Évolution et Diversité du Vivant (101-NYA-05) Cours 3 LA SYNTHÈSE DES PROTÉINES Bernadette Féry Automne 2004

Évolution et Diversité du Évolution et Diversité du Vivant (101-NYA-05)Vivant (101-NYA-05)

Cours 3

LA SYNTHÈSE DES LA SYNTHÈSE DES PROTÉINESPROTÉINES

Bernadette Féry Automne 2004

À la recherche du À la recherche du matériel génétiquematériel génétique

- - Expérience de Griffith Expérience de Griffith (1928)(1928)

- - Expérience d'Hershey et Expérience d'Hershey et Chase (1952)Chase (1952)

Au début des années 1940 on savait que les chromosomes étaient constitués d'ADN et de protéines mais on croyait que les protéines étaient le matériel héréditaire. Deux expériences majeures mènent les chercheurs à Deux expériences majeures mènent les chercheurs à reconnaître leur erreurreconnaître leur erreur

L'expérience de Griffith (1928)

http://pedagogie.ac-aix-marseille.fr/geniebio/biomol/docs/griffith.htm

2 souches bactériennes de Steptococcus pneumoniae

Une souche R non pathogène, parce qu'elle est dépourvue de capsule

Une souche S pathogène, à cause de sa capsule qui la protège du système imunitaire de ses victimes

Boîte de pétri vue de côtéBoîte de pétri vue de côtéBoîte de pétri vue de dessusBoîte de pétri vue de dessus

Souche non pathogène sans

capsuleSouche S(smooth)

Souche pathogène avec

capsuleSouche R(rough)

La colonie bactérienne (sur

de la gélose) paraît lisse

La colonie bactérienne (sur

de la gélose) paraît rugueuse

L’expérience comme telleL’expérience comme telle

ConclusionConclusion1. Les bactéries vivantes non

pathogènes ont capté quelque chose des bactéries pathogènes mortes et se sont transformées en bactéries pathogènes

2. L'agent de transformation est héréditaire puisque les bactéries transformées en pathogènes se reproduisent et forment d'autres bactéries pathogènes

3. Le matériel héréditaire n'est pas de nature protéique puisque la chaleur dénature les protéines et que les bactéries pathogènes injectées dans l'expérience ont été tuées par la chaleur

Serait-ce que le matériel héréditaire n'est pas constitué de protéines ? ?

L'expérience de Griffith (suite)

Souche S vivanteSouche R vivanteSouche S tuée par la chaleur

Souche S tuée par la chaleur + souche R vivanteLa souris morte contient des cellules S vivantes

Campbell : 301 (1eéd. française) — Figure 15.2Campbell : 311 (2eéd. française) — Figure 16.1

L'expérience d'Hershey et Chase (1952)

Deux groupes de bactéries furent placés en présence de 2 groupes de virus

BactérieinfectéeCapsule du virusADN du virus(Marqué au phosphore 32)

Un groupe de virus avait son ADN marqué avec du phosphore radioactif 32 (32P)

Capsule du virus(Marquée au soufre 35)

ADN du virusBactérieinfectéeLe virus injecte quelquechose

Un groupe de virus avait ses protéines marquées avec du soufre radioactif 35 (35S)

Le matériel héréditaire n'est pas constitué de protéines

L’expérience commeL’expérience commetelletelle

ConclusionConclusion1. Seules les bactéries en

présence de virus à ADN marqué deviennent radioactives

2. Le matériel héréditaire injecté par les virus est de l'ADN

3. Les protéines du virus demeurent à l'extérieur

L'expérience d'Hershey et Chase (suite)

Culture de bactéries infectées de virus

La culture est passée au “blender” pour détacher les virus des bactéries

La culture est centrifugée dans des tubes à centrifugation.

La radioactivité du surnageant et du culot est mesurée.

La culture est centrifugée dans des tubes à centrifugation.

La radioactivité du surnageant et du culot est mesurée.

Culture de bactéries infectées de virus

La culture est passée au “blender” pour détacher les virus des bactéries

Les protéines de la capsule sont marquées au soufre 35L’ADN dans la capsule est marqué au phosphore 32Surnageant radioactifCulot radioactif Figure 15.3 : 303


Les biologistes, maintenant convaincus que le support génétique est de l'ADN, se lancent à la recherche de la structure de l’ADN

Watson et Crick proposent un modèle de l'ADN basé sur la radiographie de l'ADNradiographie de l'ADN faite par Rosalind Franklin

Rosalind Franklin et sa radiographie de l'ADN par diffraction de rayons XMorte à 38 ans d'un cancerSon équipe a reçu le prix Nobel en 1962 mais pas elle !!!


