNt G G A CysPro Met Protéine formée

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17 TABLE DU CODE GÉNÉTIQUE U CAG U C A G UCAGUCAG UCAGUCAG UCAGUCAG UCAGUCAG UUU UUC UUA UUG UCU UCC UCA UCG UAU UAC UAA UAG UGU UGC UGA UGG CUU CUC CUA CUG CCU CCC CCA CCG CAU CAC CAA CAG CGU CGC CGA CGG AUU AUC AUA AUG ACU ACC ACA ACG AAU AAC AAA AAG AGU AGC AGA AGG GUU GUC GUA GUG GCU GCC GCA GCG GAU GAC GAA GAG GGU GGC GGA GGG Phe Leu Ser TyrCys Trp Stop Leu Pro Gln His Arg Met * Ile Thr Lys Asn Arg Ser ValAla Glu Asp Gly Deuxième base Première base Troisième base * Codon de départ

18 ____ ____ ____ ____ AUG AUUGCUUAUUGGCAC CUA GAG MUTATION TAC TAA CGA ATA ACC GTG GAT CTC 1. Voici un brin d’ADN contenant 8 triplets de bases. Trouver la séquence du 2e brin 1er brin 2e brin ____ ____ ____ ____ 2. À partir du 1er brin d’ADN, trouver la séquence de codons correspondants de l’ARNm ARNm 3. À l’aide de la table du code génétique, déterminer l’ordre des acides aminés dans la chaîne polypeptidique trouvée au numéro 2 ____ ____ ____ ____ Ordre des a.a. 1.2.3.4. 5.6.7.8. ATG ATTGCTTATTGGCACCTA GAG METILEALATYRTRPHISLEUGLU STOP T A Protéine altérée

19 AUG UAG réutilisables 5' 3' POLYSOMES NON ATTACHES AU RER  PROTEINES CYTOPLASMIQUES

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21 ARNm Codon stop Codon initiateur UAG 3' CAVITÉ DU RÉTICULUM ENDOPLASMIQUE RUGUEUX 5’ AUG Excision Codons de la séquence signal Protéines du tunnel Peptide signal Protéine attachée au RER Protéine non attachée au RER POLYSOMES ATTACHES AU RER  PROTEINES SECRETEES, MEMBRANAIRES, LYSOSOMIALES

22 L’APPAREIL DE GOLGI Caractéristiques: –Série de compartiments plats et vésicules –Composé de 3 régions: cis (entrée), moyenne, trans (sortie) –Chaque région contient différentes enzymes Modifie et trie les produits du RER

23 LES PROTEINES DE SECRETION SONT SYNTHETISEES DANS LE RER ET PASSENT A TRAVERS LE GOLGI VERS L’ENVIRONNEMENT EXTRACELLULAIRE

24 Noyau en interphase membrane nucléaire nucléoplasme chromatine nucléole G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999

25 Noyau en interphase 1.enveloppe nucléaire et trafic nucléoplasmique Fig 8.1c G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999

26 Noyau en mitose Condensation des chromosomes La chromatine se condense environ 1000 fois ; l’ADN semble arrangé en grandes boucles ancrées à une charpente protéique. Fig 8.31 G. M. Cooper, La Cellule,De Boeck Université, 1999

27 Rosalie Fréchette, février 2004 Structure biochimique ADN ARN

28 Rosalie Fréchette, février 2004 Propriétés de l’ADN L’ADN se réplique et se répare.

29 Rosalie Fréchette, février 2004 Réplication de l’ADN G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999

30 Rosalie Fréchette, février 2004 Réplication de l’ADN La réplication de l’ADN est semi- conservative. L’ADN polymérase est l’enzyme permettant cette synthèse.

31 Rosalie Fréchette, février 2004 Démonstration de la réplication semi- conservative de l’ADN G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999

32 Rosalie Fréchette, février 2004 Démonstration de la réplication semi- conservative de l’ADN 1) Les bactéries sont cultivées dans un milieu N 14, transférées dans un milieu contenant du N 15 et s’y divisent. 2 )Ces bactéries dont l’ADN est marqué par N 15 sont transférées dans un milieu N 14 et s’y divisent une fois. 3) L’ADN de ces bactéries est à moitié N 14 et à moitié N 15 :il s’agit d’un ADN hybride.

