Expression Génétique: Du Gène à la Protéine (Campbell 2020-2021) PDF

Chap. 17, Campbell 2020 Animation: voir Campbell 2020 Fig. 17.1: Comment un simple gène défectueux peut-il causer l’aspect étonnant de ce cerfs ânes albinos? Prof. Komi J. Egle...

Chap. 17, Campbell 2020 Animation: voir Campbell 2020 Fig. 17.1: Comment un simple gène défectueux peut-il causer l’aspect étonnant de ce cerfs ânes albinos? Prof. Komi J. Egle 1 https://www.youtube.com/watch?v=kmrUzDYAmEI CEGEP de l’Outaouais 1 Animation sur Espace ERPI 2 2 1 Expression des gènes de différentes espèces Fig. 17.7: L'expression des gènes de différentes espèces. Comme les diverses formes de vie possèdent un code génétique commun, il est possible de 3 programmer une espèce; pour ce faire, on y introduit de l’ADN provenant de cette dernière 3 Mais comment une cellule fait-elle pour fabriquer une protéine? La recette est dans le noyau, c’est l’… ADN! En fait, l’ADN est comme un livre de recettes pour faire des protéines! Chaque recette correspond à un gène Chaque gène code pour une protéine Animation: voir Campbell 2021 4 https://www.youtube.com/watch?v=kmrUzDYAmEI 4 2  L’ADN et la synthèse des protéines 5 https://www.semae-pedagogie.org/sujet/adn/ 5 L’ADN et la synthèse des protéines 6 https://www.semae-pedagogie.org/sujet/adn/ 6 3  Vue d’ensemble de Eucaryote la transcription et de la traduction chez une cellule Procaryote Remarquez que l’ARNm est d’abord synthétisé sous forme d’ARN pré-messager, qui est ensuite modifié par des7enzymes, puis quitte le noyau. 7 8 https://www.science-et-vie.com/technos-et-futur/arn-messager-grandes-perspectives-therapeutiques-93671.html 8 4 La transcription (Figure à compléter) P. 304, Microbiologie de Prescott, 5ème édition Points clés de la transcription: L’ARN polymérase glisse le long de l’ADN et dans ce mouvement, crée un complexe ouvert Le brin matrice d’ADN, est utilisé pour faire une copie d’ARN complémentaire, sous forme d’un hybride ARN-ADN L’ARN est synthétisé dans le sens 5’ - 3’ 9 La règle de complémentarité est la même que la règle AT/GC, sauf que dans l’ARN, U remplace T 9 La transcription de l'ADN 10 http://pta.nbed.nb.ca/bio/Bio%2053411/Module%204/notes4.1.html 10 5  Rappel: ADN versus ARN ADN ARN 2 brins 1 brin Désoxyribose A, C, G, T A, C, G, U Désoxyribose Ribose Ribose 11 11 Code génétique Gène: segment d’ADN qui code pour une protéine génon ou brin transcrit Noyau Cytoplasme Important: l’ARNm est synthétisé et lu dans le sens 5’ 3’ 12 12 6  Rappel et notes : Le sens 5‘ vers 3' correspond au sens de synthèse de l'ADN et l'ARN. Le sens de 3' vers 5' correspond au sens de lecture de l’ADN par ARN-polymérase pour écrire son ARNm Le sens de 5' vers 3' correspond au sens de lecture de l’ARN par le ribosome. Ça correspond donc a une réalité biologique très claire [...] On écrit les séquences (et on les lit) de 5' vers 3' car cela correspond au sens de synthèse... pas besoin d'épiloguer des heures la dessus. 13 Microbiologie fondamentale et appliquée (Sciences Sup) (French Edition) (p. 149). Dunod. Édition du Kindle. 13 Rappel et notes : Par convention, on utilise la séquence du brin codant (brin non transcrit) pour représenter la séquence d’un gène ou brin transcrit 14 14 7  Dictionnaire du code génétique Pour l’ARNm : Le code génétique est un vocabulaire à 3 lettres Habituellement, c’est le codon AUG codant pour la méthionine qui est le signal de départ de la synthèse des Acides aminés protéines. inhabituels Le mot « arrêt » indique les codons qui marquent la fin de la synthèse des protéines. 15 P. 307, Microbiologie de Prescott, 5ème édition 15 Dictionnaire du code génétique Pour l’ARNm : Exemple : Génon = ACC Codon = UGG a. aminé = Trp 16 16 8  Exemple Quelle polypeptide serait produite par la séquence suivante ? 