James Watson et Francis Crick devant leur modèle de l'ADN (la double hélice)

WATSON, J. D. & CRICK, F. H. C. , (1953)« A Structure for Deoxyribose Nucleic Acid ». Nature, 171, p. 737-738.

WatsonWatson

CrickCrick

Campbell : 300 (1eéd. française) — Figure 15.1Campbell : 309 (2eéd. Française)

Découverte du lien entre les gènes et Découverte du lien entre les gènes et les protéinesles protéines

Wilhem Johannsen dénomme « gènes » les particules de l'hérédité proposées par Mendel puis redécouvertes au début des années 1900. En 1909En 1909

Archibald Garrod émet l’hypothèsehypothèse « un gène-un enzyme » à partir de l'étude d'une anomalie métabolique humaine : l'alcaptonurie. En 1909En 1909

George Wells Beadle et Edward Tatum prouvent la prouvent la relationrelation un « gène-un enzyme » chez Neurospora crassa, un champignon filamenteux. En 1941En 1941

Archibald Garrod est le premier à faire le lien entre les gènes et les protéines. En1909.

40 ans avant que l'ADN ne soit reconnu comme étant le matériel héréditaire

Ses observations sur des maladies héréditairesSes observations sur des maladies héréditaires Il observe la fréquence de l’alcaptonurie observe la fréquence de l’alcaptonurie dans diverses

familles Il constate que cette maladie se transmet selon les règles

mendéliennes : le patient doit avoir reçu 2 gènes de la le patient doit avoir reçu 2 gènes de la maladiemaladie

Il suggère que ces malades ont hérité d'une incapacité de produire une enzyme particulière

(Il appela ce type d'affection : les erreurs innées du (Il appela ce type d'affection : les erreurs innées du métabolisme)métabolisme)

Son hypothèseSon hypothèse

Les gènes contiennent l'information pour la formation d'enzymes particulières

Alcaptonurie

Affection bénigne où l'urine noircit rapidement à l’air

L'expérience de George Beadle et Edward Tatum prouve que l'hypothèse de Garrod était juste. En1941.

Le champignon se reproduit de façon asexuéeasexuée par conidies

Le champignon se reproduit de façon sexuéesexuée par fécondation de cellules haploïdes suivi de la méiose

Neurospora crassa se cultive aisément sur un milieu défini simplesimple

Milieu simple Milieu simple (milieu minimal)(milieu minimal)

Sucre + sels inorganiques + composé ammoniacal (source d'azote) + biotine (une vitamine)

À partir de ce milieu minimal, la moisissure produit normalement toutes les molécules dont elle a besoin par l'intermédiaire de ses voies métaboliques

Boîte de pétri contenant le milieu de croissance

Expérience Beadle et Tatum

Dépôt de cellules asexuées

Début de l’expérienceDébut de l’expérience

Production de mutantsProduction de mutants par irradiation des conidiesMutants ne pouvant se ne pouvant se développer sur le milieu développer sur le milieu minimalminimal mais pouvant le faire sur un milieu défini complet

Milieu completMilieu complet

Milieu minimal + 20 acides aminés + quelques autres nutriments

Sélection de mutants Sélection de mutants particuliersparticuliersPrélèvement de mutants vivant sur le milieu complet et répartition dans divers milieux milieux minimauxminimaux enrichis d’un seul enrichis d’un seul composant à la foiscomposant à la fois

Expérience Beadle et Tatum

Sélection de 4 souches mutantes incapables de synthétiser l'arginine (un acide aminé), chacune pour une raison différenteCes 4 souches se développent si on ajoute de l'arginine au milieu minimalCes 4 souches se développent si on ajoute l'intermédiaire métabolique que leur déficience leur empêche de fabriquer au milieu minimalLe regroupement des expériences permet de voir la correspondance entre une Le regroupement des expériences permet de voir la correspondance entre une mutation génétique donnée et la disparition d'une fonction enzymatique nécessaire à mutation génétique donnée et la disparition d'une fonction enzymatique nécessaire à l'accomplissement d'une voie métaboliquel'accomplissement d'une voie métabolique

