Paramédical 36
Paramédical 36
Les gènes correspondent à des segments de l’ADN présent dans les chromosomes. Chaque gène est caractérisé par une séquence de nucléotides particulière qui constitue un message codé. La traduction de ce message permet la synthèse d’un polypeptide assurant une fonction cellulaire très précise. Dans l’espèce humaine, on dénombre 30 000 gènes environ.
le gene
Un gène correspond à un segment de l’un des 2 brins de l’ADN. Ce brin, aussi appelé bin transcrit ou non sens, sert de matrice à l’ARNm qui sera traduit en protéine. Le brin d’ADN complémentaire (= brin non transcrit ou brin sens) est utilisé pour déterminer la séquence de nucléotides de l’ARNm.
Le gène peut être découpé en plusieurs zones :
- R : les zones régulatrices
Elles contrôlent l’initiation de la transcription et sont situées en amont de la partie transcrite du gène.
- P : le promoteur
Ce segment d’ADN aussi nommé « Tatabox » permet d’initier la transcription.
- T : les zones transcrites
Elles sont de 2 types :
§ Les exons, régions codantes de l’ADN
§ Les introns, régions non codantes de l’ADN.
genes et nucleotides
Les nucléotides qui constituent le gène sont des molécules complexes composées de :
- un article phosphorique,
- un sucre (le désoxyribose)
- une base azotée.
Il existe 4 types de bases dans l’ADN :
A = adénine
T = thymine
C = cytosine
G = guanine.
schema
Chromosome
Locus
R
P
T
AGCA
TCGT
ACAG
TGTC
CA
GT
Brin d’ADN non transcrit = séquence d’ADN codant pour une proteine
Promoteur
TATAAAA…
Début de la traduction
ATG GTG CAC CTG ACT CCT GAG GAG AAG TCT GCC GTT ACT GCC CTG TGG GGC AAG GTG AAC TAC CAC GTG GAC TGA GGA CTC CTC TTC AGA CGG CAA TGA CGG GAC ACC CCG TTG TTC CAC TTG ATG GTG CAC CTG ACT CCT GAG GAG AAG TCT GCC GTT ACT GCC CTG TGG GGC AAG GTG AAC…TAA…AATAAA…
Fin de la traduction
Sens de lecture du gène à zones régulatrices à promoteur à zones transcrites (introns et exons)
L’expression de l’information génétique, c’est-à-dire le passage du gène à la protéine s’effectue en 2 étapes :
- La transcription est la copie d’un gène ARNm (1) ; elle se déroule dans le noyau.
- La traduction est la synthèse d’une protéine à partir de l’ARNm ; elle a lieu dans le cytoplasme au niveau des ribosomes.
La correspondance information génétique (séquence de nucléotides, A-T-C-G) et protéine (séquence d’acides aminés, Aa) s’effectue grâce au code génétique (2).
(1) Acide ribonucléique messager, molécule qui transfère l’information génétique du noyau vers le cytoplasme.
(2) Code de lecture universel de l’information génétique.
transcription
1. Le gène qui code pour la protéine est transcrit en ARN transcrit primaire : ensemble d’introns et d’exons complémentaires du brin d’ADN transcrit. Cette étape est catalysée par différents facteurs de transcription dont la polymérase II qui ouvre l’ADN.
2. Des enzymes modifient l’ARN :
. - les introns sont éliminés et les exons fusionnent (épissage)
. - les extrémités sont recouvertes de séquences protectrices (chaperon et queue poly-A)
3. L’ARNm passe dans le cytoplasme.
SCHEMA : TRANSCRIPTION DANS LE NOYAU
1. ADN
ARN polymérase II
Brin d’ADN non transcrit
Gène = brin d’ADN transcrit
2. ARN transcrit primaire
ARNm
3. Hors de la cellule : Ribosome
Protéine
ARNm
traduction
4. Dans le cytoplasme, les ribosomes (assemblage de 2 sous-unités d’ARNr) progressent le long de l’ARNm en lisant les codons.
5. Les ARN de transfert (ARNt) transportent les Aa jusqu’au brin d’ARNm.
L’anticodon de l’ARNt reconnaît le codon de l’ARNm. L’Aa transporté se rattache au suivant par une liaison peptidique.
6. L’ARNt se détache et devient disponible pour un nouveau transport.
Chaque fois que le ribosome avance le long de l’ARNm, un Aa s’ajoute à la chaîne poolypeptidique.
SCHEMA : TRADUCTION DANS LE CYTOPLASME
4. Dans le cytoplasme, les ribosomes progressent le long de l’ARNm en lisant les codons
5. Aa, ARNt, anticodon, codon, ARNm
Les ARNt transportent l’Aa jusqu’au brin d’ARNm. L’Aa transporté se détache de l’ARNt et s’attache à la protéine par une nouvelle liaison peptidique.
