Phénotype et Transcription : Biologie Moléculaire

Définition et origine du phénotype

• Un caractère spécifique est propre à une espèce, allant au-delà de la morphologie pour inclure l'anatomie, la physiologie et le comportement.
• Le phénotype est l'ensemble des caractéristiques observables d'un individu, souvent étudié partiellement par les biologistes.
• Le phénotype varie d'un individu à l'autre, les différentes versions étant appelées phénotypes alternatifs, notés entre crochets scientifiquement.
• Une séquence d'acide aminé modifiée peut altérer la fonction protéique et le phénotype.
• Les protéines sont des acteurs directs ou indirects du phénotype.
• Les gènes du noyau contrôlent la séquence protéique, affectée par les modifications nucléotidiques et conduisant à des phénotypes alternatifs.

Transcription : Formation de l'ARNm

• L'ARNm transfère l'information génétique du noyau au cytoplasme pour la synthèse protéique.
• L'ARNm est une copie fidèle du brin codant de l'ADN, constitué de ribonucléotides (AUGC).
• La transcription de l'ADN en ARNm se déroule dans le noyau.
• La portion d'ADN correspondant au gène s'ouvre grâce aux enzymes ARN polymérases et à l'énergie, rompant les liaisons hydrogènes.
• L'ARNm est complémentaire au brin transcrit de l'ADN, avec l'uracile remplaçant la thymine.
• L'ARNm se détache de l'ADN, qui se referme, puis migre vers le cytoplasme, amplifiant l'information par transcription répétée du même gène.

Maturation de l'ARNm

• L'ARNm subit une maturation, où les introns sont supprimés et les exons conservés, un processus appelé épissage se déroulant dans le noyau.
• On distingue l'ARN pré-messager (long, issu directement de la transcription) et l'ARN messager (issu de l'épissage).

Traduction : Code Génétique

• La séquence d'acides aminés est dictée par les nucléotides de l'ARNm via le code génétique.
• Chaque codon (triplet de nucléotides) désigne un acide aminé spécifique (univoque), mais plusieurs codons peuvent coder pour le même acide aminé (redondant).
• Il existe aussi 3 codons STOP terminant la traduction.
• Ce code est universel, identique des bactéries à l'homme.

Traduction : Ribosome

• Le ribosome, un organite du cytoplasme, lit l'ARNm en se déplaçant le long de celui-ci.
• Il lit l'ARNm triplet par triplet (codon).
• Chaque triplet correspond à un acide aminé.
• Les acides aminés sont assemblés en chaînes peptidiques grâce à une enzyme et de l'énergie.

Etapes de la Traduction

• Initiation : fixation du ribosome sur le codon initiateur AUG (méthionine) au début de l’ARNm.
• Élongation : le ribosome lie deux codons, la méthionine se place au niveau du premier codon et l'acide aminé suivant se lie au deuxième codon, une liaison peptidique se forme et le ribosome se déplace d'un codon.
• Terminaison : le ribosome se détache à la rencontre d'un codon STOP, libérant l'ARNm.

Le phénotype et la Régulation de l'Expression Génétique

• Les protéines sont des acteurs directs ou indirects du phénotype.
• Une protéine est une chaîne d'acides aminés liés par des liaisons covalentes.
• Il existe divers types de protéines : enzymes, protéines structurelles, protéines de transport, hormones et protéines de défense.
• L'ARNm peut subir des maturations différentes selon le type cellulaire, conduisant à la production de protéines spécifiques (épissage alternatif).

Régulation de l'Expression Génétique par l'Environnement

• Le phénotype est influencé par le génotype et l'environnement (épigénétique).
• L'environnement peut affecter le phénotype des organismes

Methylation

• Une petite loge et une alimentation pauvre en gelée royale augmentent l'activité des enzymes qui fixent les groupes méthyles sur l'ADN.
• Cela rend certains gènes inaccessibles à l'ARN polymérase.
• Les même larves donnent naissances à des reines si elles sont alimentées par de la gelée royale et disposées dans des loges de grande taille (baisse de méthylation de l'ADN et expression des gènes évitant la stérilité de ces larves)
• Un gène accessible à l'ARN polymérase n'est pas méthylé mais, l'ARN polymérase ne peut transcrire un gène qui n'est pas accessible à cause de la méthylation.

Régulation Génétique et Évolution

• L'activité des gènes dépend de facteurs internes, régulant le développement.
• Les facteurs de transcription se fixent sur l'ADN régulateur pour contrôler l'expression génique.
• Ces facteurs peuvent activer ou réprimer l'expression des gènes.
• Les mutations des séquences régulatrices peuvent être sélectionnées par l'environnement.

Phénotype et Génotype

• Le génotype est l'ensemble des allèles d'un individu, noté (//).
• Le phénotype est l'expression observable d'un caractère.
• Les deux allèles s'expriment si un individu est hétérozygote et sont dits codominants.
• Un seul allèle s'exprime lorsque un individu est hétérozygote, l'allèle qui s'exprime est dit dominant et l'autre est récessif.

Bilan

• Le phénotype moléculaire (ensemble des protéines) est déterminé par le génotype (les allèles), la régulation interne (spécialisation cellulaire) et l'influence environnementale (épigénétique).