Sommaire génétique
  

EXPRESSION DE L'INFORMATION GENETIQUE

  1. STRUCTURE DE L'INFORMATION GENETIQUE:

L'information génétique est définie par l'activité de la molécule d'ADN. L'ADN, support de l'information génétique, est formé par un arrangement caractéristique de l'espèce de quatre types de nucléotides qui se distinguent par leur bases azotées. Les nucléotides se reconnaissent deux à deux (A reconnaît T et réciproquement et C reconnaît G et réciproquement) ce qui fait que cette molécule est formée de deux chaînes complémentaires. Dans l'espace, cette molécule se présente en double hélice. Au cours de la multiplication de la molécule d'ADN, chaque chaîne ancienne construit une nouvelle chaîne qui lui est complémentaire et qui est identique à celle avec laquelle elle était associée. On parle, alors, d'une duplication semi-conservative de la molécule d'ADN.

  1. EXPRESSION DE L'INFORMATION GENETIQUE:

Chaque individu présente un ensemble de caractères qui correspondent à son phénotype. Ces caractères sont le produit de l'expression du matériel génétique puisqu'ils sont transmissibles à travers les générations. L'expression de ces caractères revient à la présence de protéines spécifiques (c'est -à- dire à un arrangement spécifique en acides aminés). Plusieurs expériences telles que l'utilisation d'acides aminés radioactifs ont montré que la synthèse des protéines se fait dans le cytoplasme alors que l'information génétique est localisée dans le noyau. Ces observations ont laissé comprendre que la synthèse protéique ne se fait pas directement à partir de la molécule d'ADN d'où la nécessité d'un intermédiaire capable de se déplacer entre le noyau et le cytoplasme pour transporter l'information génétique jusqu'à la machine de synthèse protéique. Cet intermédiaire est l'ARN messager. Dans nos cellules il y a trois types d'ARN à savoir:

  • ARN messager noté ARNm.
  • ARN de transfert noté ARNt qui fait reconnaître les acides aminés à l'ARNm pour synthétiser les protéines.
  • ARN ribosomique noté ARNr qui rentre dans la structure du ribosome qui forme la machine de synthèse protéique.

Ainsi, on comprend que l'expression de l'information génétique se fait en deux étapes: on appelle transcription la conversion du gène en ARNm et on appelle traduction la conversion de l'ARNm en protéine c'est à dire en une séquence d'acides aminés.

  1. LA TRANSCRIPTION:

La molécule d'ADN est formée de deux brins d'où elle est dite bi-caténaire alors que la molécule d'ARNm est mono-caténaire ce qui laisse comprendre que la synthèse de l'ARNm se fait à partir de l'un des deux brins de l'ADN qui sera appelé brin transcrit. Cette synthèse se fait selon la règle de complémentarité suivante:

ADN
ARNm
A
U
T
A
C
G
G
C

Puisque l'ARNm synthétisé correspond à un gène, la synthèse doit commencer à partir d'un point précis appelé signal d'initiation pour se terminer au niveau d'un autre point précis appelé signal de terminaison. L'enzyme qui contrôle cette synthèse est appelé ARN polymérase. Ce mécanisme de la transcription est universel. Cependant, et comme le gène procaryote n'a pas la même structure que le gène eucaryote, l'ARNm synthétisé va être relativement différent.

  1. Cas du gène procaryote:

L'observation du gène procaryote laisse constater que l'ARNm synthétisé est directement utilisé pour la synthèse protéique. Donc, chez les procaryotes, l'ARNm correspond nucléotide par nucléotide à la portion transcrite du gène.

  1. Cas des eucaryotes:

Dans ce cas le gène est formé de deux catégories de séquences nucléotidiques:

Les exons:qui correspondent aux séquences codentes et se trouvent sous forme complémentaire dans l'ARNm exporté vers le cytoplasme.

Les introns: qui correspondent à des séquences non codentes, insérées entre les éxons et qui n'ont pas de complémentaires dans l'ARNm utilisé pour la synthèse protéique.

Le gène procaryote est, ainsi, dit morcelé ou en mosaïque. Suite à cette structure, la transcription du gène eucaryote se fait en deux phases: d'abord le gène est transcrit en sa totalité (exons et introns) pour donner un premier ARN dit ARN préméssager . Puis, au niveau même du noyau, l'ARN préméssager subit une excision des parties correspondantes aux introns et un épissage des parties correspondantes aux exons pour donner, en fin, l'ARNm qui sera transféré vers le cytoplasme.