6. L’ARNt se détache et devient disponible pour un nouveau transport.
information genetique
Les nucléotides qui constituent les acides nucléiques (ADN et ARN) sont des molécules complexes qui associent un acide phosphorique, un sucre (le désoxyribose dans l’ADN, le ribose dans l’ARN) et une base azotée. Il existe 5 types de bases :
- A=adénine, T=thymine, C=cytosine, G=guanine dans l’ADN.
- U=uracile, remplace la thymine dans l’ARN.
L’ordre dans lequel s’enchaînent les nucléotides dans le brin non transcrit de l’ADN détermine la séquence des nucléotides de l’ARNm correspondant.
SCHEMA : INFORMATION GENETIQUE
TAC CAC GTG GAC TGA GGA CTC I
CTC TTC AGA CGG CAA TGA CGG I
GAC ACC CCG TTC CAC TTG… I
Gène = brin d’ADN transcrit I
I ADN
ATG GTG CAC CTG ACT CCT GAG I
GAG AAG TCT GCC GTT ACT GCC I
CTG TGG GGC AAG GTG AAC… I
Brin d’ADN non transcrit I
AUG GUG CAC CUG ACU CCU GAG
GAG AAG UCU GCC GUU ACU GCC
CUG UGG GGC AAG GUG AAC… ARNm
Met Val His Leu Thr Pro Glu Glu
Lys Ser Ala Val Thr Ala Leu Trp
Gly Lys Val Asn… Polypeptide
Code genetique
Le code génétique établit une correspondance entre l’ARNm (issu de l’ADN) et les acides aminés (Aa) qui composent les protéines : à chaque ensemble de 3 bases azotées (codon) de l’ARNm correspond un Aa. La séquence des bases commande donc la séquence des Aa d’une protéine.
Il existe 64 combinaisons possibles de 3 bases, soit 64 codons différents pour seulement 20 Aa. A un codon correspond toujours le même Aa et plusieurs codons donnent le même Aa. Le code génétique est redondant, continu et non chevauchant.
SCHEMA : CODE GENETIQUE
PREMIERE BASE DEUXIEME BASE TROISIEME BASE
U U UCAG
C C UCAG
A A UCAG
G G UCAG
UUU I Phe UCU I UAU I Tyr UGU I Cys
UUC I UCC I UAC I UGC I
I Ser
UUA I Leu UCA I UAA Arrêt UGA Arrêt
UUG I UCG I UAG Arrêt UGG Trp
CUU I CCU I CAU I His CGU I
CUC I CCC I CAC I CGC I
I Leu I Pro I Arg
CUA I CCA I CAA I Gln CGA I
CUG I CCG I CAG I CGG I
AUU I ACU I AAU I Asn AGU I Ser
AUC I Ile ACC I AAC I AGC I
AUA I I Thr
ACA I AAA I Lys AGA I Arg
AUG I Met ACG I AAG I AGG I
GUU I GCU I GAU I Asp GGU I
GUC I GCC I GAC I GGC I
I Val I Ala I Gly
GUA I GCA I GAA I Glu GGA I
GUG I GCG I GAG I GGG I
transcription et traduction
1.et2.Les gènes qui contrôlent la synthèse protéique ne constituent que 10 % de l’ADN. Certains gènes sont transcrits en ARNm, traduits en protéines.
D’autres gènes, transcrits mais jamais traduits en protéines produisent :
- les ARN de transfert (ARNt transporteurs des acides aminés vers les zones de traduction)
- les ARN ribosomiques (ARNr constitutifs des ribosomes).
devenir des proteines
3.Les protéines néosynthétisées subissent plusieurs modifications postraductionnelles (association avec d’autres molécules, acquisition d’une structure tridimensionnelle…).
4.Les protéines modifiées peuvent :
- rester dans le cytoplasme ;
- être incorporées à la membrane plasmique ;
- gagner le milieu extra-cellulaire.
5.Certaines protéines assurent un rôle de régulation de la transcription.
schema
Gènes transcrits et traduits Gènes transcrits, non traduits ADN non transcrit (90 % de l’ADN total)
ADN
I ! (1) ! (1) ! (1)
I ARNm ARNt ARNr
I ! ! !
I ----------(2) Ribosomeß-----------------------------------------------------
I Protéine
I ARNm
I !
