III/ La traduction : de l’ARN à la protéine

1. Le code génétique : un système universel de correspondance entre ADN et protéine. (& pages

108/109)

a) L’élucidation du code (doc.1 page 108)

1 nucléotide à 1AA 4 nucléotides pour 20 acides aminés : IMPOSSIBLE 2 nucléotides à 1AA 4 x 4 possibilités de combiner 2 nucléotides parmi 4 à 16 combinaisons

pour 20 AA : IMPOSSIBLE 3 nucléotides à 1AA 4 x 4 x 4 possibilités de combiner 3 nucléotides parmi 4 à 64 combinaisons

pour 20 AA : possible

En vertu du principe de parcimonie qui veut que l’on conserve l’hypothèse la plus simple c’est cette hypothèse qui a été testée

Lecodegénétiqueestentièrementélucidéen1966

YIls confirment que le code génétique met en relation une séquence de 3 nucléotides : 1 codon et un acide aminé : c’est le code génétique

Remarques :

- Le code génétique est redondant : plusieurs codons peuvent coder pour le même acide aminé : exemple : CUU, CUC, CUA, CUG = leucine.

- Il existe 3 codons STOP que l’on trouvera à la fin de l’ARNm : UAA, UAG, UGA (doc d page 108)

- Tous les ARN débute par le même codon : AUG qui code pour la Méthionine

b) Un code universel Les expériences de transgénèse démontrent que tous être vivant peut lire et décoder de l’ADN de n’importe quelle espèce : le code génétique est universel à quelques exceptions près

Nous connaissons désormais le lien entre ARN et protéine qui complète le dogme de la biologie moléculaire établi par Crick en 1958 :

Mais comment se déroule la traduction ?

2. Le mécanisme de la traduction (& page 109)

a) Les protéines sont synthétisées dans le cytoplasme mais où ?

Les expériences de marquage radioactif réalisées montrent que les protéines sont synthétisées dans le réticulum endoplasmique granulaire : ensemble de cavités à l’intérieur du cytoplasme, délimitées par une membrane à laquelle sont associés de petits organites : les ribosomes

Doc d page 109 : A la surface externe de la membrane des cavités on observe des « grappes » de ribosomes : les polysomes : Photo Schéma

b) Les ribosomes : Doc e page 109

Schéma très simplifié d’un ribosome

Les 2 unités se fixent sur l’ARN au niveau du codon d’initiation (AUG) et se déplace le long de l’ARN de codon en codon. La grosse sous unité présente 2 sites de fixation dont la taille est exactement celle d ‘un codon YLa synthèse de protéines nécessite : de - l’ARNm, (information codée en séquence de nucléotides) - des acides aminés (précurseurs), et - des ribosomes, (« tête de lecture »)

ce sont eux qui assurent la traduction de l’ARNm

Noyau

Réticulum endoplasmique

Intérieur des cavités avec protéines Ribosomes Vésicule

2 sites de fixation

CODE GENETIQUE

?

c) Le déroulement de la traduction : Doc page 113

Plusieurs ribosomes travaillent en même temps (polysomes) et synthétisent des protéines (chaîne polypeptidique) à une fréquence qui dépend des besoins de la cellule Remarques : - Il y a donc un phénomène d’amplification au niveau de la transcription : 1gène à plusieurs ARNm puis de la traduction : 1 ARNm à plusieurs protéines. - la traduction nécessite un apport d’énergie

Remarque : la protéine est libérée dans les cavités du réticulum Endoplasmique

INITIATION ELONGATION TERMINAISON

La protéine finit sa maturation dans les cavités du cytoplasme, - elle se replie, prend sa forme, - s’associe éventuellement avec d’autres chaînes (exemple hémoglobine). Elle est ensuite conduite vers sa destination par des vésicules : cytoplasme, organites, exportation (à exocytose)

Exemple d’une protéine constituée de l’assemblage de 2 chaînes d’acides aminés

Ø Expérience de Jamieson et Palade : Suivons la synthèse des protéines par marquage

radioactif (leucine radioactive) et autoradiographie (page 458) dans une cellule du pancréas qui produit du suc pancréatique (enzymes digestives = protéines)

Le pancréas est un organe vital, il remplit 2 fonctions : il assure la digestion en produisant des enzymes digestives et il permet la régulation de la glycémie en produisant 2 hormones : insuline et glucagon

On réalise un marquage radioactif sur les cellules acineuses, on suit l’évolution de la radioactivité en fonction du temps dans les différents organites de la cellule.

1chaîne

1chaîne

Liaisonsentreles2chaînes(S-S)

Résultats de l’autoradiographie

Les protéines sont produites dans le cytoplasme, grâce aux ribosomes associés au réticulum endoplasmique granulaire à l’intérieur duquel les protéines sont libérées et achèvent leur maturation. Elles sont transférées à l’appareil de golgi qui les adresse vers leur lieu d’utilisation dans la cellule grâce à des vésicules de transport. Ici ces protéines sont exportées vers l’extérieur grâce à des vésicules de sécrétion.

Cela vaut pour les eucaryotes qui possèdent noyau et organites mais qu’en est-il pour les procaryotes ?

d) Synthèse des protéines chez les procaryotes (exercice 1 page 118) Les procaryotes ne possèdent ni noyau, l’ADN est libre dans le cytoplasme, ni organites. Les étapes de la synthèse, transcription et traduction, se déroulent simultanément :

e) Modéliser le mécanisme : comment travail votre logiciel de séquençage doc 3 page 109

Algorithme : succession d’opérations qui permet en un nombre fini d’étapes d’arriver à un résultat. Ici : la traduction d’une séquence d’ARN en une séquence protéique

- Lire la séquence d’ARN de gauche à droite - Chercher AUG (initiation) - Lire ensuite 3 nucléotides par 3 nucléotides

(codon) - Associer à chaque codon un acide aminé grâce

au code génétique - Continuer jusqu’à la rencontre d’un codon

« STOP » - Arrêt de la traduction Un exemple de codage Python :

•  Unexempledecodage«PYTHON»

En utilisant une fonction (traité en seconde en mathématiques et SNT)

ENTREE à chaîne de caractères TRAITEMENTà •  recherche du

premier codon AUG •  appel de la fonction

de traduction SORTIEà affichage de la protéine Lien : merci à Mr Lagrave (ISN beaussier) https://trinket.io/embed/python/9bdd844b97#.XMwToy2B2so

CLIC

3) Régulation de l’expression (Doc 3 page 111) L’expression génétique peut être modifier à plusieurs échelles, par des facteurs internes (hormones, chronologie du développement…) et externes : quelques exemples

a) Des facteurs internes : • L’épissage alternatif agit sur l’expression des gènes

En fonction des exons associés lors de l’épissage alternatif, les protéines produites sont différentes, et la détermination du sexe change Rappel :

• L’action de signaux internes exemple les hormones

Les œstrogènes se fixent sur un récepteur cytoplasmique et le complexe hormone-récepteur se fixe sur l’ADN où il stimule (gène 1) ou inhibe (gène 2) la transcription de certains gènes. Ainsi en fonction de la quantité d’hormone présente certains gènes seront plus ou moins exprimés, les protéines plus ou moins produites vont moduler l’activité de la cellule. On pense alors à la modification d’activité des cellules au cours du cycle ovarien chez la femme. • La chronologie du développement (exercice 4 page 119)

b) L’action de facteurs externes

Exercice 3 page 119

BILAN

Facteurs internes Facteurs externes

Épissage

Sens de transcription

ARN polymérase

Véhiculée vers les zones d’utilisation dans la cellule ou exportation