III/ La traduction : de l’ARN à la protéine
1. Le code génétique : un système universel de correspondance entre ADN et protéine. (& pages 108/109)
a) L’élucidation du code (doc.1 page 108)
1 nucléotide à 1AA 4 nucléotides pour 20 acides aminés : IMPOSSIBLE
2 nucléotides à 1AA 4 x 4 possibilités de combiner 2 nucléotides parmi 4 à 16 combinaisons pour 20 AA : IMPOSSIBLE
3 nucléotides à 1AA 4 x 4 x 4 possibilités de combiner 3 nucléotides parmi 4 à 64 combinaisons pour 20 AA : possible
En vertu du principe de parcimonie qui veut que l’on conserve l’hypothèse la plus simple c’est cette hypothèse qui a été testée
Le code
génétique est
entièrement
élucidé en 1966
YIls confirment que le code génétique met en relation une séquence de 3 nucléotides : 1 codon et un acide aminé : c’est le code génétique
Remarques :
- Le code génétique est redondant : plusieurs codons peuvent coder pour le même acide aminé : exemple : CUU, CUC, CUA, CUG = leucine.
- Il existe 3 codons STOP que l’on trouvera à la fin de l’ARNm : UAA, UAG, UGA (doc d page 108) - Tous les ARN débute par le même codon : AUG qui code pour la Méthionine
b) Un code universel
Les expériences de transgénèse démontrent que tous être vivant peut lire et décoder de l’ADN de n’importe quelle espèce : le code génétique est universel à quelques exceptions près
Nous connaissons désormais le lien entre ARN et protéine qui complète le dogme de la biologie moléculaire établi par Crick en 1958 :
Mais comment se déroule la traduction ?
2. Le mécanisme de la traduction (& page 109)
a) Les protéines sont synthétisées dans le cytoplasme mais où ?
Les expériences de marquage radioactif réalisées montrent que les protéines sont synthétisées dans le réticulum endoplasmique granulaire : ensemble de cavités à l’intérieur du cytoplasme, délimitées par une membrane à laquelle sont associés de petits organites : les ribosomes
Doc d page 109 : A la surface externe de la membrane des cavités on observe des « grappes » de
ribosomes : les polysomes : Photo Schéma
b) Les ribosomes : Doc e page 109
Schéma très simplifié d’un ribosome Les 2 unités se fixent sur l’ARN au niveau du codon
d’initiation (AUG) et se déplace le long de l’ARN de codon en codon.
La grosse sous unité présente 2 sites de fixation dont la taille est exactement celle d ‘un codon
YLa synthèse de protéines nécessite : de
- l’ARNm, (information codée en séquence de nucléotides) - des acides aminés (précurseurs), et
- des ribosomes, (« tête de lecture »)
ce sont eux qui assurent la traduction de l’ARNm
Noyau
Réticulum
endoplasmique Intérieur
des cavités avec protéines
Ribosomes Vésicule
2 sites de fixation
CODE GENETIQUE
?
c) Le déroulement de la traduction : Doc page 113
Plusieurs ribosomes travaillent en même temps (polysomes) et synthétisent des protéines (chaîne polypeptidique) à une fréquence qui dépend des besoins de la cellule
Remarques :
- Il y a donc un phénomène d’amplification au niveau de la transcription : 1gène à plusieurs ARNm puis de la traduction : 1 ARNm à plusieurs protéines.
- la traduction nécessite un apport d’énergie
Remarque : la protéine est libérée dans les cavités du réticulum Endoplasmique
INITIATION ELONGATION TERMINAISON
La protéine finit sa maturation dans les cavités du
cytoplasme,
- elle se replie, prend sa forme, - s’associe éventuellement avec d’autres chaînes (exemple hémoglobine).