Expérience

Beadle et

Tatum

La souche arg E est incapable de se

développer sur un milieu minimal sans

arginine car son enzyme E ne peut transformer le

substrat en ornithine

Si on ajoute de l’ornithine au

milieu, la souche argE se développe

La souche arg H est incapable de se développer sur un milieu minimal sans arginine car son enzyme H

ne peut transformer l’arginosuccinate en

arginine

Si on ajoute de l’arginine au

milieu, la souche argE se développe


Des mutations peuvent conduire à la modification d'enzymes qui ne fonctionnent plus correctement

Un gène a pour fonction de commander la production d'une enzyme spécifique (une protéine)

L'hypothèse de Beadle et Tatum un gène-un enzyme est devenue un gène-un polypeptide

Pourquoi ?Les gènes déterminent les protéines en général, pas juste les enzymesCertaines protéines sont faites de plusieurs chaînes polypeptidiques

Déductions des expériencesDéductions des expériences de Beadle et Tatum de Beadle et Tatum sur la moisissure du painsur la moisissure du pain

La synthèse des La synthèse des protéinesprotéines

Les protéines sont Les protéines sont codées dans les codées dans les gènesgènes

Qu’est-ce qu’un gène ?Qu’est-ce qu’un gène ?

Gène

Portion définie d'ADN essentielle à la fabrication d'une molécule d'ARN

Gène de structure

Gène dont l'ARN produit sert à fabriquer une chaîne polypeptidique (une protéine)

Autres gènes

Il existe d’autres gènes ayant d’autres fonctions

« Anatomie » du gène de structure« Anatomie » du gène de structure

Génon

Triplet de nucléotides ADN

codant pour un acide aminé particulier

Gène

Regroupement de génons

codant pour une protéine

particulière

Ponctuation des gènes

Délimité des autres

gènes par des génons de

départ ou d'initiation et des

génons d'arrêt ou de

terminaison

Formé du brin codant et du brin non codant

Le brin codant sert de matrice pour la production d’un ARN messager qui sera transformé en protéine

Les 2 brins servent de matrice lorsque l'ADN se réplique

Le code du gène repose sur les génonsLe code du gène repose sur les génons

Chaque génon détermine la mise en place d'un acide aminé dans la chaîne polypeptidique (sauf le génon d'arrêt)

Génon de départGénon d’arrêtGénonGénonGénonT A C C G A G G A A A A A T TA T G G C T C C T T T T T A ABrin codant ou parental (du gène)Brin non codant ou complémentaire (du gène)Gène pour la protéine X(Formée de 4 acides aminés)Gène pour la protéine YUne molécule d’ADN(Dans le noyau)

Matrice pour produire un ARN mUn brin codant pour un gène donné peut servir de brin non codant pour un autre gène

Complète la molécule d'ADN et assure sa stabilité

La synthèse des La synthèse des protéines se fait protéines se fait en deux étapes :en deux étapes :

TranscriptionTranscriptionTraductionTraduction

Une protéine se construit en 2 étapesUne protéine se construit en 2 étapes

Traduction (dans le cytoplasme)Transformation de l'ARNm en une Transformation de l'ARNm en une chaîne d’acides aminés (protéine)chaîne d’acides aminés (protéine)

Un ribosome se lie à un ARNm puis Un ribosome se lie à un ARNm puis avance graduellement le long du avance graduellement le long du brin tout en attirant à lui les ARNt brin tout en attirant à lui les ARNt porteurs des acides aminés.porteurs des acides aminés.Lorsque tout l'ARNm a été lu par le Lorsque tout l'ARNm a été lu par le ribosome, la protéine est terminéeribosome, la protéine est terminée

Transcription (dans le noyau)La transcription d'un gène de La transcription d'un gène de structure produit de l’ARN structure produit de l’ARN prémessager qui doit subir un prémessager qui doit subir un processus de maturationprocessus de maturationLa transcription d'autres gènes La transcription d'autres gènes produit des ARNtproduit des ARNt La transcription d'autres gènes La transcription d'autres gènes produit des ARNr qui produit des ARNr qui s'associent à des protéines ce s'associent à des protéines ce qui forme les ribosomesqui forme les ribosomes ( (au au niveau du nucléoleniveau du nucléole))L'ARNm, les ARNt et les ribosomes L'ARNm, les ARNt et les ribosomes sortent du noyau par les pores sortent du noyau par les pores nucléaires et s’associent dans le nucléaires et s’associent dans le cytoplasme pour fabriquer la protéinecytoplasme pour fabriquer la protéine


