Du gène à la protéine

Du gène à la protéine • A. Les molécules • L’ADN (acide désoxyribonucléique) • Définitions • Structure • Fonction • L’ARN (acide ribonucléique) • Définitions • Structure • Fonction • Le ribosome (rappel) • Les mécanismes • La transcription • Définition • Mécanisme • La traduction • Définition • Mécanisme

Les molécules • L’ADN • définition • longue molécule d’acide désoxyribonucléique contenant l’information génétique de la cellule et de l’organisme • chaque cellule d’un individu contient les mêmes molécules d’ADN (sauf en cas de maladie, mutations…) • en se divisant, la cellule transmet son patrimoine génétique (son ADN) aux cellules filles

Une base azotée(il y en a 4 sortes possibles) • Un sucre, le désoxyribose • Un groupement phosphate (H3PO4 ) • Une base azotée(il y en a 4 sortes possibles) • Un sucre, le désoxyribose • Un groupement phosphate (H3PO4 ) b. structure • l’unité de base de l’ADN est le nucléotide • il est composé de 3 éléments : - Une base azotée - Un sucre, le désoxyribose - Un groupement phosphate (H3PO4 ) • il existe 4 bases différentes : • 2 basespuriques : l’adénine (A) la guanine (G) • 2 basespyrimidiques : la thymine (T) la cytosine (C)

Structure des bases de l’ADN Les nucléotides peuvent se lier les uns aux autres par l'intermédiaire de leur groupe phosphate et de leur sucre. Ils peuvent donc former de longues chaînes polynucléotidiques:

il se forme des liaisons faibles entre les nucléotides A et T et entre les C et G L’ADN est constitué de deux chaînes polynucléotidiques enroulées l’une autour de l’autre : double hélice (structure bicaténaire) Les 2 chaînes de l’hélice sont reliées l’une à l ’autre:

Les 2 chaînes sont donc complémentaires par leurs nucléotides • L’ordreprécis dans lequel les nucléotides sont ordonnés le long de la chaîne d’ADN donne le code spécifique des protéines • Une fois déroulée, la molécule d’ADN peut atteindre 7 cm de long • L’ADN est contenu dans le noyau et ne peut pas en sortir

le génome humain a été séquencé en 2001, on considère qu’il est constitué d’environ 30 000 gènes • La fonction • L’ADN est le support de l’information génétique de la cellule • les gènes sont des facteurs héréditaires qui sont responsables des caractères phénotypiques de l'individu (à un caractère peut être associés plusieurs gènes) • les gènes (fragments d'ADN) s’organisent en une succession d’unités de bases: les codons (triplet de nucléotides) • les gènes contiennent les instructions permettant aux cellules de polymériser les acides aminés dans un ordre bien précis et de synthétiser ainsi des protéines spécifiques

L’ARN • définition • L’ARN est l’acide ribonucléique • il est synthétisé à partir de l’ADN • L'ARN, possède un rôle essentiel de messager de l'information génétique, c’est un intermédiaire entre l'ADN et les structures cellulaires, chargées de lire la séquence d'information copiée de l'ADN en vue de la production des protéines. • Il existe différents types d'ARN (ARN messager, ARN de transfert, ARN ribosomal)

La structure • l’unité de base est comme pour l’ADN le nucléotide • Les différences avec l’ADN : • Le sucre est le ribose (désoxyribose pour l’ADN) • La base Thymine (T) n’existe pas et est remplacée par la base Uracile (U) • L’ARN est une molécule simple brin

Fonction • L’ARN est l’intermédiaire entre l’ADN et les protéines, il est synthétisé dans le noyau à partir de l’ADN lors de la transcription • Les différents ARNs (ARNm, ARNr, ARNt) ont tous un rôle particulier dans le processus complexe de synthèse des protéines. • l'ARNr : (ARN ribosomal) forme avec des protéines les ribosomes. L'ARNr est de loin le type d'ARN le plus abondant dans la cellule. • l'ARNm : (ARN messager) véhicule l'information génétique de l'ADN au site de fixation se trouvant sur les ribosomes où il est traduit en chaîne polypeptidique. • l'ARNt : (ARN de transfert) porte à son extrémité un acide aminé qui sera complémentaire du codon porté par l'ARNm qui lui est associé de par les règles de la génétique.