3` C G T A C G T A G A C C T A A C T T G A 5’ (ADN) 5` G C A U G C A U C U G G A U U G A A C U 3’ (ARNm) rien départ, Met His Leu Asp STOP rien Protéine : Met-His-Leu-Asp (méthionine-histidine-leucine,-acide aspartique) 17 17 Exercice? Quelle sera la série d’acides aminés composant le polypeptide dont du brin ADN renfermant l’information suivante ? ADN GCGTACTGCTGATTTCCGAAAGACATT ARNm C G C A UG A C G A C UA A A GGC UUU C U GU AA GLY LEU PHE Codon de départ THR LYS MET Codon THR d’arrêt MET-THR-THR- LYS- GLY- PHE- LEU 18 18 9  Questions: 1. Écrivez un segment de 15 paires de nucléotides d’un gène. 2. Choisissez un brin codant et synthétisez son ARNm. 3. Comparez la séquence de l’ARNm correspondant à celle du brin d’ADN codant non transcrit, dans les 2 cas en lisant dans le sens 5’ 3’. Qu’observez-vous? Rappel et notes: Le sens 5‘ vers 3' correspond au sens de synthèse de l'ADN et l'ARN. Le sens de 3' vers 5' correspond au sens de lecture de l’ADN pour écrire son ARNm Le sens de 5' vers 3' correspond au sens de lecture de l’ARN par le ribosome. Ça correspond donc a une réalité biologique très claire [...] On écrit les séquences (et on les lit) de 5' vers 3' car cela correspond au sens de synthèse... pas besoin d'épiloguer des heures la dessus. 2. Supposons maintenant que c’est le brin non transcrit de la question précédente qui codera pour une protéine. Trouvez son ARNm? Et écrivez-le dans son sens normal de lecture. 19 19 Revenons sur les détails des étapes de la synthèse des protéines 20 20 10  La transcription comprend 4 étapes clés: 1. Liaison de l’ARN polymérase II et initiation de la transcription 2. Élongation du brin d’ARNp-m (ARN pré- messager) 3. Terminaison de la transcription (codon STOP) 4. Maturation de l’ARNp-m en ARNm (chez les Eucaryotes seulement) 21 21 1- Liaison de l’ARN polymérase et initiation de la transcription 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? Regardez la fig. 17.8 (p. 385) et expliquez en quoi consiste la boite TATA? 22 22 11  23 23 2- Élongation du brin ARNp-m Les nouveaux nucléotides sont ajoutés à l’extrémité 3’ de L’ARNm 24 24 12  3- Terminaison de la transcription 25 25 4- Maturation de l’ARN messager L’ARNm est constitué d’introns et d’exons. Les introns …………sontsont enlevés, les exons sont gardés (pour pouvoir être exprimés en protéines): 26 26 13  4- Maturation de l’ARN messager (suite) Ajout d’une coiffe 5’ – Contribue à la protection de l’ARNm. – Sert de signal d’attache pour les petites sous-unités ribosomiques. Ajout d’une queue poly-A – Empêche la dégradation de l’ARNm – Il semble qu’elle contribue à faire sortir l’ARNm du noyau C’est le phénomène d’épissage de l’ARN27 27 Comment ce phénomène d’épissage de petites ribonucléoprotéines nucléaires l’ARN est-il possible? 28 p. 389, lire la légende 28 14  Campbell 2020 Maturation de l’ARN: Épissage simple de l’ARNm 29 29 Transcription (Résumé) Dans le noyau De l’ADN (génon) à l’ARN (codon) Enzyme principale : ARN polymérase II Synthèse 5’ 3’= ARNp-m Maturation (ARNp-m coiffe + queue - introns = ARNm) 30 30 15  Lecture de cet article et discussion de groupe Et si l'ADN non-codant était plus important que prévu? 31 31 Rappel sur le processus 32 32 16  La traduction: Pour synthétiser le polypeptide, 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. 33 33 Structure des ribosomes : rappel Les ARN ribosomiques sont eux-mêmes produits à partir de gènes codés dans l'ADN. Ils sont transcrits sous forme de précurseurs plus longs qui sont ensuite clivés pour donner les différents ARNr. Chez les eucaryotes, ce processus de maturation/clivage se déroule dans le nucléole. À partir des ribosomes situés dans le cytosol, les ARNr sont repliés sur eux-mêmes, formant une structure tridimensionnelle compacte. Cette structure protège les ARNr, qui sont très stables, par opposition aux ARN messagers qui ont en général une durée de vie courte. 