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Post-Bac
2

Expression des gènes

Psychophysiologie

Définition

ADN (Acide désoxyribonucléique)
polymère de nucléotides qui porte l’information génétique de l’organisme vivant.
Information génétique (IG)
patrimoine génétique = ensemble des informations qui permettent la construction et le fonctionnement d’un être vivant.
ARN (Acide ribonucléique)
polymère de nucléotides (ou de ribonucléotides) est sous forme d’un seul brin de nucléotides, orienté de 5’ vers 3’.

ADN

Chaque nucléotide comprend une base azotée, un sucre nommé désoxyribose et un groupement phosphate.

Nucléoside = l’ensemble désoxyribose + base azotée

Structure en double hélice

4 nucléotides A--T C--G

Règles de complémentarité : dans les brins d’une molécule d’ADN, les deux brins s’associent toujours de la même façon, selon des règles de complémentarité entre nucléotides.

2 Extrémité : 5' et 3'

Brin sens = 5’ vers 3’ ( porte l’information génétique) vs brin anti-sens = 3’ vers 5’

Le caractère séquencé de l’ADN permet le codage de l’information génétique de l’individu

Protéines

Grande diversité de formes et de fonctions à interviennent dans aspects du fonctionnement des cellules et des organismes.

Long polymère linéaire d’acides aminés.

Les acides aminés sont reliés entre eux par des liaisons covalentes liaisons peptidiques.

La nature et l’ordre d’enchaînement des acides aminés dans la protéine s’appellent séquence peptidique de la protéine.

Expression des gènes

L’information génétique s’exprime sous forme de protéine. => C’est la séquence le long du brin d’ADN sens qui définit l’information génétique.

Chaque triplet définit un acide aminé.

Pour chaque gène, la succession des triplets de nucléotides détermine : Le nombre d’acides aminés dans la protéine + La suite des acides aminés le long de la protéine

Une suite de 3 nucléotides est appelée un TRIPLET (pour l’ADN) ou un CODON (pour l’ARN).

ARN

Voyage information génétique entre protéines ( cytoplasme) à ADN ( noyaux) = copie du brin sens

Les différents types d’ARN

L’ARNr (ribosomal) : participent à la formation des ribosomes.

L’ARNt (de transfert) : fonction dans la synthèse des protéines = d’adaptateur entre ARNm et acide aminé

L’ARNm (messager) : contient l’information nécessaire à la synthèse d’une protéine. C’est la copie d’un gène (d’un fragment d’ADN)

Transcription de l’ADN en ARNm

Structure d’un gène (= fragment d’ADN)

Il est constitué de deux segments distincts : Une zone régulatrice, située en amont (en 5’). + Une zone codante.

Zone régulatrice :

Un promoteur : Commun à tous les gènes. + portion du gène le début de l’information génétique + fixe l’enzyme qui fabrique l’ARN : ARN polymérase.

Les amplificateurs : Variables d’un gène à l’autre + portion du gène + contrôlent le moment (temps) et la quantité d’ARN qui doit être fabriquée. + Certains sont activés par des hormones.

Zone codante :

Les exons : ce sont les portions du gène qui contiennent l’information génétique nécessaire à la fabrication de la protéine

Les introns : ce sont des portions situées entre les exons et qui ne sont pas codantes.

Un site de « fin » du gène.

Mécanisme de la transcription

Ce processus inclut la production d’ARN dit prémessager (immature ou primaire) ainsi que les modifications post-transcriptionnelles conduisant au ARN matures appelés aussi ARN messager. La transcription de l’ADN en ARN prémessager a lieu dans le noyau.

La synthèse de l’ARN est catalysée par une enzyme : l’ARN polymérase. Seul l’un des deux brins d’ADN est copié. La transcription se fait de l’extrémité 5’ vers l’extrémité 3’ des gènes de façon complémentaire (A-U et G-C).