LA TRANSCRIPTIONLA TRANSCRIPTION(Première étape de la(Première étape de la

synthèse protéique)synthèse protéique)

La transcription d’un La transcription d’un gène de structure produit gène de structure produit de l’ARNmessager de l’ARNmessager (ARNm)(ARNm)

Grâce à l’appariement des nucléosides tri-P d'ARN (synthétisés dans le cytoplasme) avec les bases complémentaires du brin codant d'ADN

A avec U (2 liens H)

G avec C (3 liens H)Depuis le génon de départ jusqu'au génon d'arrêt

Avec l'aide de l’enzyme ARN polymérase et de l’énergie des nucléosides triphosphate (ATP-GTP-CTP-UTP)

Les génons du brin codant sont recopiés en codons

Codon

Triplets de nucléotides ARN complémentaires aux génons

Liaisons phosphodiester entre les Liaisons phosphodiester entre les nucléotides du brin d’ARNmnucléotides du brin d’ARNm

Transcription Transcription (vue générale)(vue générale) Copie du brin codant d'un gène de structure en ARN prémessagerCopie du brin codant d'un gène de structure en ARN prémessager

Direction de l’ARN polymérase3’5’Génon de départGénon d’arrêtGénonGénonGénonT A C C G A G G A A A A A T TA T G G C T C C T T T T T A ANOYAUA U G G C U C C U U U Liaisons HCYTOPLASMEUn nucléoside triphosphate d’ARN est formé dans le cytoplasme puis entre dans le noyau par un pore nucléaire.

Membrane nucléaireARNmLe brin codant du gène est recopié Codon de départCodon d’arrêtCodonA U G G C U C C U U U U U A ACodonCodon

Figure 16.7 : 323

3’5’AUGCTGGTTAACGGTTAACCTACTCAUUCCAA5’3’3’5’Brin codant (brin parental)ARN prémessagerEnzymeBrin non codant (brin complémentaire)Double hélice

d’ADN

ARN en voie de

synthèse

TCGACNucléoside triphosphate d’ARN

en voie de s’ajouter

OHAGCOHUBrin parental du gène servant

de matrice à la synthèse de

l’ARN

5’5’3’OH5’3’



Lorsque la cellule a besoin d'une protéine particulière, l'ARN polymérase se lie au promoteur du gène

Promoteur

Plusieurs douzaines de nucléotides en amont du gène ainsi que le site d'initiation

(génon de départ)

L'enzyme déroule le gène et le recopie en ARN au fur et à mesure qu’il avance le long du gène

Transcription Transcription (Quelques détails)(Quelques détails)Facteur de transcription(Une protéine)ARN polymérase(Enzyme)Un gèneSite d’initiationSite de terminaisonPromoteur du gèneDébut de déroulement et de la séparation du gène au niveau du site d’initiationLe gène est recopié en ARN au fur et à mesure que l’enzyme avanceEnzymeLa transcription du gène prend fin au site de terminaison

Campbell : 323 (1eéd. française) — Figures 16.7 et 16.8Campbell : 334 (2eéd. française) — Figure 17.6

Le résultat de la transcription d’un gène de structure est Le résultat de la transcription d’un gène de structure est un un ARN prémessagerARN prémessager qui subit des qui subit des coupurescoupures puis se fait puis se fait ajouter ajouter une têteune tête et et une queueune queue

Campbell : 335 (2eéd. française) — Figure 17.8


L’ARN messager est de forme linéaireL’ARN messager est de forme linéaire

Par transcription de gènes de structure de la chromatineMolécule contenant une série de codons complémentaires aux génons du gène de structureRôle de l’ARNm Dicter la séquence des acides aminés d'un polypeptide

Liste des 64 codons d’ARNm

Redondance du code Plusieurs codons codent le même acide aminé bien qu’un seul codon suffit pour sa mise en place dans la protéineLa redondance minimise les effets néfastes des mutations

Liste des codons d’ARNm(64 codons d'ARNm ont été identifiés par les chercheurs)

61 codent un acide aminé1 code la méthionine et sert de codon de départ3 ne codent pas d’acides aminés et servent de codons d’arrêt


LA TRANSCRIPTIONLA TRANSCRIPTION

La transcription d’autres La transcription d’autres gènes de la chromatine gènes de la chromatine produit des produit des ARN de ARN de transfert transfert (ARNt)(ARNt)

