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Du génotype au phénotype Comment passer d une suite d acides nucléiques (ADN) à une séquence d acides aminés: la synthèse des protéines Les nucléotides qui composent l’ADN diff érent par la nature des bases (Adénine -A-, cytosine -C-, thymine -T-, guanine -G-) qui entrent dans leur composition. Un gène correspond donc physiquement à une séquence de nucléotides. Nous avons vu que l' on peut associer un gène à une protéine, autrement dit, une séquence (une suite) d'acides nucléiques à une séquence d'acides aminés. Mais comment s'eff ectue ce transfert d'information entre l'ordre nucléotidique et l'ordre protéique ? Pr. Dr. R. Raynal Documentation à consulter avec prot Les animations de l’Open University sur Itunes U (en particulier «Transcription: writing the message» et «Translation: reading t he message») Le cours de l’Open University (d’où certaines illustrations de ce résumé sont tirées)  votre cours de seconde sur l’ADN le cours précédent (Des phénotypes divers peuvent s’exprimer à des échelles di ff érentes)  Votre cour de troisième sur la génétique. (Vous ne l’avez plus ? voir alors le manuel) Le site du NCCR «frontiers in genetics» (en français malgré ce titre) Les animations du «capitaine» Kyrk. Plan 1. Une séquence de nucléotides de l'ADN est transcrite en une séquence d'un autre nucléotide plus petit et plus mobile, l'ARN L'enzyme ARN polymérase déroule localement l'ADN et en recopie un brin. Dans l'ARN, La thymine est remplacée par l'uracile L'ARN fabriqué est le messager de l'ADN 2. La séquence de l'ARNm est traduite en suite d'acides aminés par les ribosomes, ce qui implique l'existence d'un «code génétique» pour faire correspondre un acide aminé à une courte séquence d’ARN OBJET : SYNTHESE DES PROTEINES NIVEAU D’ÉTUDE : 1S PAGE 1 SUR 7 DURÉE : 2-3 SEMAINES

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Du génotype au phénotype

Comment passer dʼune suite dʼacides nucléiques (ADN)

à une séquence dʼacides aminés:la synthèse des protéines

Les nucléotides qui composent l’ADN diff érent par la nature des bases (Adénine -A-, cytosine -C-,thymine -T-, guanine -G-) qui entrent dans leur composition. Un gène correspond donc physiquement à une séquence de nucléotides. Nous avons vu que l'on peut associer un gène à uneprotéine, autrement dit, une séquence (une suite) d'acides nucléiques à une séquence d'acidesaminés. Mais comment s'eff ectue ce transfert d'information entre l'ordre nucléotidique et l'ordreprotéique ?

Pr. Dr. R. Raynal

Documentation

à consulter avec profit 

•Les animations de l’Open University sur Itunes U (en particulier «Transcription: writing the message» et «Translation: reading the message»)

•Le cours de l’Open University (d’où certaines illustrations de ce résumé sont tirées)

• votre cours de seconde sur l’ADN

• le cours précédent (Des phénotypes divers peuvent s’exprimer à des échelles diff érentes)

• Votre cour de troisième sur la génétique. (Vous ne l’avez plus ? voir alors le manuel)

• Le site du NCCR «frontiers in genetics» (en français malgré ce titre)

• Les animations du «capitaine» Kyrk.

Plan

1. Une séquence de nucléotides de l'ADN est transcrite en une séquence d'un autre nucléotideplus petit et plus mobile, l'ARN

• L'enzyme ARN polymérase déroule localement l'ADN et en recopie un brin.

• Dans l'ARN, La thymine est remplacée par l'uracile

• L'ARN fabriqué est le messager de l'ADN

2. La séquence de l'ARNm est traduite en suite d'acides aminés par les ribosomes, ce qui

implique l'existence d'un «code génétique» pour faire correspondre un acide aminé à une courteséquence d’ARN

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1- La séquence de nucléotides d’un morceau d’ADN est

transcrite en une séquence d'un autre nucléotide plus petit et

plus mobile, l'ARN

11 Une enzyme, l’ ARN polymérase, déroule localement l'ADN et en recopie un brin. 

Chez les eucaryotes, l'ADN est situé dans le noyau, et il y reste. Pourque l’information qu’il contient puisse être transmise dans le reste de la

cellule, elle doit être recopiée. C’est le rôle de l'ARN polymérase (RNA polpour les intimes), qui agit de la façon suivante:

- déroulement d'une région de l'ADN correspondant à un gène. Chaque brinde l’hélice d’ADN se sépare alors.