Les étapes de la transcription : passage de l’ADN à l’ARN prémessager

Fixation de l’enzyme ARN polymérase sur le promoteur

Ouverture de la double hélice d’ADN : l’ARN polymérase se déplace le long de l’ADN en ouvrant la double hélice au fur et à mesure.

 L’ARN polymérase associe par appariement exclusif les nucléotides avec le brin antisens (brin matrice ou brin transcrit.)

Une copie du brin sens ( brin codant ) est ainsi formée. C’est l’ARN prémessager.

=> L’ARN prémessager synthétisé est donc complémentaire au brin anti-sens de l’ADN (brin antisens = brin matrice = brin transcrit). dans la direction 5’ à 3’ est donc identique au brin sens de l’ADN (brin sens = brin codant).

La maturation de l’ARN prémessager  post-transcriptionnelle : passage de l’ARN prémessager à ARN messager.

La maturation de l’ARN synthétisé a aussi lieu dans le noyau. Cette maturation comporte les étapes suivantes :

Ajout à l’extrémité 3’ de l’ARN prémessager de la queue poly-A Ajout à l’extrémité 5’ de l’ARN prémessager de la coiffe (cap) de 7-methylguanosine triphosphate.

L’ARN étant fragile, ces modifications permettent de le protéger de la dégradation une fois dans le cytoplasme, la « cap » en 5’ est aussi essentielle à l’export de l’ARNm vers le cytoplasme.

Excision et Épissage : l’excision est la coupure puis l’élimination des introns et l’épissage est l’assemblage bout à bout des exons restants.

Après la maturation, les ARNm sortent du noyau et rejoignent le cytoplasme par les pores nucléaires pour être traduit en protéines.

Traduction de l’ARNm en protéine

langage en acides aminés.

Code génétique

C’est un code à 3 lettres qui permet de traduire l’information génétique d’un langage sous forme de nucléotides en un langage sous forme d’acides aminés.

Chaque groupe de 3 nucléotides (codon) correspond à un acide aminé. Or il existe 20 acides aminés différents et 64 combinaisons possibles de 3 nucléotides.

Sur les 64 codons :

3 codons sont des codons « stop » ou « non-sens », ces codons ne peuvent pas être traduits en acides aminés.

Il existe 61 codons pour 20 acides aminés. Le méthionine et le tryptophane sont codés par un seul codon et les 18 aa restants sont codés par de 2 à 6 aa.

 Les ARNt

deux sites importants :

L’extrémité 3’ qui va fixer un aa spécifique.

L’anticodon : un groupe de 3 nucléotides situé sur une boucle de l’ARNt. Chaque anti-codon des ARNt reconnaît son codon sur l’ARNm par appariement exclusif des bases

L’aminoacyl-ARNt synthétase est une enzyme capable d’associer spécifiquement chaque ARNt à son acide aminé

Mécanisme de la traduction

L’ARNm passe à travers les pores nucléaires de l’enveloppe du noyau pour se rendre dans le cytoplasme, lieu de synthèse des protéines. Dans le cytoplasme, le ribosome est l’organite responsable de cette synthèse protéiques. Le ribosome va lire l’ARN messager en associant spécifiquement les acides aminés les uns à la suite des autres pour former la protéine.

Les éléments nécessaires à la traduction = Les acides aminés L’ARNm L’ARNt Le ribosome

Les étapes de la traduction

Initiation

La traduction peut débuter quand la petite sous unité du ribosome se fixe sur le codon d’initiation (AUG) de l’ARNm / Vient par la suite le premier ARNt portant l’acide aminé méthionine et se place sur le premier codon AUG grâce à son anticodon UAC.

Toute protéine nouvellement synthétisée possède l’acide aminé méthionine comme premier aa de sa séquence peptidique. Le deuxième ARNt spécifique du deuxième codon se met en place par la suite. La grosse sous-unité du ribosome vient recouvrir l’ensemble.

Elongation

Le ribosome associe les deux acides aminés par une « liaison peptidique ».

Le ribosome libère ainsi le premier acide aminé du premier ARNt. Le deuxième ARNt porte donc maintenant une « chaîne » de 2 acides aminés => C’est le début de la protéine.