L’ARN de transfert a la forme d’un trèfle si on L’ARN de transfert a la forme d’un trèfle si on écrase la moléculeécrase la moléculePar transcription d’environ 45 gènes de la chromatineChaque molécule d’ARNt se replie par appariement de bases complémentairesChaque ARNt contient 3 boucles libres ayant chacune un rôle précis à jouer

Rôles d’une molécule d’ARNtSe lier à un acide aminé spécifique et porter cet acide aminé à l'intérieur d’une protéine en formation

Site de liaison pour un acide aminé

Anticodon 3’ 5’Forme d’un L inverséBoucle libreBoucle libreBoucle libre

3’5’AnticodonAttachement à l’enzyme qui le relie (l’ARNt) à son aicde aminé spécifique

AUGCCCCCCCCCCCCCCAGGGGGGGGGGGGGGGG***********AAAAAAAAAAAAAUCUUUUUU*UCCCGGUAttachement au ribosomeAttachement à l’ARNmVia l’anticodon complémentaire au codon

Site de liaison pour un acide aminé spécifique

Base azotée inhabituelle comme l’inosine

AU

AnticodonTriplet de nucléotides d’ARNt complémentaire à un codon d’ARNm


Grâce à un l’enzyme aminoacyl-ARNt synthétase

Avec l’énergie de l’adénosine triphosphate (ATP)

Comment une ARNt se lie-t-il à son acide aminé spécifique ?Comment une ARNt se lie-t-il à son acide aminé spécifique ?

Acide aminé ATPARNtEzyme libéré et prêt à refonctionnerpyrophosphateAMPAminoacyl-ARNt synthétase L’acide aminé est spécifique à l’anticodon

But recherché : ARNt lié à son aa spécifique


L'ARNt reconnaît la séquence complémentaire d’un codon (sur un brin d’ARNm) et s’y fixe par son anticodon via des liaisons hydrogène

Comment déterminer l'acide aminé relié à un certain ARNt ?

Il faut chercher le codon qui correspond à l’anticodon de l’ARNt puis vérifier quel acide aminé correspond à ce codon

3’5’AGCAlanineGénonCodonC G AG C UAnticodon

Comment une ARNt transporte-t-il son acide aminé Comment une ARNt transporte-t-il son acide aminé spécifique au bon endroit dans la protéine en formation ?spécifique au bon endroit dans la protéine en formation ?

Le codon GCU dans la liste des codons (p.321 ou 332) code pour l’alanine

Parce que l'ARNt contient des bases azotées inhabituelles comme l'inosine (*)L'inosine est une base polyvalente qui peut s'apparier avec A, U ou C

Il existe environ 45 sortes d’ARNt différents dans la cellule et ceci est Il existe environ 45 sortes d’ARNt différents dans la cellule et ceci est suffisant pour reconnaître les 61 codons codants de l’ARN messager. suffisant pour reconnaître les 61 codons codants de l’ARN messager. Pourquoi ?Pourquoi ?

CG G AC C TGénonCICodonAnticodonCG G UC C ACICG G CC C GCI

LA TRANSCRIPTIONLA TRANSCRIPTION

La transcription d’autres gènes La transcription d’autres gènes de la chromatine produit de de la chromatine produit de l’ARN ribosomiquel’ARN ribosomique (ARNr)(ARNr)

L’ARNr s’associe ensuite à des L’ARNr s’associe ensuite à des protéines ce qui forme un protéines ce qui forme un ribosome ribosome (processus qui se (processus qui se produit dans le nucléole)produit dans le nucléole)

Quatre sortes d’ARN ribosomique sont formées par transcription d'un gène de la chromatined'un gène de la chromatine et de 3 gènes du nucléole3 gènes du nucléoleLes 4 filaments d'ARNr sont associés à des protéines par le nucléole en un ribosome

Rôle général des ribosomesLieu de la synthèse d’une chaîne polypeptidique (une protéine)

Rôles spécifiques des ribosomesFixer l’ARNmLire les codons d’ARNmFixer les ARNt chargés de leurs acides aminésFavoriser la formation des liens peptidiques entre les acides aminés

Figure 16.2 : 328

L’ARN ribosomique constitue L’ARN ribosomique constitue une part des ribosomesune part des ribosomes


LA TRADUCTIONLA TRADUCTION (Deuxième étape de la (Deuxième étape de la synthèse protéique)synthèse protéique)

