II/ L’expression de l’information génétique : un processus en 2 étapes
On sait déjà que l’information est contenue dans le noyau, dans l’ADN, muni de pores dont la taille ne permet pas le passage de l’ADN
Ø Doc 2e page 105 Observation en microscopie électronique à balayage d’une empreinte de l’enveloppe nucléaire
L’enveloppe du noyau est munie de pores dont la taille ne permet pas le passage de l’ADN
L’enveloppe nucléaire est formée de 2 membranes séparées par un espace. Ce système de « cavités » internes se prolonge pour former le réticulum endoplasmique (dont nous reparlerons plus tard)
1. La synthèse des protéines se déroule dans le cytoplasme (& page 104)
Un marquage « froid » L’expression des gènes correspond à leur traduction en protéines Différentes expériences de marquages ont permis de localiser la synthèse des protéines
Rappel : le marquage :
On distingue le marquage dit « chaud » utilisant des isotopes
radioactifs qui émettent des rayonnements repérables et les marquages
« froids » qui utilisent des molécules aux propriétés fluorescentes, luminescentes. Ces dernières sont de plus en plus employées car plus pratiques.
Le principe est d’utiliser un élément caractéristique de la molécule (où autre) à localiser ou suivre en fonction du temps.
Le marquage radioactif peut être révélé par autoradiographie (page 397)
Le marquage des acides aminés, constituants des protéines, permet de monter que la synthèse des protéines se déroule dans le cytoplasme.
Nous savons que l’ADN, support de l’information génétique, est situé dans le noyau, comment peut-il commander la synthèse des protéines ?
La nécessité d’un intermédiaire : Ø Doc1b page 104
L’expérience de coloration avec le vert de méthyl pyronine qui colore en vert l’ADN (noyau) Et en rose l’ARN (cytoplasme +noyau)
montre qu’on identifie un autre acide nucléique dans le cytoplasme et le noyau: l’ARN.
Fluorescence
Pore
Ø Doc 1c page 104
On constate que l’ARN disparaît en 30 minutes symétriquement à l’intégration des acides aminés dans les protéines.
L’ARN induit la synthèse des protéines
On peut réaliser des synthèses in vitro de protéine à partir de cellules énuclées (sans noyau, donc sans ADN) en injectant de l’ARN
2. L’ARN est synthétisé dans le noyau Ø Doc. 2d page 105
On réalise un marquage radioactif avec un précurseur (molécule à l’origine de la synthèse de l’ARN et caractéristique de celui-ci) de l’ARN : Uracile radioactif.
On visualise la radioactivité par autoradiographie : (les points noirs correspondent à la précipitation des grains d’argent de la pellicule sensible sous l’effet des rayonnements produits par l ‘élément radioactif)
Radioactivité localisée dans le noyau au bout de 12H à puis déplacement vers le cytoplasme via les pores du noyau. (Doc 2e, f page 105)
Nombre de chaînes 2 1
Lieu de synthèse dans la
cellule Noyau Noyau
Déplacement vers… Cytoplasme
3. L’ARN : un acide nucléique (
&
page 106) YL’Acide Ribo Nucléique est unpolynucléotide, constitué - D’un seul brin
- De 4 nucléotides différents : A, U, C, G (U remplace T, il peut établir les mêmes liaisons hydrogène avec A, donc l’appariement des nucléotides =)
A-U ; C-G
- Dans les nucléotides, le Ribose remplace le désoxyribose
Ø Doc b page 106 :
C’est la copie complémentaire d’un des brins de l’ADN le brin non codant du gène (séquence qui contient l’information nécessaire à la synthèse d’une protéine)
NB : il correspond à la séquence du brin codant mais où T est remplacé par U Brin non codant
ADN
Brin codant
ARN
4. Le mécanisme de la transcription (
&
page 107) Schéma (Doc e page 107)Brin codant (non transcrit) Nucléotides à ARN
Brin non codant (transcrit)
ARN polymérase
L’ARN polymérase appartient à un complexe enzymatique qui se fixe sur l’ADN, au début d’un gène, déroule l’ADN et l’ouvre en rompant les liaisons hydrogène : les 2 brins se séparent
L’ARN polymérase synthétise un ARN en positionnant face à chaque nucléotide du brin codant, le nucléotide complémentaire.