Le premier ARNt quitte alors le complexe. Le ribosome avance codon après codon, et la chaine d’acides aminés s’allonge de plus en plus.

Terminaison

Lorsque le ribosome avance devant un codon « STOP » (aucun acide aminé ne correspond à ce codon) la synthèse de la protéine s’achève. En effet, une protéine « facteur de terminaison » spécifique du codon « STOP » se positionne face à ce codon provoquant ainsi la dissociation du complexe.

Les sous-unités du ribosome, le facteur de terminaison et l’ARNt pourront être réutilisés pour une autre traduction.

Polyribosome

Un même ARNm peut être lu par plusieurs ribosomes à la fois. Les ribosomes s’assemblent simultanément sur une même molécule d’ARN messager pour traduire une même protéine en formant ainsi un polysome (ou polyribosome). Chaque ribosome qui parcourt l’ARNm synthétise une chaine peptidique.

Devenir des protéines synthétisées

Pour être utilisées par la cellule, les protéines doivent se replier selon une configuration spatiale et acquérir une structure tridimensionnelle fonctionnelle

Les ribosomes se trouvent dans le cytoplasme et surtout à proximité des REG = RER (= réticulum endoplasmique granuleux ou rugueux).

Les chaines protéiques en cours de synthèse par les ribosomes vont passer dans les citernes du REG où elles vont subir certaines modifications post-traductionnelles.

Après le REG, les protéines passent vers l’appareil de Golgi pour d’autres modifications post- traductionnelles aboutissant à leur maturité.



Définitions

ADN (Acide désoxyribonucléique)
polymère de nucléotides qui porte l’information génétique de l’organisme vivant.
Information génétique (IG)
patrimoine génétique = ensemble des informations qui permettent la construction et le fonctionnement d’un être vivant.
ARN (Acide ribonucléique)
polymère de nucléotides (ou de ribonucléotides) est sous forme d’un seul brin de nucléotides, orienté de 5’ vers 3’.
Post-Bac
2

Expression des gènes

Psychophysiologie

Définition

ADN (Acide désoxyribonucléique)
polymère de nucléotides qui porte l’information génétique de l’organisme vivant.
Information génétique (IG)
patrimoine génétique = ensemble des informations qui permettent la construction et le fonctionnement d’un être vivant.
ARN (Acide ribonucléique)
polymère de nucléotides (ou de ribonucléotides) est sous forme d’un seul brin de nucléotides, orienté de 5’ vers 3’.

ADN

Chaque nucléotide comprend une base azotée, un sucre nommé désoxyribose et un groupement phosphate.

Nucléoside = l’ensemble désoxyribose + base azotée

Structure en double hélice

4 nucléotides A--T C--G

Règles de complémentarité : dans les brins d’une molécule d’ADN, les deux brins s’associent toujours de la même façon, selon des règles de complémentarité entre nucléotides.

2 Extrémité : 5' et 3'

Brin sens = 5’ vers 3’ ( porte l’information génétique) vs brin anti-sens = 3’ vers 5’

Le caractère séquencé de l’ADN permet le codage de l’information génétique de l’individu

Protéines

Grande diversité de formes et de fonctions à interviennent dans aspects du fonctionnement des cellules et des organismes.

Long polymère linéaire d’acides aminés.

Les acides aminés sont reliés entre eux par des liaisons covalentes liaisons peptidiques.

La nature et l’ordre d’enchaînement des acides aminés dans la protéine s’appellent séquence peptidique de la protéine.

Expression des gènes

L’information génétique s’exprime sous forme de protéine. => C’est la séquence le long du brin d’ADN sens qui définit l’information génétique.

Chaque triplet définit un acide aminé.

Pour chaque gène, la succession des triplets de nucléotides détermine : Le nombre d’acides aminés dans la protéine + La suite des acides aminés le long de la protéine

Une suite de 3 nucléotides est appelée un TRIPLET (pour l’ADN) ou un CODON (pour l’ARN).

