2. La transmission et le décodage de l’information génétique (rappels)
Après la découverte de la structure en double hélice de l'ADN, se développe ne nouvelle discipline, la biologie moléculaire
(1), résultat de la convergence de la biochimie et la génétique.
(1) A l'ULB, la figure de proue de la biologie moléculaire est le Pr. Jean Brachet. Avec son collègue Raymond Jeener et ses élèves (R. Thomas, H. Chantrenne, ...), il fondera en 1968 l'actuel Département de Biologie Moléculaire aujourd'hui implanté sur le Biopark de
Gosselies.
Les grands questions abordées par cette discipline dans le courant des années 60 et 70 :
- mécanismes de la transmission de l'information génétique, d'une génération à l'autre ?
- mécanismes de décodage de cette information ? Ou comment une séquence de bases azotées peut-elle déterminer les propriétés biologiques d'un être vivant
?
34
réplication ADN
ADN transcription ARNm traduction protéine
Transmission : comment l'ADN se duplique-t-il ?
Décodage : comment la séquence des bases azotées de l'ADN détermine- t-elle les propriétés biochimiques des espèces ?
ADN transcription ARN non traduit (ex. ARNt, ARNr,
ARN régulateur, …)
RAP PEL
.. avant une division bactérienne, une mitose, une méiose
2.1 La réplication : principes de base
Enzyme : complexe ADN polymérase
Substrat reconnu par l’enzyme : ADN monocaténaire + amorce complémentaire
(1)Sens : 5' vers 3' (extension de l’extrémité 3’ de l’amorce)
Précurseurs : dATP, dCTP, dGTP, dTTP (dNTP) = désoxyribonucléosides
triphosphates
3'
5' 5' 3'
3'
5' 5'
3'
RAP PEL
(1)
Amorce d'ARN lors de la réplication in vivo (primase), d'ADN dans une réaction de PCR
36
2.2 La transcription : principes de base
Enzyme : complexe ARN polymérase
Substrat reconnu par l’enzyme : ADN bicaténaire
Matrice (ou modèle) : ADN monocaténaire (brin non-codant, ou non-sens) Sens : 5' vers 3' (sans amorce)
Précurseurs : ATP, CTP, GTP, UTP (NTP) = = ribonucléosides
triphosphates
5'
3'
La portion d'un gène qui est transcrite = l'unité de transcription de ce gène
5'3'
3'5'
5'3'
3'5'
matrice = brin non-codant
= brin non-sens
(qui sert de modèle pour la synthèse d'un brin complémentaire d'ARN, il est "transcrit")
brin copié = brin codant
= brin sens
l'ARN synthétisé et ce brin d'ADN présentent la même séquence (sauf les T > U)
RAP PEL
38
ADN T A G C ARN
A U C G
RAP PEL
Règles de complémentarité entre les bases :
2 ou 3 ponts H
brin non-codant ou non-sens chaine d’ARN
en croissance
région codante (ORF) région 5' non-traduite
(5’ UTR) région 3' non-traduite
(3’ UTR)
3’-OH
2.3 La traduction : organisation des ARNm et code génétique
RAP PEL
2.3.1 ARNm chez les procaryotes ARNm monocistronique :
PP
PP
PP 5’
protéine
NH2 COOH
région codante 1 (ORF) région 5' non-traduite
(5’ UTR) région 3' non-traduite
(3’ UTR)
3’-OH
ARNm polycistronique (opéron) :
PP
PP
PP 5’
région codante 2 (ORF)
protéine 1
NH2 COOH
protéine 2
NH2 COOH
UTR : untranslated region ORF : open reading frame
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région codante
(ORF) région 3' non-traduite (3’ UTR)
3’-AAAAAAA-OH
Région codante = séquence de codons = " open reading frame, ORF ", qui débute par le codon START
AUGet se termine juste avant un
codon STOP (
UAA,
UAG, ou
UGA)
RAP PEL
2.3.2 ARNm chez les eucaryotes
ARNm toujours monocistronique :
PP
PP
PP 5’
protéine
NH2 COOH queue polyA
coiffe 5’ : 7-méthyl-guanosine
région 5' non-traduite (5’ UTR)
Le code génétique
- dégénéré : un codon détermine un acide aminé, mais la plupart des acide aminés sont déterminés par plusieurs codons possibles
- quasi universel : le même code génétique est utilisé par l’immense majorité des êtres vivants (issus d’un ancêtre commun), mais dans certains cas (ex. dans les mitochondries, chez
certains protistes, ..), quelques déviations sont apparues au cours de l’évolution (par ex. un des codons STOP détermine un acide aminé)
RAP PEL
42 - déterminé par les aminoacyl-ARNt synthétases.
Ces enzymes, au nombre de 20 (une par acide aminé), lient de manière covalente un acide aminé à un ou plusieurs ARN de transfert (ARNt)
présentant un anticodon (ex. 5’-CCA-3’ pour le tryptophane = Trp = W -> appariement au codon 5’-UGG-3’).
Le génome de tous les organismes cellulaires et de nombreux virus (surtout ceux dont le génome est de grande taille) est constitué d’ADN bicaténaire :
Chez les virus dont le génome est de petite taille, celui-ci est parfois constitué d'ADN monocaténaire, ou même d'ARN, mono- ou bicaténaire :
2.4 Certains génomes ne sont pas constitutés d’ADN bicaténaire
réplication semi-conservative
ADN bicaténaire
ADN monocaténaire
ARN monocaténaire
ARN bicaténaire
La réplication de ces génomes implique des polymérases particulières, en particulier chez
les virus à ARN. Il existe même (chez les rétrovirus) une poly- mérase qui synthétise de l’ADN
sur base d’un ARN matrice (transcriptase inverse).
Ex. de situation particulière : les réovirus, dont le génome est formé d’ARN bicaténaire
+ -
La réplicase = ARN polymérase ARN mono-brin (+) dépendante La transcriptase = ARN polymérase ARN double-brin dépendante (utilise le brin – comme modèle pour la polymérisation de brins +)
+ +
+
traduction
Protéines dont une réplicase Phase I de l'infection :
expression des gènes viraux
transcriptase du virus
réplicase du virus
+ - + -
+
Les brins (-) d’ARN synthétisés restent associés aux brins (+)
-
Phase II : réplication du génome
génome ARN double-brin
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