Ø Doc. D page 107 : Observation microscopique de la chromatine pendant la transcription.
Schéma d’interprétation
Plusieurs ARN polymérases transcrivent en même temps un gène à un gène est transcrit à une fréquence qui dépend des besoins de la cellule en la protéine dont le code est contenu dans le gène.
ADN ARN
ARN polym.
1 Gène
Gène
1 Gène TRANSCRIPTION
Début
Fin
5. Le devenir de l’ARN (& pages 107)
La transcription terminée, l’ARN contenant la copie d’un gène (ARN messager = ARNm) gagne le cytoplasme grâce aux pores présents dans l’enveloppe nucléaire.
Ø Doc 3f page 107. On compare les séquences du gène de la ß globine humaine et l’ARN mature présent dans le cytoplasme (qui contient les informations nécessaires à la synthèse de la protéine) : on constate que cet ARN contient moins de nucléotides que le gène !!!!
Si on compare maintenant avec l’ARN présent dans le noyau à la fin de la transcription, on voit que cet ARN contient bien la copie (en nucléotides complémentaires) du brin transcrit ! on parle d’ARN pré- messager
Il se passe donc quelque chose entre la transcription et le déplacement vers le cytoplasme : une partie de l’ARN est éliminée. En effet des fragments du gène ne sont pas codants.
Ø Doc. G page 107
La mise en contact de l’ARN présent dans le cytoplasme et le brin transcrit de l’ADN (gène) montre que l’hybridation ne se fait pas sur toute la longueur du gène.
Les boucles du brin d’ADN correspondent aux parties non codantes qui ont été éliminées : on parle de maturation ou encore d’épissage
Le brin codant est transcrit en ARN pré-messager Au cours de l’épissage, les parties non codantes du gène transcrites en ARN (introns) sont éliminées et l’ARN messager, mature ne contient plus que les copies codantes (exons).
C’est l’ARNm qui sera traduit en protéine.
Ø Allons plus loin : comment obtenir des protéines différentes à partir d’un seul gène :
De plus cet épissage peut s’accompagner d’une recombinaison des exons : ils peuvent être assembler de façon différente donnant ainsi plusieurs protéines différentes à partir d’un même ARN pré-messager (donc à partir d’un gène) : on parle d’épissage alternatif.
Un intérêt évolutif :
Avant la publication de la séquence complète de l’ADN du génome humain, au début des années 2000, on estimait le nombre de gènes à environ 300 000. Aujourd’hui, ce chiffre est tombé à environ 22 000, un résultat étonnant car finalement très voisin de celui d’autres espèces parmi les préférées des généticiens : la souris, le poisson-zèbre ou même le simple ver nématode, qui possède également plus de 20 000 gènes ! En d’autres termes, le nombre de gènes d’un organisme vivant ne reflète pas sa réelle complexité biologique.
Ce paradoxe résulte de la combinaison de plusieurs phénomènes, dont ce qu’on appelle l’épissage alternatif des ARN pré-messagers, une étape fondamentale de l’expression des gènes
Grâce à l’épissage, plusieurs protéines différentes peuvent être produites à partir d’un seul gène. La définition de gène devient ainsi plus complexe !
ADN 1 gène
ARN
Pré-messager ARN messager
Exon 1 Exon 2 Exon 3 Exon 1 Exon 2 Exon 3
Exons 1+ 2 Exons 1 + 3
BILAN TRANSCRIPTION :
Nous reste à comprendre comment se déroule l’assemblage des protéines à partir de l’information génétique copiée dans l’ARN : la TRADUCTION
polymérase ARN