ARN

Voyage information génétique entre protéines ( cytoplasme) à ADN ( noyaux) = copie du brin sens

Les différents types d’ARN

L’ARNr (ribosomal) : participent à la formation des ribosomes.

L’ARNt (de transfert) : fonction dans la synthèse des protéines = d’adaptateur entre ARNm et acide aminé

L’ARNm (messager) : contient l’information nécessaire à la synthèse d’une protéine. C’est la copie d’un gène (d’un fragment d’ADN)

Transcription de l’ADN en ARNm

Structure d’un gène (= fragment d’ADN)

Il est constitué de deux segments distincts : Une zone régulatrice, située en amont (en 5’). + Une zone codante.

Zone régulatrice :

Un promoteur : Commun à tous les gènes. + portion du gène le début de l’information génétique + fixe l’enzyme qui fabrique l’ARN : ARN polymérase.

Les amplificateurs : Variables d’un gène à l’autre + portion du gène + contrôlent le moment (temps) et la quantité d’ARN qui doit être fabriquée. + Certains sont activés par des hormones.

Zone codante :

Les exons : ce sont les portions du gène qui contiennent l’information génétique nécessaire à la fabrication de la protéine

Les introns : ce sont des portions situées entre les exons et qui ne sont pas codantes.

Un site de « fin » du gène.

Mécanisme de la transcription

Ce processus inclut la production d’ARN dit prémessager (immature ou primaire) ainsi que les modifications post-transcriptionnelles conduisant au ARN matures appelés aussi ARN messager. La transcription de l’ADN en ARN prémessager a lieu dans le noyau.

La synthèse de l’ARN est catalysée par une enzyme : l’ARN polymérase. Seul l’un des deux brins d’ADN est copié. La transcription se fait de l’extrémité 5’ vers l’extrémité 3’ des gènes de façon complémentaire (A-U et G-C).

Les étapes de la transcription : passage de l’ADN à l’ARN prémessager

Fixation de l’enzyme ARN polymérase sur le promoteur

Ouverture de la double hélice d’ADN : l’ARN polymérase se déplace le long de l’ADN en ouvrant la double hélice au fur et à mesure.

 L’ARN polymérase associe par appariement exclusif les nucléotides avec le brin antisens (brin matrice ou brin transcrit.)

Une copie du brin sens ( brin codant ) est ainsi formée. C’est l’ARN prémessager.

=> L’ARN prémessager synthétisé est donc complémentaire au brin anti-sens de l’ADN (brin antisens = brin matrice = brin transcrit). dans la direction 5’ à 3’ est donc identique au brin sens de l’ADN (brin sens = brin codant).

La maturation de l’ARN prémessager  post-transcriptionnelle : passage de l’ARN prémessager à ARN messager.

La maturation de l’ARN synthétisé a aussi lieu dans le noyau. Cette maturation comporte les étapes suivantes :

Ajout à l’extrémité 3’ de l’ARN prémessager de la queue poly-A Ajout à l’extrémité 5’ de l’ARN prémessager de la coiffe (cap) de 7-methylguanosine triphosphate.

L’ARN étant fragile, ces modifications permettent de le protéger de la dégradation une fois dans le cytoplasme, la « cap » en 5’ est aussi essentielle à l’export de l’ARNm vers le cytoplasme.

Excision et Épissage : l’excision est la coupure puis l’élimination des introns et l’épissage est l’assemblage bout à bout des exons restants.

Après la maturation, les ARNm sortent du noyau et rejoignent le cytoplasme par les pores nucléaires pour être traduit en protéines.

Traduction de l’ARNm en protéine

langage en acides aminés.

Code génétique

C’est un code à 3 lettres qui permet de traduire l’information génétique d’un langage sous forme de nucléotides en un langage sous forme d’acides aminés.

Chaque groupe de 3 nucléotides (codon) correspond à un acide aminé. Or il existe 20 acides aminés différents et 64 combinaisons possibles de 3 nucléotides.