--------------------------------------- (3) Protéines
PROTEINES CYTOPLASMIQUES (4) PROTEINE MEMBRANAIRE (4) PROTEINES EXPORTEES
Enzymes, Transporteurs, Hormones,
Structure intracellulaire Antigène/anticorps, Anticorps circulants,
Transporteurs… Récepteurs… Enzymes digestives…
les mutations
Des modifications de la nature ou de la séquence des nucléotides de l’ADN peuvent affecter le génome. Les conséquences de ces mutations génétiques sont très variables, de l’incidence nulle à la mort cellulaire. Les substances mutagènes sont à l’origine de l’évolution biologique (création de nouveaux allèles, de nouveaux gènes…). Parfois elles altèrent la croissance ou la division cellulaire et sont cancérigènes. La cellule dispose de mécanismes de réparation de l’ADN qui assurent la stabilité du génome.
les agents mutagenes
Les mutations sont des modifications de la séquence de nucléotides de l’ADN. Elles sont spontanées ou induites par des agents mutagènes de type physique ou chimique.
les types de mutations
Les mutations peuvent être bénéfiques, neutres, délétères ou létales. On parle de mutation ponctuelle quand elle ne concerne qu’un seul nucléotide (cas ci-contre). On distingue 3 types de mutations :
- Mutations par substitution (1) quand un ou plusieurs nucléotides sont remplacés,
- Mutation par addition quand un ou plusieurs nucléotides sont insérés,
- Mutation par délétion (2 et 3) quand un ou plusieurs nucléotides sont éliminés.
Une mutation peut avoir ou non des conséquences au niveau du phénotype.
Une mutation dans un intron ne modifie pas le polypeptide ; les introns étant éliminés avant la traduction de l’ARNm (a).
Une mutation dans un exon peut s’exprimer ou non au niveau du phénotype (b, c, et d).
REPARATION DE L’ADN
Plusieurs mécanismes permettent d’éliminer une mutation (photoréaction, recombinaison…). Ces réactions complexes permettent l’excision de la partie mutée qui est ensuite remplacée par un segment correctement répliqué.
schema
AGENTS MUTAGENES
PHYSIQUES CHIMIQUES
UV, radiations ionisantes… HNO2, composés alkylants…
1. MUTATIONS PONCTUELLES 2.et3. MUTATIONS
PAR SUBSTITUTION PAR ADDITION OU DELETION
AATCGA Séquence de référence AATCGA AATCGA
ACTCGA Séquence mutée ACATCG ATCGAC
EFFETS POSSIBLES D’UNE MUTATION PONCTUELLE
a. Mutation dans un intron b. Mutation dans un exon c. Mutation dans un exon d. Mutation dans un exon
ARNm brin bleu ARNm brin en partie orange ARNm brin en partie orange ARNm brin en partie rouge
POLYPEPTIDE gris POLYPEPTIDE gris POLYPEPTIDE gris POLYPEPTIDE gris
dont 1 orange dont 1 rouge
Polypeptide Polypeptide Polypeptide Polypeptide
non modifié non modifié modifié modifié
fonctionnel fonctionnel fonctionnel non fonctionnel
---------MUTATIONS SILENCIEUSES--------- --------------------MUTATIONS FAUX SENS-------------------
les echelles phenotypiques
a. Polypeptide dont la synthèse est contrôlée par les gènes.
(ici synthèse de la bêta-globine, polypeptide qui participe à la construction de l’hémoglobine).
b. Structures et métabolismes cellulaires.
(ici, l’hématie, cellule sanguine qui transporte le dioxygène dans l’organisme).
c. Morphologie, anatomie et physiologie des organes de l’individu.
l’albinisme
Une mutation du gène contrôlant la synthèse de la tyrosinase peut engendrer l’albinisme.
a. Phénotype moléculaire : ici l’enzyme est modifiée (un acide aminé est muté) et devient inactive.
L’individu ne produit plus de mélanine.
b. Phénotype cellulaire : sans granules de mélanine, les mélanocytes ne sont plus pigmentés.
c. Phénotype macroscopique : la pigmentation globale de la peau, des cheveux et des yeux diminue.
d. Le phénotype albinos n’apparaît que si la personne est homozygote pour l’allèle récessif (a/a).
Les individus hétérozygotes (A/a) produisent suffisamment de tyrosinase fonctionnelle pour synthétiser la mélanine.
schema
GENOTYPE Hélice normale ADN Hélice normale
Chromosome Transcription Mutation
Gène Hélice normale ARNm Hélice mutée
ADN Traduction
(code génétique)
a.PHENOTYPE Polypeptide gris ! Polypeptide gris
MOLECULAIRE dont Thr rouge Polypeptide dont Lys orange
Globine bêta Thr (enzyme) Lys
Tyrosine à Mélanine Tyrosine à Mélanine non produite
Action enzymatique
b.PHENOTYPE Avec granules Mélanocytes Sans granules
CELLULAIRE de mélanine de mélanine
Hématie
c.PHENOTYPE Cheveux noirs Pigmentation Cheveux décolorés
MACROSCOPIQUE Yeux marron globale Yeux blancs et rouges