LA SYNTHÈSE DES PROTÉINES

1. Biologie 12F E. McIntyre LA SYNTHÈSE DES PROTÉINES

2. La transcription Information : dans le noyau (sous forme d'ADN) Synthèse des protéines : dans le cytoplasme (au niveau des ribosomes du reticulum endoplasmique) L'ADN ne sort pas du noyau. L'information passe au cytoplasme sous forme d'une copie : l'ARN. ARN = Acide RiboNucléique

3. ARN diffère de l'ADN: Sucre des nucléotides = ribose et non désoxyribose comme dans l’ADN d’où le nom ARN, acide ribonucléique. Ribose Désoxyribose

4. Certains segments de l’ARN peuvent s’apparier s’ils sont complémentaires • La base azotée thymine (T) remplacée par Uracyl (U) (U peut s'apparier à A) • Une seule chaîne de nucléotides • Molécules plus courtes et plus instables que l'ADN

5. Première étape de la synthèse d'une protéine = copie du gène (ADN) en une molécule d'ARN = transcription Ribonucléotides libres

6. 3’ 5’ 3’ 5’ 5’ 3’ L'ARNm se détache et la molécule d'ADN se referme 3’ 5’ 5’ 3’ Copie du gène en ARN = ARNm (ARN messager)

7. Synthèse de l'ARNm se fait par l'enzyme ARN polymérase L’enzyme assemble le brin d’ARN dans la direction 5’ – 3’ (comme l’ADN polymérase) Vitesse de la synthèse ~ 60 nucléotides / s

8. ARN polymérase se fixe à l’ADN au niveau d’une courte séquence d'ADN placée juste avant le début du gène = promoteur Le promoteur indique: • Le début du gène à transcrire en ARNm (où l’ARN polymérase doit se fixer sur l’ADN) • Quel brin d’ADN doit être transcrit

9. Le promoteur des eucaryotes contient une séquence de nucléotides faite uniquement des bases A et T. TATA(AouT)A(AouT)A Le plus souvent c’est la séquence TATAAATA Cette séquence est appelée TATA box (elle est située sur le brin 5’-3’ à environ 25 nucléotides avant le début du gène). Une protéine, appelée facteur de transcription, reconnaît la TATA box et s’y fixe. Il se forme alors un complexe protéique par l’ajout d’autres protéines dont l’ARN polymérase II qui peut alors commencer son travail de transcription du brin 3’-5’

10. Plusieurs ARN polymérases II peuvent « travailler » en même temps, les unes derrières les autres, sur le même brin d’ADN. Il peut donc se former plusieurs copies d'ARN en même temps Pouvez-vous expliquez ce qu’on voit sur cette illustration?

11. La traduction La synthèse de la protéine (assemblage des acides aminés) se fait au niveau des ribosomes

12. Formés de deux sous-unités: une petite et une grande (40 S et 60 S chez eucaryotes, 30 S et 50 S chez procaryotes). Les ribosomes Plus petites structures cellulaires : visibles au microscope électronique seulement.

13. Cellule Noyau Nucléole Chaque unité formée d'un mélange d'ARN (= ARNr) et de protéines (~ 60% ARNr et 40% protéines). Les sous-unités sont synthétisées dans le ou les nucléole(s) du noyau (les nucléoles sont des points plus sombres visibles au microscope dans le noyau) .

14. 30S 50 S ARNr en brun; protéines en bleu

15. Unité 50S : Formée de deux ARNr et de 34 protéines L'unité 30 S est formée de 1 ARNr et de 21 protéines

16. Unité 50S. Les protéines sont en jaune.

17. ARNr synthétisé comme l'ARNm à partir de gènes spéciaux (ADN). Ces gènes existent en des centaines de copies dans le génome. Donc, certains gènes ne codent pas pour des protéines. C’est le cas de ces gènes qui servent à produire les ARNr

18. Pour synthétiser la protéine, il faut: • ARNm = information (la recette) • Ribosome = machine à assembler les acides aminés • Acides aminés = pièces de construction • ARNt (ARN de transfert) = molécules qui transportent les acides aminés du cytoplasme au ribosome où ils sont assemblés en protéine.