Grâce à l’association des codons de l’ARNm aux anticodons des ARNt afin d'aligner les acides aminés de la chaîne polypeptidique (protéine)

Dans le ribosome Depuis le codon de départ jusqu'au codon d'arrêt

Avec l'aide d’un enzyme du ribosome : la peptidyl transférase et l’énergie de la guanosine triphosphate (GTP), une molécule analogue à de l’ATP

Traduction Traduction (vue générale)(vue générale) Transformation du message de l’ARNm en une chaîne polypeptidiqueTransformation du message de l’ARNm en une chaîne polypeptidique

Un ARNt déchargé de son acide aminé retourne dans le cytoplasme se fixer à un autre acide aminé et recommencera « le manège »

RibosomeRibosomeARNmAcide aminéChaîne polypeptidique en formation

ANTICODONCODONUn ARNt apporte sa charge d’acide aminé au ribosome là où son anticodon peut se fixer à un codon complémentaire


Traduction Traduction (Quelques détails)(Quelques détails)

Le ribosome s'attache à l'ARNm au niveau du codon de départ.

Les deux premiers ARNt chargés de leur acide aminé respectif s’approchent du ribosome.

Les ARNt s'apparient aux deux premiers codons par leurs anticodons complémentaires (via des liaisons H)

Un lien peptidique se forme entre les deux premiers acides aminés de la chaîne polypeptidique en formation.

Ceci produit un dipeptide attaché au deuxième ARNt.

3’Lien peptidique5’Codon d’arrêtCodonCodonU A CMethC G AAlaCodon de départCodon

ARNm (Anticodon)3’5’Codon d’arrêtCodonCodonRibosomeU A CMethC G AAlaARN t no 1ARN t no 2

Codon de départCodon

Le ribosome avance d'un codon ce qui libère le premier ARNt.Il y a maintenant une autre place dans le ribosome pour un autre ARNt.L'ARNt no 3, porteur de sa charge d'acide aminé, s'apparie par son anticodon au troisième codon.Un lien peptidique se forme entre les acides aminés no 2 et no 3.Ceci produit un tripeptide attaché au troisième ARNt.

3’Codon d’arrêtCodonCodonU A CG G AProARN t no 3

ARN t no 1C G AAlaMethARN t no 2

Le ribosome avance d’un codon5’Codon

3’5’Codon d’arrêtCodonG G AProC G AAlaMethCodonCodon

Le ribosome avance d'un codon ce qui libère l'ARNt no 2.L'ARNt no 4 porteur de son acide aminé s'apparie par son anticodon au quatrième codon de l'ARNm.Un lien peptidique se forme entre les acides aminés no 3 et no 4.La chaîne polypeptidique en formation est attachée au quatrième ARNt.La chaîne contient maintenant quatre acides aminés.

3’Codon d’arrêtA A APheARN t no 4C G AARN t no 25’G G AProAlaMethARN t no 3

CodonCodon

3’Codon d’arrêtA A APhe5’G G AProAlaMethARN t no 3ARN t no 4

CodonCodon

Le ribosome avance et lit le codon d'arrêt.

Une protéine de terminaison vient se fixer en lieu et place d'un ARNt.

La protéine de terminaison hydrolyse le lien qui retient la chaîne d'acides aminés à l'ARNt.

Tous les constituants associés durant la traduction sont libérés (chaîne polypeptidique, dernier ARNt, ARNm, ribosome et protéine de terminaison)

3’A A APhe5’G G AProAlaMethARN t no 3ARN t no 4Protéine de terminaison

Codon d’arrêtCodon

A A A

Quelques précisions sur la synthèse protéiqueQuelques précisions sur la synthèse protéique

Les 3 types d’ARN sont des outils qui servent plusieurs fois avant d'être dégradés

Les ARNt et les ribosomes sont semblables chez tous les eucaryotes

Les ARNm diffèrent entre les espèces car ils ne sont issus de gènes différents

Des ARNm différents amènent la production des protéines spécifiques à chaque espèce

Une molécule d'ARNm se fait généralement traduire par plusieurs ribosomes simultanément

Pendant la synthèse, et après, la chaîne polypeptidique se replie spontanément en adoptant sa conformation nativeAvant de devenir véritablement fonctionnelle, la chaîne subit des modifications : ajout de glucides, lipides, phosphates ou autres, coupure des acides aminés du début, fragmentation en deux ou plusieurs sous- chaînes, regroupement avec d'autres chaînes polypeptidiques …