Sur les 64 codons :

3 codons sont des codons « stop » ou « non-sens », ces codons ne peuvent pas être traduits en acides aminés.

Il existe 61 codons pour 20 acides aminés. Le méthionine et le tryptophane sont codés par un seul codon et les 18 aa restants sont codés par de 2 à 6 aa.

 Les ARNt

deux sites importants :

L’extrémité 3’ qui va fixer un aa spécifique.

L’anticodon : un groupe de 3 nucléotides situé sur une boucle de l’ARNt. Chaque anti-codon des ARNt reconnaît son codon sur l’ARNm par appariement exclusif des bases

L’aminoacyl-ARNt synthétase est une enzyme capable d’associer spécifiquement chaque ARNt à son acide aminé

Mécanisme de la traduction

L’ARNm passe à travers les pores nucléaires de l’enveloppe du noyau pour se rendre dans le cytoplasme, lieu de synthèse des protéines. Dans le cytoplasme, le ribosome est l’organite responsable de cette synthèse protéiques. Le ribosome va lire l’ARN messager en associant spécifiquement les acides aminés les uns à la suite des autres pour former la protéine.

Les éléments nécessaires à la traduction = Les acides aminés L’ARNm L’ARNt Le ribosome

Les étapes de la traduction

Initiation

La traduction peut débuter quand la petite sous unité du ribosome se fixe sur le codon d’initiation (AUG) de l’ARNm / Vient par la suite le premier ARNt portant l’acide aminé méthionine et se place sur le premier codon AUG grâce à son anticodon UAC.

Toute protéine nouvellement synthétisée possède l’acide aminé méthionine comme premier aa de sa séquence peptidique. Le deuxième ARNt spécifique du deuxième codon se met en place par la suite. La grosse sous-unité du ribosome vient recouvrir l’ensemble.

Elongation

Le ribosome associe les deux acides aminés par une « liaison peptidique ».

Le ribosome libère ainsi le premier acide aminé du premier ARNt. Le deuxième ARNt porte donc maintenant une « chaîne » de 2 acides aminés => C’est le début de la protéine.

Le premier ARNt quitte alors le complexe. Le ribosome avance codon après codon, et la chaine d’acides aminés s’allonge de plus en plus.

Terminaison

Lorsque le ribosome avance devant un codon « STOP » (aucun acide aminé ne correspond à ce codon) la synthèse de la protéine s’achève. En effet, une protéine « facteur de terminaison » spécifique du codon « STOP » se positionne face à ce codon provoquant ainsi la dissociation du complexe.

Les sous-unités du ribosome, le facteur de terminaison et l’ARNt pourront être réutilisés pour une autre traduction.

Polyribosome

Un même ARNm peut être lu par plusieurs ribosomes à la fois. Les ribosomes s’assemblent simultanément sur une même molécule d’ARN messager pour traduire une même protéine en formant ainsi un polysome (ou polyribosome). Chaque ribosome qui parcourt l’ARNm synthétise une chaine peptidique.

Devenir des protéines synthétisées

Pour être utilisées par la cellule, les protéines doivent se replier selon une configuration spatiale et acquérir une structure tridimensionnelle fonctionnelle

Les ribosomes se trouvent dans le cytoplasme et surtout à proximité des REG = RER (= réticulum endoplasmique granuleux ou rugueux).

Les chaines protéiques en cours de synthèse par les ribosomes vont passer dans les citernes du REG où elles vont subir certaines modifications post-traductionnelles.

Après le REG, les protéines passent vers l’appareil de Golgi pour d’autres modifications post- traductionnelles aboutissant à leur maturité.



Définitions

ADN (Acide désoxyribonucléique)
polymère de nucléotides qui porte l’information génétique de l’organisme vivant.
Information génétique (IG)
patrimoine génétique = ensemble des informations qui permettent la construction et le fonctionnement d’un être vivant.
ARN (Acide ribonucléique)
polymère de nucléotides (ou de ribonucléotides) est sous forme d’un seul brin de nucléotides, orienté de 5’ vers 3’.