Expression Information Génétique

Chapitre 3 : Expression de l'information génétique

Toutes les cellules d'un individu possèdent le même patrimoine génétique, pourtant il existe des dizaines de types de cellules différents. Comment expliquer cette diversité cellulaire ?

I. Rappels

• Les organismes pluricellulaires ont des cellules spécialisées avec des fonctions spécifiques.
• Organisation hiérarchique : molécule< organite < cellule < tissu < organe < appareil/système < organisme.
• La spécialisation est déterminée par les molécules et organites, et surtout par les gènes exprimés (expression génétique).

II. Un lien entre ADN et protéines

1. Un gène code pour une ou des protéines

• Les fonctions essentielles des cellules sont assurées par des protéines.
• Une protéine est une chaîne de polypeptides.
• Chaque polypeptide est une chaîne d'acides aminés (20 types différents).
• Les acides aminés se lient par des liaisons peptidiques et se replient dans l'espace pour former une structure caractéristique (ex: structure quaternaire) qui confère ses propriétés à la protéine.
• Conceptclé : La succession des nucléotides d'un gène indique l'enchaînement des acides aminés d'une protéine (concept "un gène, une protéine" → affiné).

2. Du génotype au phénotype

• Lephénotype moléculaire est l'ensemble des protéines d'une cellule.
• Les maladies génétiques (ex: drépanocytose) résultent de mutations altérant les protéines ou leur synthèse.
• Le génome est l'ensemble de l'information génétique d'un individu.
• Toutes les cellules ont le même génome, mais n'expriment qu'une partie spécifique (le génotype de la cellule).
• Le phénotype (caractéristiques d'un êtrevivant) s'observe à plusieurs échelles :
  • Macroscopique (organisme)
  • Cellulaire
  • Moléculaire (dépend du génotype)
• Lephénotype n'est pas seulement le génotype : l'environnement peut modifier l'expression des gènes et les propriétés des protéines.

III. Du gène à la protéine

1. De l'ADN à l'ARN : la transcription

• L'information génétique (ADN) est dans le noyau. La synthèse des protéines se fait dans le cytoplasme.
• L'ADN est trop grand pour sortir. L'ARN sert d'intermédiaire.
• L'ARN (Acide RiboNucléique) est une molécule formée de nucléotides (4 types).
• Différences ADN / ARN :
  • Sucre : Ribose (ARN) vs Désoxyribose (ADN)
  • Base : Uracile (U) remplace la Thymine (T) dans l'ARN
  • Brins : Simple brin (ARN) vs Double brin (ADN)
• L'ARN messager (ARNm) sort du noyau pour transmettre l'info.
• La transcription est la synthèse d'ARNm à partir d'un gène dans le noyau.
• Elle est catalysée par l'enzyme ARN polymérase.
• L'ARN polymérase incorpore des nucléotides libres par complémentarité:
  • G ↔ C
  • C ↔ G
  • A ↔ T (sur ADN)
  • U↔ A (sur ADN)
• Le brin ARNm est:
  • Complémentaire du brin d'ADN transcrit (non codant).
  • Identique au brin d'ADN non transcrit (codant), sauf T remplacé par U.
• Amplification : Plusieurs ARN polymérases peuvent transcrire un gène simultanément.

2. De l'ARNm à la protéine : la traduction

• Le code génétique établit la correspondance entre un codon (triplet de nucléotides d'ARNm) et un acide aminé.
• Propriétés du code génétique:
  • Univoque : 1 codon = 1 acide aminé
  • Redondant : Plusieurs codons peuvent coder pour le même acide aminé (limite l'effet des mutations sur la 3ème base).
  • Codons particuliers :
    • AUG = Codon d'initiation (Méthionine).
    • 3 codons STOP (ne codent pas pour un A.A.).
  • Universel : Identique chez presque tous les êtres vivants.
• La traduction s'effectue dans le cytoplasme sur les ribosomes.
• Elle débute toujours par le codon initiateur AUG.
• Le ribosome se déplace, assembles les acides aminés (grâce aux ARNt) par liaisons peptidiques.
• La lecture d'un codon STOP libère la protéine et dissocie le ribosome.
• Un polysome est un ARNm sur lequel plusieurs ribosomes traduisent simultanément, permettantla synthèse de 10 à 20 protéines.

3. La maturation de l'ARNm

• Dans le noyau, l'ARN pré-messager subit une maturation.
• L'ARN pré-messager contientdes exons (séquences traduites) et des introns (séquences non traduites).
• L'épissage est l'élimination des introns (et parfois de certains exons) et la liaison des exons entre eux pour former l'ARNm mature.
• L'épissage alternatif permet de synthétiser plusieurs protéines différentes à partir d'un même gène.
• L'ARNm mature peut alors sortir du noyau pour la traduction.

Du gène aux protéines : Synthèse des étapes

1. Transcription : ADN → ARN pré-messager (dans le noyau).
2. Maturation : ARN pré-messager → ARN messager (épissage, dans le noyau). L'ARNm migre vers le cytoplasme.
3. Traduction : ARNm → Protéines (sur les ribosomes dans le cytoplasme).

De l'expression d'un ensemble de gènes (génome) résulte un ensemble de protéines (protéome) plusnombreux et diversifié, qui détermine les caractères de l'individu (phénotype).