Un polyribosome

Protéine Ribosomes ARNm


La synthèse des La synthèse des protéinesprotéines

La destinée des La destinée des protéinesprotéines

La destinée des protéines fabriquées par les La destinée des protéines fabriquées par les ribosomes libresribosomes libres

Molécule d’ARN messager en train d’être décodée par le ribosome

Protéine en formation(Chaîne d’acides aminés)

ADN ARNm ProtéineSi la protéine est fabriquée par un ribosome libre du cytosol, elle demeure dans celui-ci et y exerce ses fonctions


Les protéines Les protéines fabriquées par fabriquées par les ribosomes les ribosomes liés au REG ont liés au REG ont 3 destinées3 destinées

1) Elles s'incorporent aux membranes du REG

2) Elles transitent dans le REG puis dans l'AG et enfin, sortent de la cellule par sécrétion cellulaire

3) Elles transitent dans le REG puis dans l'AG avant de rejoindre les lysosomes

Ribosome libre du cytoplasme en train de fabriquer une protéine (avec séquence signal)

Après la synthèse, le ribosome se détache.

La protéine contient une séquence signal qui indique au ribosome de se lier au REG

Ribosome lié au REGLa protéine est sucrée puis emballée dans une vésicule de transition qui va fusionner avec l’AG.

Certaines protéines cheminent dans l’AG puis sont sécrétées à l’extérieur de la cellule par les vésicule de sécrétion

Certaines protéines cheminent dans l’AG puis s’incorporent aux lysosomes

Certaines protéines s’intègrent aux membranes du REG ou à des vésicules membraneuses destinées à d’autres organites

123Hormones, enzymes digestifs, acide hyaluronique, collagène, etc.AGREG

Le code génétiqueLe code génétique

Le code génétiqueLe code génétique

Code génétique

Ensemble des génons codant les acides aminés des protéines

Qualifié de code car il n'est pas directement lisible en protéine

Il faut le décrypter en ARNm puis en ARNt porteurs d'acides aminés

Le code génétique est quasiment universel

Presque tous les vivants (éléphant, chien, grenouille, lapin, etc.) ont les mêmes génons codant pour les mêmes acides aminés

Quelques exceptions

Certains unicellulaires comme les paramécies, les mitochondries et les chloroplastes ont quelques génons qui ne codent pas les mêmes acides aminés

Les mutations et Les mutations et leurs leurs conséquencesconséquences

Les mutationsLes mutations

MutationModification héréditaire de l'ADN qui peut être transmise aux descendants lorsqu'elle se produit dans les cellules des organes reproducteurs(cellules de la lignée germinale qui produisent les gamètes)

Mutation chromosomique Mutation qui affecte les chromosomes : un nombre anormal, une cassure, un réarrangement, etc.

Mutation ponctuelleMutation qui touche un ou quelques gènes seulement (ajout ou retrait de quelques nucléotides, remplacement d'un nucléotide par un autre …)

Les mutations ponctuellesLes mutations ponctuellesMise en situationMise en situation

Campbell : 337 (1eéd. française) — Figure 16.22Campbell : 348 2. française) — Figure 17.24

Gène

normal

TACGGAAAAAACCCTTTTTArrêtCProtéine

normale

MetLysPheGlyAlaLeuARNm

normal

ArrêtAUGCCUUUUUUGGGGGAAAAAC

Les mutations ponctuellesLes mutations ponctuelles Mutation par substitution d'une baseMutation par substitution d'une base

Le génon CCG est remplacé par le génon CCA

Le codon GGC est remplacé par le codon GGU

L'acide aminé glycine se place quand même dans la protéine

Mutation silencieuse


ARNm

modifié

ArrêtAUGCUUUUUUGGGGGAAAAAGène

muté

TACGAAAAAACCCCTTTTTArrêtCUCAGMetLysPheGlyAlaLeuProtéine non modifiéeAucun effet

La protéine est « chanceuse »


