Cours de Première en SVT sur l’expression du patrimoine génétique
Introduction
Les allèles que possède un individu ou une cellule constituent son génotype et la séquence en nucléotides des allèles est une information codée. La diversité allélique peut se traduire, aux différentes échelles d’organisation des individus par une diversité des phénotypes, c’est-à-dire des caractères « apparents ».
Comment une cellule utilise-t-elle cette information ? En quoi consiste l’expression de cette information ?
Les protéines : résultat de l’expression des gènes
Dans les cellules, les gènes gouvernent la synthèse de macromolécules : les protéines. Celles-ci sont des enchaînements linéaires plus ou moins longs de molécules organiques plus petites, les acides aminés, liés entre eux par des liaisons peptidiques. Une protéine est donc aussi appelée un « polypeptide ».
Première étape de l’expression d’un gène : la transcription
La transcription est la fabrication, dans le noyau des cellules eucaryotes, d’une molécule d’ARN pré-messager correspondant au gène.
L’ARN est un acide nucléique, composé, comme un brin d’ADN, par un enchaînement de nucléotides. Il présente cependant deux différences dans ses caractéristiques : le sucre qu’il contient est du ribose (et non du désoxyribose) et il ne contient pas de thymine mais une autre base azotée : l’uracile.
La transcription est réalisée par un complexe enzymatique comprenant une ARN-polymérase. Celui-là écarte les brins d’ADN constituant le gène et synthétise, à partir de ribonucléotides libres, un brin d’ARN dont la séquence en bases est complémentaire de l’un des deux brins de la molécule d’ADN (brin transcrit).
Maturation post-transcription de l’ARN pré-messager
Après la transcription, l’ARN pré-messager (transcrit primaire) subit des modifications qui le transforme en ARN messager.
L’une des modifications importante du point de vue « informatif » est le retrait par des systèmes enzymatiques particuliers de portions de la molécule appelées introns. Les portions d’ARN « raboutées » les unes aux autres et constituant l’ARN messager mature sont les exons. L’ensemble du mécanisme s’appelle « l’épissage des ARN ». Pour un ARN pré-messager donné, les introns excisés (retirés) peuvent être différents en fonction, en particulier, du type de cellule dans laquelle s’exprime le gène. Ce phénomène s’appelle « l’épissage alternatif des ARNm ».
Ainsi, à partir d’une séquence a priori unique, celle du gène, il peut se former, dans un organisme, plusieurs séquences différentes d’ARN messager.
Remarque : l’épissage des ARN a pour conséquence que seules certaines parties d’un gène sont finalement exprimées et que ces parties sont susceptibles de varier d’une cellule à l’autre.
Traduction de l’ARNm en polypeptide
Après maturation, l’ARNm sort du noyau. Dans le cytoplasme, il est « pris en charge » par des édifices moléculaires appelés ribosomes.
Les ribosomes en se déplaçant sur l’ARNm, procèdent à un décodage de la séquence en nucléotides de celui-ci et enchaînent des acides aminés selon une séquence codée par la séquence en nucléotides de l’ARNm : c’est la traduction de l’ARNm.
Le décodage commence sur l’ARNm au premier triplet AUG (codon initiateur) rencontré par e ribosome. Chaque triplet de nucléotides ou « codon » rencontré par la suite correspond à un acide aminé particulier. Cette correspondance s’appelle le code génétique. Trois codons particuliers ne codent pour aucun acide aminé. Ces codons, appelés codons STOP ont pour conséquence l’arrêt de la traduction de l’ARNm par le ribosome et la libération du polypeptide synthétisé.
Remarque : N’utilisez pas le terme « code génétique » pour désigner l’information génétique portée par l’ADN (ou l’ARN). Réservez ce terme pour désigner le système de correspondance codons/acide aminé ; c’est le tableau ci-après. .
- Les protéines, molécules responsables du phénotype
Les protéines sont des acteurs essentiels du fonctionnement des cellules et donc de l’organisme. Les enzymes par exemple, sont les protéines qui régulent toutes les réactions chimiques constituant le métabolisme cellulaire. D’autres protéines donnent aux cellules leur forme et leurs propriétés mécaniques.
Ainsi, toute caractéristique d’un organisme, c’est-à-dire son phénotype, trouve son origine directe ou indirecte dans le fonctionnement d’une ou plusieurs protéines.
Les protéines étant codées par les allèles des gènes, quelles sont alors les conséquences d’une modification de la séquence d’un allèle ; c’est-à-dire une mutation ?
Effet d’une mutation sur la protéine codée par un gène…
Conséquences aux autres échelles d’organisation d’un individu ?…
