ADN-protéine et l’ARN.

Thème : la vie et l’organisation du vivant

Chapitre II: L’expression du patrimoine génétique dans les cellules vivantes 

I. Une relation ADN-protéine et nécessité d’un intermédiaire, l’ARN. 

(activités 7 et 8)

Les fonctions essentielles des cellules ainsi que leur structure, sont assurées par des macromolécules, les protéines.

Chaque protéine est constituée par un ou plusieurs polypeptides (enchainements linéaires d’acides aminés = séquence d’acides aminés). Il existe 20 acides aminés différents dans une protéine.

Des expériences (transgénèse) ont prouvé que l’information (séquence de nucléotides) portée par un gène contrôle la synthèse d’une protéine. D’autres expériences historiques ont mis en évidence qu’une mutation de l’ADN peut modifier des acides minés de la protéine et affecter son fonctionnement. De la séquence de nucléotides de l’ADN dépend la séquence d’acides aminés de la protéine.

Comment l’enchainement la séquence des nucléotides d’un gène indique-t-elle la séquence des acides aminés qui constituent une protéine ?

A) La transcription : première étape de l’expression d’un gène 

Chez les eucaryotes, l’ADN est toujours localisé dans le noyau des cellules, séparé du cytoplasme par l’enveloppe nucléaire. Or, la synthèse des protéines a lieu dans le cytoplasme. Cette synthèse ne peut être dirigée par l’information génétique que si des intermédiaires du gène à exprimer sont exportés du noyau vers le cytoplasme. Ces intermédiaires sont des copies du gène, sous forme d’ARN et fabriquées dans le noyau lors d’un mécanisme appelé transcription.

L’ARN (acide ribonucléique) n’est constitué que d’une seule chaine formée par une séquence de nucléotides de 4 types différents. Toutefois, les nucléotides de l’ARN diffèrent de ceux de l’ADN par le glucide (ribose au lieu de désoxyribose) et la thymine est remplacée par l’uracile.

La transcription nécessite une enzyme, l’ARN polymérase. Celle-ci progresse le long de l’ADN et incorpore des nucléotides libres présents dans le noyau, par complémentarité avec l’un des deux brins de l’ADN (association de G avec C et de A avec U). Le brin d’ARN ainsi produit est complémentaire du brin d’ADN ayant servi de matrice et appelé brin transcrit (par conséquent, la séquence des nucléotides, donc l’information portée par l’ARN, est identique à celle du brin non transcrit mais avec U à la place de T). Plusieurs ARN polymérases se succèdent le long d’un même segment d’ADN et fabriquent autant d’ARN identiques entre eux constituant autant de copies des informations contenues dans le gène à exprimer. Ces dernières constituent des ARN pré-messager qui, après maturation (suppression des parties de la séquence qui ne serviront pas à la synthèse des protéines) sont transformés en ARN messager (ARNm).  Ce sont ces derniers qui, par l’intermédiaire des pores de l’enveloppe nucléaire, sont exportés dans le cytoplasme afin de diriger la synthèse de la protéine qui sera le produit de l’expression du gène.

B) La traduction de l’ARN messager en protéine 

L’assemblage des acides aminés d’une protéine dirigé par l’information génétique constitue la traduction.

Ce mécanisme se déroule dans le cytoplasme au niveau des ribosomes. Chaque ribosome comprend une petite sous-unité capable de reconnaitre et de se fixer à une molécule d’ARNm, associée à une grosse sous-unité qui réalise l’assemblage des acides aminés.

L’assemblage des acides aminés à partir de la séquence de nucléotides de l’ARNm nécessite une système de correspondance : c’est le code génétique. Il établit la correspondance entre un triplet de nucléotides de l’ARNm (ou codon) et un acide aminé. Ce code est universel (commun à tous les êtres vivants) ce qui constitue un argument en faveur de l’origine commune des êtres vivants. Il est également redondant : la plupart des acides aminés sont codés par plusieurs codons. Toutefois, le code est univoque : un codon code toujours pour le même acide aminé. Trois codons ne codent pour aucun acide aminé (codons stop).

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