19. L'ARN de transfert (ARNt) ARNt = brin d'ARN qui se replie sur lui-même pour former une structure en 3D

20. Deux zones importantes sur l'ARNt : Extrémité 3' (se termine par CCA) : peut se lier à un acide aminé N.B. certains nucléotides sont exotiques (différents des 4 habituels). I, par exemple = "inosine" un dérivé de l'adénine. I peut s'apparier avec U, C ou A. Anticodon = zone formée de trois nucléotides pouvant se lier à l'ARNm

21. Chaque ARNt est caractérisé par son anticodon. Un ARNt ne transporte pas n'importe quel acide aminé: ça dépend de l'anticodon Ex. ARNt AAA transporte toujours l'acide aminé PHE ARNt GAU transporte toujours l'acide aminé LEU L'acide aminé est attaché au bon ARNt par l'enzyme aminoacyl-ARNt synthétase

22. Le site actif de l’enzyme reconnaît: un acide aminé particulierET un anticodon particulier. Il existe plusieurs sortes d’aminoacyl-ARNt synthétase. Chacune peut attacher un acide aminé particulier à un ARNt particulier. L’enzyme unit l’acide aminé à l’ARNt

23. Chaque ARNt est synthétisé comme l'ARNm à partir de gènes spéciaux de l'ADN (encore des gènes qui ne codent pas pour des protéines)

24. N.B. • Un gène peut coder pour la synthèse d'une protéine • Un gène peut coder pour la synthèse d'un ARNr ou ARNt (ces gènes existent en des milliers de copies dans le génome) DONC, gène = brin d'ADN qui est copié en ARN

25. Mécanisme de la traduction Le brin d'ARNm s'attache au ribosome. En fait, il s’attache d’abord à la petite unité. C’est à ce moment que la grosse unité vient se fixer. Donc, les deux unités ne s’assemblent que lorsque l’ARNm se fixe à la petite unité. Deux ARNt peuvent se fixer par leur anticodon sur l’ARNr au niveau du ribosome (un sur la zone appelée site P et l’autre sur la zone appelée site A).

26. L’ARNt à l’anticodon UAC se fixe sur le codon AUG. L’anticodon UGC se fixe sur le codon ACG Liaison codon-anticodon de deux ARNt (il y a deux sites de liaison sur le ribosome). Chaque ARNt se fixe par son anticodon sur trois nucléotides de l’ARNm. Ces trois nucléotides de l’ARNm constituent ce qu’on appelle un codon. Après leur fixation, les acides aminés qu’ils transportent sont reliés entre eux (le catalyseur est constitué d’une partie de l’ARN du ribosome et non d’une enzyme protéique).

27. Un autre ARNt se met en place Le ribosome avance de trois unités Le premier ARNt est retiré.

29. Vitesse de la synthèse: • Chez E. coli ~ 5 AA / s • Chez eucaryotes ~ 16 AA / s Tous les ARNm se terminent par le codon (triplet de bases) UAA, UAG ou UGA = codons STOP. Lorsque le ribosome atteint un codon STOP, une enzyme (facteur de terminaison) s'y fixe et détache l'ARNm du ribosome. ==> le ribosome se sépare en deux Les deux unités se réuniront à nouveau si un ARNm se fixe à la petite unité.

30. Polypeptide ARNm Ribosome

31. La protéine synthétisée pénètre dans le reticulum endoplasmique où elle prendra sa forme finale.

32. Chaque triplet de nucléotides sur l'ADN correspond à un codon de l'ARNm. Chaque codon de l'ARNm correspond à un anti-codon spécifique de l'ARNt. Chaque anti-codon correspond à un acide aminé spécifique. DONC: chaque triplet de nucléotides sur l'ADN correspond à un acide aminé. Entrez une séquence d’ADN et voyez quelle protéine sera synthétisée

33. Le segment d’ADN 5’ ...C T A...3’3’ ...G A T...5’ code pour l’acide aminé Leucine (Leu) Mais doit-on écrire que c’est 5’ C T A3’ qui code pour Leu ou bien est-ce 3’G A T5’ ? Par convention, c’est toujours le brin complémentaire au brin transcrit qui est indiqué comme brin d’ADN codant. Donc, dans ce cas, on dira que le brin codant (ou brin sens) est 5’C T A3’ et le brin non codant (ou non sens) est 3’G A T5’ . Sur ce site, par exemple, ou sur celui-ci, c’est cette convention qui est utilisée.