- recopiage d'un brin de l'ADN, que l'on appelle le brin transcrit, parassemblage de nucléotides complémentaires (voir 1.2).

- remise en état "enroulé" de la molécule d'ADN («on est prié de laisser l’ADN dans

 l’état où on l’a trouvé en arrivant »)

12 Dans l'ARN, La thymine est remplacée par l'uracile

Lorsque le brin transcrit d’ADN est recopié, l’enzyme RNApol associeaux nucléotides de ce brin:

- de la guanine à de la cytosine ( C /ADN--> G /ARN )

- de la cytosine à la guanine ( G /ADN--> C /ARN )

- de l'adénine à la thymine ( T /ADN--> A /ARN )

- un nucléotide chimiquement voisin de la thymine,

l'Uracile, à l'adénine. (  A /ADN --> U /ARN )

Contrairement à l’ADN, l’ARN ne contient donc pas de Thymine!

Une séquence ADN comme .....................  ATTCGTTAA  devient donc, une fois transcrite en ARN: UAAGCAAUU.

Sur la BD de la page suivante, qui résume ce processus, l’enzyme RNA

 polymérase n’a pas été représentée, car elle couvrirait une grande partie de l’image!

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 Jeux des sept erreurs:

l’uracile à gauche, la thymine à droite: les  différences sautent aux yeux, non? (vous n’avez pas à connaître ces formules, ouf!)

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L'ADN se déroule...

Des nucléotides se lient au

 brin transcrit 

L'ARN seforme par

 copie dubrin(remarquez

l' uracile,en rose)

Une fois formé,l'ARN sedétache...

Et l'ADN se ré-enroule.

En route vers lecytoplasme !

L'ARN messager

est libre !

 Images Open university 

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13 L'ARN fabriqué est le messager de l'ADN

L'ARN* est une molécule constituée d'un seul brin de nucléotides. Bienplus court que l'ADN (sa longueur correspond à peu près à un gène), il est

mobile dans la cellule. Il va donc pouvoir transporter l'information génétique

qu'il a recopiée : on l'appelle donc ARN messager (ARNm en France, mRNA dans le reste du monde).

Les ARNm traversent l'enveloppe nucléaire (qui limite le noyaucellulaire) au niveau de pores et exportent ainsi l'information génétique versle cytoplasme, lieu de fabrication (synthèse) des protéines de la cellule.

*  A RN = Acide Ribo Nucléique, car, contrairement à l’A DN, le sucre qui entre dans la

composition de ses nucléotides est du Ribose, et non pas du Désoxyribose comme

dans l’A DN.

2 - La séquence de l'ARNm est traduite en suite d'acides

aminés par les ribosomes, ce qui implique l'existence d'un

"code génétique" 

21 La traduction de l'ARNm en protéine nécessite un code faisant correspondre nucléotides et acides aminés

 ADN et l'ARN sont des molécules portant une information constituéepar une séquence de nucléotides: il y a 4 bases différentes. Les protéines portent aussi une information, mais avec un "alphabet" àvingt lettres (20 Acides aminés différents).

Le système de correspondance entre ARNm et acides aminés est le

code génétique. Dans ce code, trois nucléotides, qui forment un codon,déterminent un acide aminé. Comme certains AA peuvent être "codés" parplusieurs codons différents, on dit que le code est redondant: toute

mutation n'aura donc pas forcément de conséquence sur la structure de laprotéine.

22 Les codons de l'ARNm sont lus par des organites complexes, les ribosomes

L'assemblage des AA dans le cytoplasme est localisé au niveau

d'organites cellulaires, les ribosomes qui réalisent la traduction del'information génétique portée par les ARN messagers en séquences

ordonnées d'acides aminés caractéristiques d'une protéine. Dans la BD suivante, les ribosomes n’ont pas été représentés, car ils recouvriraient  l’ensemble du site. Ils contiennent et fixent les ARN de transfert.

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une suite de 3 nucléotides del'ARN m constitue

un codon.

Un ARN de

transfert  portantl'acide aminé...

 correspondant à ce

codon se lie à celui ci.

Un autre ARN t...Apporte un autreAA (ici la proline)..

Les 2 AA se lient chimiquement...

Formant le débutd'une protéine.

le premier ARN t se

sépare de son AA et sedétache de l'ARN m.

La protéine s'allongeainsi, AA après AA, au fil dela lecture des codons...

Elle sera "terminée" lorsque qu'un codon "Stop"  

interrompra l'allongement de la chaîne d'acides amines.