34 34 17  Un ARNt ne transporte pas n'importe quel acide aminé  Chaque ARNt est caractérisé par son anticodon. Exemple:  ARNt AAA transporte toujours l'acide aminé Phe  ARNt GAU transporte toujours l'acide aminé Leu 35 35  Chaque triplet de nucléotides sur l'ADN correspond à un codon de l'ARNm.  Chaque codon de l'ARNr 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. 36 36 18 Cette illustration montre les correspondances des anticodons: Anticodons Codons Acide aminé ACC UGG Trp AAA UUU Phe CCG GGC Gly Fig. 17.15 37 37 Terminaison de la traduction  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 38 de terminaison) s'y fixe et détache l'ARNm du ribosome. 38 19  Polypeptide ARNm Ribosome 39 Voir aussi figure 17.23, Campbell 2020 39 Traduction (résumé) Dans le cytoplasme Requiert : – ARNm mature – Ribosome (petite et grosse sous-unité) – ARNt dans le cytoplasme – Acides aminés dans le cytoplasme Lecture des codons (3 bases) que l’on traduit en acides aminés. 40 40 20  1 Complèter et comprendre 2 le résumé 3 de la transcrip- 4 tion et de la 5 traduction 6 7 (Fig. 17.25, Campbell 2020) 8 9 41 41 Les mutations Mutation = modification de l'information génétique (ADN) Une mutation peut être: Ponctuelle = anomalie dans la séquence des nucléotides (mutation de petite échelle) Chromosomique = altération d'un chromosome complet 42 42 21  43 43 Les mutations Une erreur dans l'ADN peut entraîner une erreur dans la protéine codée. Cette erreur peut changer un ou plusieurs acides aminés de la protéine et la rendre non fonctionnelle. Erreur dans l'ADN = mutation Les mutations peuvent être causées par: Des erreurs lors de la réplication et/ou la division cellulaire Des substances chimiques toxiques (substances mutagènes) interagissent avec l’ADN et provoquent des changements Des radiations nocives (rayons X, UV, radioactivité) 44 44 22  La mutation Peut entraîner la modification d'un acide aminé de la protéine (on va en revenir après l’étude de la synthèse des protéines) Parfois peu ou pas d'effet. Parfois diminue ou supprime l'efficacité de la protéine. Rarement confère une nouvelle propriété (enzyme plus efficace ou possédant de nouvelles propriétés catalytiques par exemple). Dans certains cas un codon devient un codon STOP Ex. AAG devient UAG (STOP) ==> arrêt de la synthèse avant la fin = mutation non sens 45 45 La mutation  La mutation ne devient héréditaire que si elle se transmet à la descendance, donc si elle survient dans un gamète ou une cellule germinale.  Généralement les mutations provoquent un dérèglement mortel de la cellule et mènent vers l’apoptose.  Dans certains cas, c'est la division de la cellule qui se dérègle = CANCER 46 46 23  47 47 ARN de régulation Micro ARN = ARNmi 48 48 24  ARN de régulation et riboswitchs 49 49 Questions? Combien d’acides aminés le polypeptide produit par un ARNm poly-G long de 30 nucléotides contiendra-t-il? Soit un brin matrice d’un gène contenant la séquence 3’-TTCAGTCGT-5’. Dessinez la séquence non codante et la séquence de l’ARNm en indiquant les extrémités 5’ et 3’ de chacun. Comparez les 2 séquences. Et si? Faites un dessin. Imaginez que le brin non transcrit de la question précédente a été transcrit à la place de la séquence de la matrice. Dessinez la séquence de l’ARNm (faites attention aux extrémités 5’ et 3’) et traduisez-la à l’aide du tableau des codons (fig. 17.5, page 383 Campbell 2012). Dites si la protéine synthétisée à partir du brin non transcrit sera 50 fonctionnelle, pour autant qu’elle soit synthétisée 50 25  Question Comment les cellules humaines peuvent-elles produire de 75 000 à 100 000 protéines différentes alors qu’il y a environ 20 000 gènes humains? 51 51 Exercices  Ex.3, P. 400  Quelles sont les fonctions de l’ARNm, l’ARNt et de l’ARNr. 52 52 26  Lecture pour le prochain cours Chapitre 13 : la méiose et les cycles de développement sexués 53 53 27