CHP 2 : La synthèse des protéines

IntroductionRappels de la classe de 2nde

Cf. correction du contrôle des acquis de 2nde et du collège

chromosome : structure très condensée constituée d'une seule molécule d'ADN, peut être constitué d'une ou de deux chromatides (visibles lors de la division cellulaire). ADN : acide désoxyribonucléique : molécule contenant l'ensembles des informations composant le programme génétique d'un individu.

- gène : portion de la molécule d'ADN, situé à un endroit précis du chromosome, et codant pour la synthèse d’une protéine, à l’origine d’un caractère particulier. La protéine est le produit d’expression d’un gène

- allèle : version d'un gène. Des mutations modifiant la séquence d’un gène sont à l’origine de nouveaux allèles

Rappels de la classe de 2nde

Problématique : cf. doc 3p51

Un gène est un enchaînement de nucléotides ; une protéine, un enchaînement d’acides aminés. Comment passe t’on de l’un à l’autre ?

A – L’ARNm : un intermédiaire indispensable

I – La transcription : de l’ADN à l’ARN m

Principe du marquage radioactif d’une cellule : cf. TP 5

Protéines : synthétisées dans le cytoplasme (au niveau du réticulum endoplasmique granuleux).

cf. TP 5

Cf. TP 5

ADN : localisé dans le noyau, au niveau de la chromatine.

ARN : localisé dans le cytoplasme et dans le noyau, au niveau du nucléole.

Cf. doc 1a p 52

ADN : synthétisé dans le noyau.

Cf. doc 1b p 53 (haut)ARN : synthétisé dans le noyau (nucléole).

Cf. doc 1b p 53 (bas)ARN : transféré dans le cytoplasme à travers les pores de l’enveloppe nucléaire.

Microscopie électronique à balayage (cryofracture) : Cette cellule de racine a été fracturée à froid. La surface de fracture a été ombrée par des vapeurs métalliques opaques aux électrons et l'ensemble recouvert d'une couche résistante de carbone transparente aux électrons. Les structures vivantes sont ensuite détruites et seule la réplique (moulage) est observée en microscopie électronique à balayage. On observe à gauche le noyau et les pores nucléaires, au centre du réticulum endoplasmique et à droite la membrane plasmique avec des vésicules de sécrétion. (Cliché Brigitte Vian).

Pores nucléaires

L’ARNm constitue un bon intermédiaire entre l’ADN et les protéines.

B – Relation entre ADN et ARNmcf. TP 5

L’ARN n’est constitué que d’un seul brin. (contre deux pour l’ADN)

Pas de complémentarité des bases azotées

Dans l’ARN, il existe une nouvelle base azotée à la place de la thymine (T) de l’ADN : l’uracile (U).

Le sucre de l’ARN est le Ribose (ARN = Acide RIBO Nucléique) au lieu du Désoxyribose de l’ADN.

L’ARNm est plus court que l’ADN : il ne correspond qu’à une petite partie de celui-ci : le gène.

C – Le mécanisme de la transcription

Doc 2a p52

Lorsqu’un gène est en cours de transcription, il apparaît, dans le nucléole, sous forme de « plume ». Trouvez une interprétation à ce phénomène.

Trouvez une interprétation à ce phénomène.

Schématisez le gène en cours de transcription.

La transcription de l’ADN en ARNmPrésence d’une enzyme : l’ARN polymérase

Fixation sur le site de transcription au niveau du signal de début de transcription (début du gène, triplet TAC)

Écartement des deux brins d’ADN par destruction ponctuelle et temporaire des liaisons H

Mise en place, par complémentarité des bases, des nucléotides de l’ARN m en face des nucléotides du brin transcrit de l’ADN

Établissement d’une liaison covalente (de type phosphodiester) entre les nucléotides de l’ARN m grâce à de l’énergie

Déplacement de l’ARN polymérase le long du brin transcrit de l’ADN et synthèse de l’ARN m jusqu’au signal de fin de transcription

Après le passage de l’ARN polymérase, l’ARN m se dissocie du brin transcrit et est transféré depuis le nucléole (noyau) jusqu’au cytoplasme.

Les deux brins d’ADN se réassocient (en fait : au fur et à mesure du passage de l’ARN polymérase) par reconstitution des liaisons faibles hydrogène (A = T ; G ≡ C )

Remarque 1 : Plusieurs ARN polymérases peuvent transcrire en même temps le même gène :

Remarque 2 : Plusieurs gènes peuvent être transcrits en même temps (par différentes ARN polymérases)

La transcription

II – La traduction : de l’ARNm à la protéine

A – Le code génétique

= système de correspondance qui permet de passer d’un langage « en nucléotides » à un langage « en acides aminés »

L’information portée par la molécule d’ARNm se trouve dans sa séquence de nucléotides, chacun d’entre eux étant caractérisé par sa base azotée.

3 nucléotides successifs de l’ARNm forment un codon et correspondent à un acide aminé (ou à un codon STOP).

La signification d’un codon est la même chez tous les êtres vivants : le code génétique est donc universel.

Code génétique redondant (ou dégénéré)

Code génétique est non ambigu

Remarque : Les effets des mutations ou des erreurs de l’ARN polymérase lors de la transcription s’en trouvent limitées.

B – Les acteurs de la traduction

B – Les acteurs de la traduction

Une électrophorèse du contenu cytoplasmique révèle la présence d’ARN de tailles différentes :

• l’ ARN m qui est l’intermédiaire entre l’ADN et la protéine

• l’ ARN t qui associe un aa spécifique à un codon précis de l ’ARN m

• l’ ARN r qui constitue les ribosomes, qui lisent l’ARN m et permettent la polymérisation des aa pour fabriquer les protéines.

Pour réaliser la synthèse des protéines, il faut, en plus, des aa, de l’énergie et des enzymes spécifiques.

Cf. docs 2b et 2c p 53

L’ARNt

C – Le mécanisme de la traduction

1ère étape : l’initiation

Le ribosome commence la lecture au niveau d’un codon AUG de l’ARN m (le codon initiateur).

Un transporteur d’aa, l’ ARN t , spécifique de ce codon et portant donc ici une MET (méthionine) se fixe alors sur le ribosome.

2ème étape : l’élongation

Le ribosome passe au codon suivant sur l’ARN m et un nouvel ARN t, apporte un nouvel aa correspondant à ce codon

Une liaison covalente (de type peptidique) s’établit entre les deux aa grâce à de l’énergie.

Le ribosome se déplace le long de l’ARN m et ainsi de suite.

Après formation de la liaison peptidique, les ARN t sont libérés au fur et à mesure dans le cytoplasme.

L’ARN t du dernier aa se détache et aucune liaison peptidique ne s’établit.

Le ribosome arrive sur le codon STOP de l’ARN m (ou encore codon NON-SENS) auquel aucun aa ne correspond.

La traduction

3ème étape : la terminaison

Le ribosome se détache de l’ARN m qui est recyclé par la cellule.

La maturation des protéines Après leur synthèse au niveau du réticulum endoplasmique granuleux …

… les protéines passent dans un « continuum membranaire » à l’intérieur de la cellule, où elles subissent de nombreuses modifications (dont l’acquisition de leur repliement correct).

Différentes étapes de maturation permettent de passer des la « pré-protéine » à la protéine fonctionnelle.

Les premières étapes de la maturation ont lieu dans le REG …

… puis dans l’appareil de Golgi

… les protéines passent ensuite dans des vésicules de stockage …

… avant d’être finalement dirigées vers les parties appropriées de la cellule, ou excrétées à l’extérieur de celle-ci, pour accomplir leur fonction dans l’organisme.