Le génon CCG est remplacé par le génon TCG

Le codon GGC est remplacé par le codon AGC

L'acide aminé sérine se place dans la protéine au lieu de la glycine

Mutation faux-sens


Un faux-sens :

sérine au lieu de glycine

SerMetLysPheAlaLeuArrêtAUGCCUUUUUUGGGGGAAAAATACGGAAAAAACCCTTTTTArrêtCCARNm

modifié

Gène

muté

ATProtéine modifiée


Le génon TTC est remplacé par le génon ATC

Le codon AAG est remplacé par le codon UAG

Le nouveau codon est un signal d'arrêt qui entraîne une protéine plus courte

Mutation non-sens

MetArrêtAUGCCUUUUUUGGGGGAAAATACGGAAAAAACCCTTTTTArrêtCCGène

muté

AUAARNm

modifié

Protéine

modifiée

Un non-sens immédiat


Les mutations ponctuellesLes mutations ponctuelles Mutation par retrait (délétion) d'une baseMutation par retrait (délétion) d'une base

Tous les génons à partir du point de retrait sont modifiésExempleLe génon AAA est remplacé par le génon AACLes codons issus des génons modifiés sont différentsExempleLe codon UUU est remplacé par le codon UUGLes acides aminés issus des codons modifiés sont différents aussiDécalage du cadre de lecture produisant un long faux-sens

MetLysLeuAlaHisCysARNm

modifié

AUGCUUUUUUGGGGGAAAAAGène

muté

TACAAACTTUGAAACCCTTTCAProtéine

modifiée

Un long faux-sens


Les mutations ponctuellesLes mutations ponctuelles Mutation par insertion d’une baseMutation par insertion d’une base

Une base s’ajouteTous les génons à partir du point d’ajout sont modifiésExempleLe génon TTC est remplacé par le génon ATTLes codons issus des génons modifiés sont différentsExempleLe codon AAG est remplacé par le codon UAALe premier des nouveaux codons est un signal d'arrêt qui entraîne une protéine plus courte

Un non-sens immédiat


MetAUGCCUUUUUUGGGGGAAAATACTGGAAAAAACCCTTTTArrêtCCGène

muté

AUAARNm

modifié

Protéine

modifiée

Un non-sens immédiatAU

Les mutations ponctuellesLes mutations ponctuelles Mutation par délétion d’un génon complet Mutation par délétion d’un génon complet

Une génon est retiré

Un génon complet est retiré.

Un codon complet est retiré également.

La protéine contient un acide aminé en moins.

Décalage restreint du cadre de lecture

AlaMetLysGlyLeuAUGGAAArrêtCCUUUGGGGAAATACTTArrêtGGAAACCCTTTCCARNm

modifié

Gène

muté

Protéine

modifiée

AAAUUULa protéine a un acide aminé en moins(Phe)


Effet des mutations sur les Effet des mutations sur les protéinesprotéines

Elles entraînent des changements dans l'ADN, dans l'ARNm qui en découle et dans la protéine issue de l'ARNm.

La conformation native ne sera plus tout à fait la même et la fonction de la protéine sera partiellement, ou complètement, altérée.

Plus rarement, la protéine peut être améliorée. Dans ce cas, c'est une bonne mutation.

Exemples de mutations

Le remplacement de l'acide glutamique par la valine dans l'hémoglobine produit une maladie mortelle lorsque transmise par les deux parents : l'anémie à hématies falciformes.

Il existe une mutation qui protège certains Américains contre le Sida.

Une mutation permet à certains Italiens de manger des aliments riches en graisses sans qu'ils ne souffrent d'un excès de cholestérol.

Les mutationsLes mutationsMutagenèse et mutagènesMutagenèse et mutagènes

Mutagenèse

Apparition d'une mutation

Mutagène

Agent capable d'induire une mutation

Agents mutagènes

Rayons X, rayons ultraviolets, agents radioactifs, médicaments comme l'aspirine, produits chimiques comme les insecticides, les herbicides, le benzène …

Les foetus de trois mois et moins sont extrêmement sensibles à l'action tératogène Les foetus de trois mois et moins sont extrêmement sensibles à l'action tératogène (activité mutagénique) des différents produits car leurs tissus et leurs organes sont en (activité mutagénique) des différents produits car leurs tissus et leurs organes sont en formation.formation.

Une femme enceinte doit protéger son bébé en évitant de s'exposer à tout ce qui n'est pas naturel (alcool, tabac,drogue, médicaments …

Régulation des Régulation des gènes chez les gènes chez les procaryotesprocaryotes

Contrôle de l’expression des gènes Contrôle de l’expression des gènes chez les procaryoteschez les procaryotes

À compléter plus tard

FIN DU COURS 3FIN DU COURS 3

Documents

Évolution et Diversité du Vivant (101-NYA-05) Cours 3 LA SYNTHÈSE DES PROTÉINES Bernadette Féry Automne 2004