Les   ARN de transfert, petites molécules d'ARN, font le lien entrecodons et AA, positionnent les AA dans le ribosome et permettent, à l'aide

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d'enzymes et d'énergie, leur liaison dans une chaîne polypeptidique: uneprotéine est née.

La traduction de l'ARNm en polypeptide demande:

- un signal de départ = codon d'initiation - une suite de codons correspondant à la séquence de la protéine à

fabriquer

- un signal de fin = codon-stop.

Le polypeptide obtenu est libéré dans le réticulum endoplasmique granuleux

(eucaryotes) ou dans le cytoplasme (procaryotes).

Le schéma suivant (réalisé par Guillaume Bokiau) résume l ̓   ensemble du processus.

Lʼ   ADN  (double brin) voit un de ses brins être transcrit en ARN par une enzyme , l ̓   ARN 

polymérase . Lʼ   ARN obtenu, dit messager , se déplace vers le cytoplasme où il rencontre 

des ribosomes qui vont procéder à sa traduction en protéines. Pour cela, chaque triplet 

de bases de l ̓   ARN, constituant un  codon , est associé à un ARN particulier, l ̓   ARN de 

transfert , qui est lié à un acide aminé correspondant donc, en fait, au codon de l ̓    ARN.

Dans le ribosome, les acides aminés successifs, positionnés progressivement selon 

l ̓   ordre décrit par la suite des codons , sont liés entre eux pour former une chaîne: la 

protéine «codée» par l ̓   ADN via l ̓   ARN messager.

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Vocabulaire

ARN de transfertDéfinition  : Petite molécule d’ARN permettant le transfert de l’information entre un ensemble detrois nucléotides, le codon, et un acide aminé.

Contexte  : Un ARNt est une molécule portant à la fois un «anticodon», ensemble de troisnucléotides se fixant sur son codon, et l’acide aminé correspondant à ce codon. Les ARNt deviennent fonctionnels à l’intérieur d’un organite, le ribosome. Il existe autant d’ARNt diff érentsqu’il existe d’acides aminés diff érents, soit une vingtaine.

Codon

Définition  : Suite de trois nucléotides sur l’ARN. Chaque codon correspond à un acide aminé.Comme il existe 4 nucléotides, il existe 64 codons diff érents, mais seulement 20 acides aminés:certains codons diff érents correspondent donc au même acide aminé (ainsi, l’AA Leucine est codépar 6 codons alors qu’un seul correspond à l’AA tryptophane).

Particularités Certains codons ne s’associent pas seulement à un acide aminé: ce sont des repères

pour les ribosomes. Ainsi, le codon UGA est un codon «stop» qui interrompt la fabrication desprotéines. Un autre permet de commencer une protéine (le codon «d’initiation» AUG).

MutationDéfinition  : Modification accidentelle d’un ou plusieurs nucléotides d’un ADN ou ARN, et amenant ainsi à la fabrication d’une protéine incorrecte (pouvant éventuellement être à l’origine d’uncaractère nouveau, qu’il soit nocif, neutre ou bénéfique pour l’individu).

NucléotideDéfinition : Molécule constituant l’unité de base des acides nucléiques comme l’ADN (appelé DNA partout ailleurs dans le monde) et l‘ARN.

Rappel : 1 nucléotide = phosphate + un sucre + une base (à choisir parmi Adénine, Thymine,Cytosine et Guanine pour l’ADN, et rajoutons à présent la thymine de l’ARN)

ProtéineDéfinition  : Molécule formée de l'enchaînement d’aides aminés. Les enzymes et les anticorps sont deux familles de molécules, que vous connaissez qui sont en fait des protéines.

RibosomeDéfinition  : Organite cellulaire spécialisé dans la fabricationdes protéines, qu’il réalise en «lisant» les molécules d’ARNm.Dans le ribosome, mobile sur l’ARNm, se réalise l’ensembledu processus fixation sur le codon/accrochage de son AA à un autre acide aminé/libération de l’AA et détachement del’ARNm .

Le ribosome, véritable «tête de lecture» de l’ARNm,positionne 2 ARNt en même temps sur l’ARNm et joue unrôle d’enzyme pour plusieurs réactions chimiques. Une cellulecontient de nombreux ribosomes. Schéma G. Bokiau, Wikimedia.

SéquenceDéfinition : Suite d’éléments, lesquels se succèdent dans un ordre précis

Contexte : Cette idée a été rencontrée en seconde lors de l’étude de l’ADN: la suite des nucléotides

constitue une séquence qui correspond en fait à une information. La séquence d’une protéine, suited’acides aminés, est aussi une information qui agit directement sur la forme, et donc sur lespropriétés, de la protéine.

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