SVT 1ere S - l\'exp du patrimoine génétique PDF

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C'est un cours sur l'expression du patrimoine génétique...

Description

CH2 : L'expression du patrimoine génétique Nous aborderons le mécanisme de la synthèse des protéines afin de mieux comprendre la relation entre les gènes et le phénotype. L'information génétique continue dans l'ADN est inscrite dans un langage universel. (….) PB : Comment a-t-on établi une relation entre l'information de l'ADN et les protéines présentent dans une cellule ? Quels sont les différentes étapes dans l'expression des gènes ? I) La relation entre les gènes et les protéines. A) Mise en évidence de la relation gène-protéine. 1908> Archibald Garrod. A partir de l'étude de maladies héréditaires du métabolisme réussit à prouver que certaines de ces maladies étaient dues à l'incapacité des individus atteints à produire une enzyme particulière. (repose sur de l'alcaptonurie). Les malades ont une urine qui devient noire au contacte de l'air par oxydation d l'acide homogentisique anormalement présente dans leur urine. Doc : Perturbation d'une des voies métaboliques de dégradation de la tyrosine d'origine possible de l'alcaptonurie (….) Les expériences de Beadles et Tatum (…) Leurs travaux aboutirent finalement à la conclusion que les gènes contrôlent la synthèse des enzymes et chaque protéine est codée par un gène diffèrent (Prix Nobel 1958). Les expériences de transgènes alimentent depuis quelques années la une des médias reposent sur l'existence d'une relation directe entre la présence d'un gène dans une cellule et la capacité de cette dernière à produire une protéine et confirment cette relation entre un gène et une protéine. B) Un gène des protéines. Beadles et Tatum ont montré qu'un gène peut participer à la réalisation d'un ou de plusieurs caractères phénotypiques dont les protéines en sont le support. L'ADN est une molécule informative, elle détient l'ensemble des informations nécessaires au fonctionnement cellulaire. Chez les organismes eucaryotes l'ADN est localisé dans le noyau de la cellule. L'ADN contenu dans les chromosomes constitue le support physique des gènes. Un gène est une séquence linéaire de nucléotides qui porte l'information génétique. L'homme possède environ 25 000 gènes qui conduisent à la fabrication d'un nombre très élevé de protéine. Or l'ensemble des protéines produites (protéome) est beaucoup plus important. Un gène peut générer une diversité de protéine. PB : Comment synthétise t'on une protéine à partir d'un gène?

A) Le transfert intracellulaire.

II) La transcription, 1ere étape de l'expression d'un gène. 1) Mise en évidence d'un intermédiaire entre l'ADN et les protéines.

Des cellules animales sont cultivées in-vitro dans un milieu approprié contenant notamment des molécules d'un acide aminé radioactif, la leucine. On localise, par autoradiographie, la synthèse des protéines. (voir doc 4 p 39) Par cette technique les protéines sont réparables sous forme de grains nous en raison de leur capacité à impressionner une émulsion photographique. Cette capacité est liée à la présence de l'acide aminée radioactif (doc 6). Le noyau des cellules E a été enlevée quelques minutes avant l'ajout de la leucine radioactive des cellules. L'autoradiographie dans des cellules révèle que la synthèse des protéines s'effectue dans le cytoplasme et qu'elle est possible chez les cellules récemment énuclées a dernier résultat suugére l'existence d'un intermédiaire entre l'ADN et la protéine synthétisée. (page 397 PS : fabrication de voitures, on lui enlève le noyau.)

2) L'ARN intermédiaire mobile entre l'ADN et les protéines.

En 1951, Brachet démontre la relation entre la synthèse des protéines et la présence d'un acide nucléique l'ARN. Les autoradiographies de cellules cultivées en présence d'uracile radioactif (un précurseur de l'ARN) montre que l'uracile radioactif est d'abord incorporé à des molécules d'ARN dans le noyau puis que les molécules d'ARN radioactivés formées dans le noyau migrent dans le cytoplasme. (doc 2 p38, doc 4, l'uracile se trouve dans le noyau> fabrique une molécule). Ces contrastes suggèrent qu'au moins certaines molécules d'ARN servent d'intermédiaires entre l'ADN du noyau et les polypeptides synthétisés dans le cytoplasme. (ARN crée dans le noyau, utilise de l'uracile pour passer dan le cytoplasme). L'expérience suivante permet de confirmer cette hypothèse. Des esythroblastes (cellule à l'origine des hématies) sont cultivés ans un milieu contenant des acides aminés radioactifs. Les protéines produites par les erythroblastes sont analysés et l'on décèle la présence d'hémoglobine radioactif. La même expérience est réalisée sur des œufs d'amphibiens et l'on repère sur le graphique B deux pics correspondant à 2 types de protéines synthétisées naturellement dans ces cellules œufs. Des molécules d'ARN isolées des erythroblastes et injectées à des œufs d'amphibiens placés dans les mêmes condition de cultiver que pour les 2 expériences. Des molécules d'ARN permettent l'expression dans le cytoplasme du message, génétique porté par l'ADN du noyau. Ces molécules sont synthétisés dans le noyau et migrent ensuite dans le cytoplasme en traversant la membrane nucléaire au niveau de ses pores. Il existe plusieurs types d'ARN : celui qui véhicule l'information génétique entre le noyau et le cytoplasme est appelé ARN messager au ARNm. PB : Par quel mécanisme s'effectue le transfert d'information de l'ADN à l'ARNm puis celui de l'expression sous forme de protéine de l'information portée par l'ARNm ? 3) La transcription de l'ADN en ARN. (L'ARN pré-m, une copie d'un gène. ARN + courte que molécule d'ARN car copie d'un gène, schéma doc 3 p 41 sur la maturation. Seq codante : exon seq non-c : intron. Lors de la maturation les séquences non-co sont supprimées> épissage> ARNm (les exons peuvent être exquiser) > Les introns sont éliminés et des exons sont reliés entre eux. ARN pré-m peut subir des maturations différentes.) A) La transcription de l'ADN en ARNm. Les expériences Brenner, Jacob et Meselson ont montré que l'information codée du gène est passe pour un intermédiaire instable : l'ARNm qui se lie à des ribosomes. L'ARN est constitué d'une seule chaine linéaire. La chaine est un long polymère de 4 structures différentes : les acides ribonucléique. 1) Composition et structure de l'ARNm. L'ARN est une macromolécule constituée d'une chaîne de nucléotides. 2) Le mécanisme simplifié de la transcription.