33 Rosalie Fréchette, février 2004 Réplication de l’ADN Réplication fidèle: phénomène crucial. Mais le génome cellulaire est malléable: mutations et réarrangements de gènes permettent les variations génétiques et l’évolution de l’espèce.

34 Rosalie Fréchette, février 2004 Réparation de l’ADN L’ADN est soumis à toute une série de réactions chimiques: toute altération entraîne des conséquences Ces mutations sont: 1) des incorporations de bases inadéquates, 2) des désaminations des adénine, cytosine, guanine, 3) des dépurinations, 4) des formations de dimères de thymine (UV), 5) des alkylations, 6) des additions de groupes chimiques encombrants.

35 Rosalie Fréchette, février 2004 Modes de réparation de l’ADN 1) par renversement direct, 2) par excision, 3) post-réplicative

36 Rosalie Fréchette, février 2004 Renversement direct des lésions subies par l’ADN G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999

37 Rosalie Fréchette, février 2004 Réparation par excision G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999

38 Rosalie Fréchette, février 2004 Réparation par excision Excision de base Excision de nucléotide

39 Rosalie Fréchette, février 2004 Réparation post-réplicative G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999

40 Rosalie Fréchette, février 2004 Rôle du noyau et du réseau membranaire Synthèse des protéines

41 Rosalie Fréchette, février 2004 Problèmes posés par la synthèse des protéines 1)localisation de l’ADN dans le noyau et localisation de la synthèse dans le cytoplasme (ribosomes). 2) L’ADN est formé de 4 bases différentes, les protéines sont formées de 20 acides aminés différents.

42 Rosalie Fréchette, février 2004 Solution n°1 L’ARN messager copie le message et le tranporte vers les ribosomes.

43 Rosalie Fréchette, février 2004 Transcription de L’ADN en ARN messager Enzyme clé: ARN polymérase

44 Rosalie Fréchette, février 2004 Solution n°2 Nécessité d’un code génétique: Protéines sont formées de 20 Acides aminés différents. L’ADN est formé de 4 nucléotides différents. Code : Si 1 nucléotide code pour 1 acide aminé : 4 possibilités Si2 nucléotides codent pour 1 acide aminé: 4 x 4 = 16 possibilités Si3 nucléotides codent pour 1 acide aminé:4 x 4 x 4 = 64 possibilités

45 Rosalie Fréchette, février 2004 Traduction de l’ARN messager en protéine

46 Le réseau membranaire : Réticulum endoplasmique Appareil de Golgi Réseau membranaire comprend plusieurs organites qui cloisonnent le cytoplasme mais restent en communication. Rôle : synthèse, tri et transport des protéines.

47 Réticulum endoplasmique  Réseau de tubules et de citernes bordés d’une membrane continue.  Délimite jusqu’à 10% du volume cellulaire.  Deux types de réticulum :  REG sert à remanier les protéines,  REL intervient dans le métabolisme des lipides.

48 Structure du réticulum endoplasmique G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999

49 Rôle du réticulum endoplasmique  sécrétion protéique Fig 9 - 2 G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999

50 Résultats de l’expérience 1 ère étape : REG (rôle des ribosomes) 2 ème étape : Golgi 3 ème étape : vésicules de sécrétion

51 Rôle du réticulum endoplasmique 1. Protéines formées sur les ribosomes libres : protéines du noyau, des mitochondries, des chloroplastes, des peroxysomes  cytosol 2. Protéines formées sur ribosomes attachés au REG : protéines destinées à l’exportation, protéines du RE, du Golgi, des lysosomes, de la membrane plasmique.

52 Ribosomes libres et ribosomes liés au REG. G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999

53 Adressage de protéines au réticulum endoplasmique G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Ribosomes synthétisant une protéine destinée à être sécrétée, sont attirés contre le réticulum endoplasmique par la séquence signal de la chaîne peptidique. (élaguée lors du transfert dans le REG

54 Adressage de protéines au réticulum endoplasmique Fig 9 - 7 G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999

55 Adressage de protéines au réticulum endoplasmique La protéine comprend une séquence signal. Cette séquence signal est captée par la particule de reconnaissance du signal (PRS). La PRS s’attache à son récepteur. Le ribosome s’installe face à un complexe de translocation. La séquence signal s’insinue dans le complexe. La traduction se poursuit. La séquence signal est amputée par la peptidase du signal. Le polypeptide est libéré dans la lumière du réticulum.