34. La vitesse de synthèse peut être augmentée: Plusieurs copies d'ARNm sont synthétisées à partir du gène. Un même ARNm peut se fixer à plusieurs ribosomes à la fois = polyribosome ARNm peut s'accumuler dans la cellule sous forme inactive

35. Découverte du code Code déchiffré entre 1961 et 1964 Expériences de Nirenberg et Khorana (Nobel 68) DONC: UUU = PHE

36. Par convention, le code génétique est toujours représenté en faisant correspondre les codons de l’ARNm aux acides aminés auxquels ils correspondent. Le codon AUG (code pour MET) = codon d'initiation. Tous les gènes commencent par ce codon. La MET est souvent enlevée à la fin de la synthèse. Le code génétique Entrez une séquence et voyez la protéine codée : http://library.thinkquest.org/3564/dna2protein.html

37. Code = UNIVERSEL ie. c'est le même pour tous les êtres vivants sauf quelques rares exceptions: Certains protistes : un seul codon STOP (UGA); les autres codent pour un acide aminé. Les mitochondries ont leur propre ADN et leurs propres ribosomes qui sont plus petits (ressemblent à ceux des procaryotes). Il peut y avoir jusqu'à 6 codons différents (5 chez humains). Cette caractéristique permet le transfert de gènes d'une espèce à l'autre = génie génétique • Introduction de gènes dans une bactérie • Introduction de gènes dans un organisme pluricellulaire

38. Ex. production d'insuline humaine par une bactérie : On prélève le gène de l'insuline humaine et on l'introduit dans le plasmide d'une bactérie.

39. On extrait les plasmides de bactéries Une enzyme de restriction ouvre les plasmides On extrait ou on synthétise le gène à greffer et on le multiplie en de nombreux exemplaires. On mélange des copies du gène et des plasmides. Une enzyme (ligase) fusionne les brins d'ADN Les plasmides sont réintroduits dans des bactéries Le gène est reproduit quand la bactérie se reproduit

40. Exemples: bactéries qui synthétisent: Insuline Facteurs de coagulation Hormone de croissance Enzymes pouvant métaboliser certains polluants (pétrole par exemple) Protéines synthétiques qui n'existent pas dans la nature ETC.

41. On peut aussi modifier les êtres pluricellulaires: Végétaux: Le gène est introduit dans une cellule du parenchyme ou méristématique. Cette cellule est multipliée en éprouvette pour former un nouvel individu (cloning). Animaux: Le gène est introduit dans un ovule fécondé ou une cellule embryonnaire. L'ovule est implanté dans l'utérus d'une mère porteuse.

43. Plantes résistantes aux insectes. Résistantes aux herbicides. Résistantes au gel. Fruits et légumes qui se conservent plus longtemps. Nouvelles saveurs. Plantes plus riches en certains éléments nutritifs (vitamines par exemple). ETC. Riz possédant des gènes lui permettant de synthétiser du bêta carotène, le précurseur de la vitamine A

44. Animaux à croissance plus rapide. Animaux plus faibles en gras. Animaux plus productifs (en lait, en viande, en œufs). Production de protéines à usage pharmaceutique (insuline, par exemple). ETC. Ces saumons ont le même âge. Celui du bas est un OGM DANGERS ????? Pour la santé? Pour l'environnement ?

45. Thérapie génique: corriger les gènes défectueux en introduisant dans les cellules le gène normal. Problème : comment introduire le gène dans chacune des cellules à corriger???

46. Le cloning On extrait une cellule ordinaire de la brebis A. B A On extrait un ovule de la brebis B. Le noyau de l'ovule est détruit et remplacé par le noyau de la cellule de la brebis A. L'ovule avec son nouveau noyau est implanté dans une brebis C. C Qui donne alors naissance à un jumeau identique (clone) de A. Clone de A

47. Dolly 1997-2003 N.B. Il a fallu dans le cas de Dolly 276 essais avant de réussir.

48. Peut-être un jour ???

49. Les mutations • Mutation = modification de l'information génétique (ADN) • Une mutation peut être: • Chromosomique = altération d'un chromosome complet • Ponctuelle = anomalie dans la séquence des nucléotides

50. Cause des mutations: Erreur lors de la séparation des chromosomes (mutations chromosomiques) à la division cellulaire Erreur de réplication (erreur de copie non réparée) Erreur causée par une altération de l'ADN par des agents extérieurs = agents mutagènes • Causes physiques : radiations (UV, X, gamma) • Causes chimiques : molécules agissant sur l'ADN Goudron du tabac Benzène Aflatoxines de certaines moisissures Radicaux libres