La transcription correspond à l'hybridation moléculaire entre l'ADN et ARN au moment de la transcription. Dans chaque cas une seule chaîne de la molécule d'ADN sert de matrice. La séquence d'ARNm est donc complémentaire de l'un des brins d'ADN. La transcription peut être observée du microscope électronique à transmission (….). Lors de la transcription d'un gène, la molécule d'ADN « s'ouvre », au niveau de ce gène par rupture, des liaisons hydrogènes entre les bases complémentaires des deux brins. La synthèse d'un molécule d'ARN ne s'effectue au contact d'un des 2 brins de l'ADN, appelé brin transcrit par assemblage de nucléotides libres dans le noyau suivant un ordre. La molécule d'ARN obtenue est enfaite une copie conforme (T remplacé par U) de l'autre brin de la molécule d'ADN gène que l'on nomme brin... (ex : électrophotographie pendant la transcription.) L'ARN polymérase est un complexe enzymatique qui catalyse la transcription de l'ADN en ARNm. L'ARN polymérase reconnaît sur l'ADN les séquences de nucléotides.

La transcription nécessite la présence : • enzyme ARN polymérase. • Des ribonucléotides libres. • De l'énergie. Chez les procaryotes, il y a une seule ARN polymérase, chez les eucaryotes il y a 3 ARN polymérase : l'ARN polymérase I transcrit de l'ARNr, l'ARN polymérase II transcrit de l'ARNt et ls petits ARN.

(doc 8 p50). III) La traduction, seconde étape de l'expression des gènes. La transformation d'une molécule d'ARNm en une chaîne polypeptidique est appelée une traduction. La traduction conduit à la synthèse des protéines. Pour traduire la séquence de nucléotides de la molécule d'ARNm en séquence d'acides aminés formant une protéine d correspondance, un code entre la séquence des bases azotées et celle de acides aminés. Les expérience de transgénése montrent que l'information portée par l'ADN est universelle, il existe donc un langage. A) Le code Génétique. (p 42, Nuremberg et Ochoa). L'ARNm est lu par un groupe de 3 nucléotides. Ce triplet nucléotidique constitue une unité de codage : le codon. La traduction d'une séquence polynucléotidique en une séquence(...).

Chaque acides aminés est caractérisé par un codon. A plusieurs codons correspond le même acide aminé, on dit que le code est dégénéré ou redondant.

3 triplets de nucléotides sont des codons stops ou de non sens. 1 codon permet le démarrage de la synthèse, c'est le codon AUG qui code la méthionine. 3 codons ne codent pas pour des acides aminés mais pour la terminaison d'une chaîne polypeptidique ce sont des codons stop : UAA, UGA, UAG. Le code génétique est le même chez les animaux végétaux et bactéries. Il est universel (tous les êtres vivants de la bactérie.).(doc 4 p 43, code universel.)

B) Mécanismes de la traduction, (p44-45, schéma ARNm) La traduction de ARNm en polypeptide dans le cytoplasme fait intervenir : • de l'arn m • des ribosomes : organites constituées de 2 sous unités. • Acides aminés. • Enzymes. (doc 2 p45) Chaque ribosome comprend un site de liaison pour l'ARNm et 3 sites de liaisons pour l'ARNt . Les ribosomes sont soit libres soit liés aux membranes de REG, ils sont associés l'ARNm. (1,3 p45) ; Les ARN de transfert (ARNt) : sont de petites chaînes de nucléotides caractérisées, par un site de fixation d'un acide aminé spécifique et un site de fixation (….). La traduction se fait en trois étapes : • L'initialisation : qui correspond à la transformation d'un complexe d'initiation . Fixation des deux sous unités. • Élongation : ARNt se libère, déplacement des ribosomes le long de l'ARNm, création de liaisons. • Terminaison : ribosome se retrouve avec codon stop. Pas d'ARNt correspondant. Libération de la chaîne polypeptidique. Séparation des 2 sous unités.

BILAN : Le phénotype est la traduction d'une identité moléculaire notamment au niveau des protéine synthétisée. La séquence des acides aminées des protéines est imposée par la séquence en nucléotide de l'ARNm, elle même complémentaire à la séquence du nucléotide de l'ADN. La transcription permet d'assurer le transfert de l'information génétique du noyau vers le cytoplasme....