56 Protéines destinées à la membrane plasmique Les protéines destinées à la membrane plasmique, dans les membranes du réticulum, du golgi, des lysosomes : implantation dans la membrane du réticulum mais pas passage dans sa lumière. De la membrane du RE, elles suivent le chemin des protéines de sécrétion (RE, Golgi, membrane destinataire) G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999

57 Protéines destinées à la membrane plasmique G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999

58 Rôle du réticulum endoplasmique lisse synthèse lipidique - Rôle dans les remaniements des protéines de sécrétion et membranaires, - Rôle dans la synthèse des lipides membranaires (phospholipides, glycolipides, cholestérol). - Rôle dans la détoxication des médicaments et des drogues.  Les lipides se forment contre les membranes existantes ( face cytosolique de la membrane du RE ).  Transport des lipides du RE à leur destination par des vésicules ou par des protéines.  REL est abondant dans les types cellulaires particulièrement actifs dans le métabolisme lipidique. (ex : cellules du testicule, du foie …)

59 Transfert des protéines vers l’appareil de Golgi G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999

60 Appareil de Golgi  Structure G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999

61 Appareil de Golgi  Structure Saccules et vésicules Polarité : cis = face d’entrée Trans = face de sortie Vésicules de transport d’un compartiment à l’autre. Certaines citernes sont en communication par des tubules.

62 Appareil de Golgi  Zones de l’appareil de Golgi G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999

63 Appareil de Golgi  Rôles  Golgi = lieu de glycosylation des protéines  Golgi = lieu de synthèse des glycolipides et de la sphingomyéline  Golgi = lieu de tri et d’exportation des protéines  Golgi = lieu d’emballage

64 Appareil de Golgi  Tri et exportation G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999

65 Appareil de Golgi  Tri et exportation Sécrétion continue ou soumise à régulation (commande par un signal extérieur ex : hormones, neuromédiateurs )

66 Rosalie Fréchette, février 2004 Les Lysosomes : compartiment endocytaire

67 Rosalie Fréchette, février 2004 Les lysosomes G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999

68 Rosalie Fréchette, février 2004 Les lysosomes  Organite entouré d’une membrane,  Organite contenant des enzymes de dégradation,  Organite de forme et de densité variable.  Lysosomes = système digestif de la cellule.

69 Rosalie Fréchette, février 2004 Les Lysosomes Composition moléculaire Les lysosomes contiennent quelque 50 enzymes de dégradation différentes. Ces enzymes digèrent les protéines, l’ADN, l’ARN, les polysaccharides, les lipides. Enzymes lysosomiaux = hydrolases acides, actives à pH acide ( environ 5 ). Double protection contre une digestion accidentelle du cytosol : la membrane lysosomiale et le pH acide. ( pH du cytoplasme = 7,2)

70 Rosalie Fréchette, février 2004 Les lysosomes G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Pompe à protons dans la membrane lysosomiale. (ATP )

71 Rosalie Fréchette, février 2004 Les Lysosomes Rôles : Digestion des substances capturées dans le milieu extérieur par endocytose. Digestion des substances phagocytées par certaines cellules spécialisées ( macrophages ) Autophagie : renouvellement des composants cellulaires.

72 Rosalie Fréchette, février 2004 Les lysosomes G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Phagocytose et autophagie :

73 Rosalie Fréchette, février 2004 Les lysosomes G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Formation du lysosome : Fusion d’une vésicule golgienne et d’un endosome.

74 Rosalie Fréchette, février 2004 Les Lysosomes Remarque : Maladies de surcharge lysosomiale ( mutations de gènes ) ; les déchets s’accumulent dans les cellules et empêchent le métabolisme cellulaire. Exemple : maladie de Gaucher.

75 Rosalie Fréchette, février 2004 Mitochondries et peroxysomes : Bioénergétique et métabolisme

76 Rosalie Fréchette, février 2004 Mitochondries et peroxysomes : Bioénergétique et métabolisme Ces organites sont destinés à produire de l’énergie métabolique : l’ATP. Cette énergie provient de la dégradation catabolique des lipides et des glucides. Leurs protéines de constitution proviennent de ribosomes libres.