Elle est ensuite conduite vers sa destination par des
vésicules : cytoplasme, organites, exportation (à exocytose)
Exemple d’une protéine constituée de l’assemblage de 2 chaînes d’acides aminés
Ø
Expérience de Jamieson et Palade : Suivons la synthèse des protéines par marquage radioactif (leucine radioactive) et autoradiographie (page 458) dans une cellule du pancréas qui produit du suc pancréatique (enzymes digestives = protéines)
Le pancréas est un organe vital, il remplit 2 fonctions : il assure la digestion en produisant des
enzymes digestives et il permet la régulation de la glycémie en produisant 2 hormones :insuline et glucagon
On réalise un marquage radioactif sur les cellules acineuses, on suit l’évolution de la radioactivité en fonction du temps dans les différents organites de la cellule.
1 chaîne
1 chaîne
Liaisons entre les 2 chaînes (S-S)
Résultats de l’autoradiographie
Les protéines sont produites dans le cytoplasme, grâce aux ribosomes associés au réticulum endoplasmique granulaire à l’intérieur duquel les protéines sont libérées et achèvent leur maturation.
Elles sont transférées à l’appareil de golgi qui les adresse vers leur lieu d’utilisation dans la cellule grâce à des vésicules de transport.
Ici ces protéines sont exportées vers l’extérieur grâce à des vésicules de sécrétion.
Cela vaut pour les eucaryotes qui possèdent noyau et organites mais qu’en est-il pour les procaryotes ?
d) Synthèse des protéines chez les procaryotes (exercice 1 page 118)
Les procaryotes ne possèdent ni noyau, l’ADN est libre dans le cytoplasme, ni organites.
Les étapes de la synthèse, transcription et traduction, se déroulent simultanément :
e) Modéliser le mécanisme : comment travail votre logiciel de séquençage doc 3 page 109
Algorithme : succession d’opérations qui permet en un nombre fini d’étapes d’arriver à un résultat. Ici : la traduction d’une séquence d’ARN en une séquence protéique
-
Lire la séquence d’ARN de gauche à droite
-Chercher AUG (initiation)
-
Lire ensuite 3 nucléotides par 3 nucléotides (codon)
-
Associer à chaque codon un acide aminé grâce au code génétique
-
Continuer jusqu’à la rencontre d’un codon
« STOP »
-
Arrêt de la traduction
Un exemple de codage Python :
• Un exemple de codage « PYTHON »
En utilisant une fonction (traité en seconde en mathématiques et SNT)
ENTREE à chaîne de caractères
TRAITEMENTà
• recherche du premier codon AUG
• appel de la fonction de traduction
SORTIEà affichage de la protéine
Lien : merci à Mr Lagrave (ISN beaussier)
https://trinket.io/embed/python/
9bdd844b97#.XMwToy2B2so
CLIC
3) Régulation de l’expression (Doc 3 page 111)
L’expression génétique peut être modifier à plusieurs échelles, par des facteurs internes (hormones, chronologie du développement…) et externes : quelques exemples
a) Des facteurs internes :
•
L’épissage alternatif agit sur l’expression des gènes
En fonction des exons associés lors de l’épissage alternatif, les protéines produites sont différentes, et la détermination du sexe change
Rappel :
•
L’action de signaux internes exemple les hormones
Les œstrogènes se fixent sur un récepteur cytoplasmique et le complexe hormone-récepteur se fixe sur l’ADN où il stimule (gène 1) ou inhibe (gène 2) la transcription de certains gènes.
Ainsi en fonction de la quantité d’hormone présente certains gènes seront plus ou moins exprimés, les protéines plus ou moins produites vont moduler l’activité de la cellule.
On pense alors à la modification d’activité des cellules au cours du cycle ovarien chez la femme.
•
La chronologie du développement (exercice 4 page 119) b) L’action de facteurs externes
Exercice 3 page 119
BILAN
Facteurs internes Facteurs externes
Épissage
Sens de transcription ARN
polymérase
Véhiculée vers les zones d’utilisation dans la cellule ou exportation