Les ARNm synthétisés dans le nucléoplasme apportent au cytoplasme l’information génétique Exemple:

Les ARNt sont synthétisés dans le nucléoplasme, ils ont le pouvoir de s’associer aux acides aminés (en 3’) Chaque ARNtest spécifique d’un acide aminé La boucle anticodon de l’ARNtconstitue le site de reconnaissance du codon de l’ARNm lié au ribosome

Le ribosome (rappel) • Le ribosome est constitué de 2 sous-unités : • la grande sous-unité : 60S • la petite sous-unité : 40 S • Les sous-unités sont constituées : • de protéines ribosomales • d’ARNr synthétisés dans une zone particulière de nucléoplasme : le nucléole Schéma d’un ribosome bactérien La synthèse des différentes sous-unités se fait dans le noyau, les sous-unités gagnent ensuite le cytoplasme par les pores nucléaires

Dans le cytoplasme, les 2 sous-unités vont s’associer à l’ARNm pour participer à la synthèse protéique. • Les ribosomes peuvent être libresdans le cytosol ou lié au reticulum endoplasmique (REG)

codon

Les mécanismes L’ADN est d’abord transcrit en ARNs puis ces ARNs sont traduits en protéines • La transcription • définition • La transcription a lieu dans le noyau et constitue l’ensemble des mécanismes par lequel l’ARNm est synthétisé • L’ARNm est une copie d’une portion de l’ADN : le gène • La transcription constitue l’étape préliminaire essentielle pour la biosynthèse protéique (ou traduction) • La transcription ne produit pas seulement des ARNm, mais aussi des ARNt et des ARNr

mécanisme • Les liaisons faibles entre les deux brins d’ADN sont rompues • Un des deux brins d’ADN sert de matrice pour la synthèse d’un brin d’ARN • La transcription se fait grâce à une famille d’enzyme : les ARN polymérase (différentes selon le type d’ARN transcrit) La règle de complémentarité des bases est respectée • l’ARNm synthétisé va passer dans le cytoplasme pour être traduit en protéine

Schéma de la transcription

La traduction • définition • Synthèse d’une protéine à partir de l’ARNm • La traduction a lieu dans le cytoplasme

(acide aminé) ARNt 60 S 40 S ARNm Initiation de la traduction Chaîne polypeptidique en cours de synthèse ARNm Phase d’élongation ARNm Phase d’élongation 2. Les étapes de la traduction • mécanisme

mécanisme • La molécule d’ARNm sort du noyau et se lie dans le cytoplasme aux sous-unités ribosomales • Le premier ARNt spécifique du premier codon se fixe ensuite sur le ribosome • Un deuxième ARNt et son acide aminé spécifique vont venir occuper le ribosome. (Ce deuxième ARNt ne se lie que si son anticodon est complémentaire au codon)

Une liaison peptidique se formera entre les deux acides aminés et le premier ARNt se libérera • Le ribosome avance d'un codon permettant l'arrimage d'un troisième ARNt et son acide aminé spécifique et ainsi de suite… • À chaque répétition de ce processus, un acide aminé de plus est fixé sur la chaîne protéique cours de synthèse

Les protéines sont les constituants principaux de la matière vivante, les protéines ont diverses vocations et donnent aux cellules vivantes leurs diverses formes et fonctions. • fonction structurale : ces protéines fabriquent le cartilage, les cheveux et les ongles (kératine…) • les enzymes sont des protéines qui catalysent d'importantes réactions chimiques dans la cellule qui ne pourraient normalement se produire en leur absence • certaines protéines servent de canaux membranaires qui facilitent le passage des particules moléculaires vers ou hors de la cellule • Certaines hormones, comme l'insuline, sont des protéines qui régulent les fonctions du corps (l'insuline contrôle le taux de sucre dans le sang) …

Une protéine donnée est caractéristique de l’espèce à laquelle appartient l’organisme qui la produit : introduction d’une protéine étrangère déclenche une réaction du système immunitaire synthèse des protéines = anabolisme

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