77 Rosalie Fréchette, février 2004 Les Mitochondries Fig 10.1 G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999

78 Rosalie Fréchette, février 2004 Les mitochondries  Double membrane : membrane externe et membrane interne séparées par un espace intermembranaire.  Matrice contenant le système génétique et les enzymes du métabolisme oxydatif. Structure :

79 Rosalie Fréchette, février 2004 Les mitochondries Production d’ATP par métabolisme oxydatif du glucose et des acides gras.  1 ère étape dans le cytoplasme : glycolyse : glucose  pyruvate  2 ème étape dans la mitochondrie : oxydation du pyruvate en acétylCoA  3 ème étape dans la mitochondrie : aétylCoA  CO2 : cycle du citrate Rôle :

80 Rosalie Fréchette, février 2004 Les mitochondries Fig 10.2 G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Rôle :

81 Rosalie Fréchette, février 2004 Les mitochondries Rôle : Membrane interne site de formation de l’ATP : oxydation phosphorylante site de maintien du gradient de protrons barrière fonctionnelle

82 Rosalie Fréchette, février 2004 Les mitochondries Système génétique mitochondrial : origine bactérienne endosymbiotique Fig syllabus

83 Rosalie Fréchette, février 2004 Les Mitochondries : système génétique mitochondrial Fig 10.3 G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 ADN refermé : Code un petit nombre de protéines ( 13 ) intervenant dans le système oxydatif phosphorylant et ARNr et ARNt.

84 Rosalie Fréchette, février 2004 Les mitochondries Provient de l’ovule Mutations  pathologies : Parkinson, Alzeimer,… Génome mitochondrial : Remarque : Tableau 10.1 (p392)

85 Rosalie Fréchette, février 2004 Les mitochondries Ces protéines naissent sur des ribosomes libres puis acheminées soit vers les membranes mitochondriales soit vers la matrice Formation des mitochondries : Figure 10.4 G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999

86 Rosalie Fréchette, février 2004 Les mitochondries Soit vers l’espace intermembranaire Formation des mitochondries : Figure 10.5 G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999

87 Rosalie Fréchette, février 2004 Les mitochondries Phospholipides des membranes mitochondriales proviennent du reticulum endoplasmique puis sont livrées aux mitochondries par des protéines porteuses. La mitochondrie transforme alors les phospholipides en cardiolipine contenant 4 chaînes d’acides gras. Formation des mitochondries :

88 Rosalie Fréchette, février 2004 Les mitochondries Importation de protéines et assemblage de la mitochondrie.  Gènes codant les protéines indispensables à la réplication et à l’expression de l’ADN mitochondrial se trouvent dans le noyau.  Gènes codant les protéines de la phosphorylation oxydative et enzymes du métabolisme mitochondrial se trouvent dans le noyau. Formation des mitochondries :

89 Rosalie Fréchette, février 2004 Peroxysomes Figure 10.24 G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999

90 Rosalie Fréchette, février 2004 Peroxysomes Structure :  Minuscules organites bordés d’une membrane simple et contenant des enzymes du métabolisme fournisseur d’énergie.  Pas de génome  Multiplication par division  Assemblage à partir de protéines formées sur des ribosomes libres.

91 Rosalie Fréchette, février 2004 Peroxysomes Rôles du peroxysome :  Siège de réactions d’oxydation donnant du peroxyde d’hydrogène, décomposé en H2O ou oxydant certains composés organiques.  Biosynthèse des lipides.  Synthèse des plasmalogènes, importants composants membranaires dans le cœur, le cerveau ;

92 Rosalie Fréchette, février 2004 Peroxysomes Figure 10.25 G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Oxydation d’acides gras

93 Rosalie Fréchette, février 2004 Peroxysomes Substrats dégradés par les peroxysomes :  acide urique  acides aminés  acides gras

94 Rosalie Fréchette, février 2004 Peroxysomes Figure 10.29 G. M. Cooper, La Cellule, De Boeck Université, 1999 Assemblage du peroxysome Signal d’acheminement au peroxyme : Ser – Lys - Leu