  1. LA TRADUCTION:

La traduction consiste à faire correspondre la séquence nucléotidique de l'ARNm à la séquence d'acides aminés de la protéine. La question qui s'impose est : comment peut-on faire correspondre les quatre nucléotides de l'information génétique aux vingt acides aminés des protéines?

  1. Le code génétique:


La réponse à cette question a permis de définir le code génétique. Ce code a été mis en place à la suite d'un raisonnement mathématique qui a été confirmé par l'expérimentation. En effet, si on fait correspondre à un nucléotide un acide aminé (41=4) on n'obtient pas un arrangement satisfaisant puisqu'une protéine ne renfermera au maximum que quatre acides aminés différents! Ce qui n'est pas le cas dans la nature. De même, un arrangement qui fait correspondre deux nucléotides à un acide aminé n'est également pas satisfaisant (42=16). Seul, l'arrangement qui fait correspondre trois nucléotides à un acide aminé répond à la question puisqu'il donne soixante quatre combinaisons possibles ce qui couvre largement les vingt acides aminés naturels. Le triplet qui définit un acide aminé est appelé un codon d'où le code génétique est formé de soixante quatre codons. Ce code possède quatre propriétés:

  • Le code génétique est dégénéré: c'est-à-dire que la plupart des acides aminés sont définis par plus d'un seul codon.
  • Le code génétique n'est pas chevauchant: c'est à dire qu'un nucléotide n'appartient qu'à un seul codon et la lecture se fait codon par codon.
  • Le code génétique est à quelques exceptions près universel.
  • Trois codons ne définissent aucun acide aminé et sont ainsi appelés codons stop ou codons non sens. Il s'agit des codons UAA, UAG et UGA.
  1. La machine de synthèse:

La machine de synthèse est formée d' acides aminés, de l'ARNm, de ribosomes (voir schéma) et de l'ARNt qui est formé d'une chaîne nucléotidique associée à des protéines et qui présente la forme d'une feuille de trèfle avec quatre pôles dont un qui forme un site de fixation de l'acide aminé et un autre qui est formé d'un triplet complémentaire au codon correspondant à l'acide aminé en question et qu'on appelle anti-codon.

  1. Mécanisme de la traduction:

La traduction de l'ARNm en protéine se fait en trois phases successives:

  1. La phase d'initiation:

L'ARNm, libre dans le cytoplasme, sera fixé par une petite sous-unité du ribosome tel qu'un codon initiateur (toujours le même) AUG sera exposé en premier plan ce qui va faire appel à une grande sous-unité du ribosome qui couvre l'ensemble. Cette sous-unité est formée de deux sites: site A et site P. Le site P se trouve déjà en face du codon initiateur ce qui fait appel à un ARNt initiateur puisqu'il porte l'anti-codon UAC et un acide aminé initiateur: la méthionine. La fixation de cet ensemble dans le site P déclenche la synthèse protéique.

  1. La phase d'élongation:

Le site A de la grande sous-unité étant libre devant le deuxième codon, ceci fait appel à un deuxième ARNt qui porte le deuxième acide aminé. L'installation de cet ARNt dans le site A stimule la formation de la liaison peptidique entre les deux acides aminés et la rupture de la liaison entre le premier ARNt et son acide aminé ce qui rend le site P libre d'où le glissement du ribosome d'un codon. Ainsi, le site A devient libre devant le troisième codon et le site P héberge le deuxième ARNt chargé des deux premiers acides aminés ce qui stimule l'arrivée d'un troisième ARNt qui porte le troisième acide aminé et ainsi de suite.

  1. La phase de terminaison:

En face d'un codon non-sens, et comme il n'existe aucun ARNt capable de reconnaître ce codon, la synthèse s'arrête par la libération de la chaîne peptidique et le détachement des deux sous-unités du ribosome. Si l'acide aminé initiateur ne fait pas partie de la protéine synthétisée, il sera également libéré.

  1. CONCLUSION:

Le phénomène de l'expression de l'information génétique est un phénomène rapide puisqu'on a constaté chez des bactéries l'association d'acides aminés pouvant atteindre 350 par minute. Il est également amplifié puisqu'un seul gène peut être transcrit plusieurs fois en même temps pour produire plusieurs ARNm correspondants, de même, un seul ARNm peut être lu par plusieurs ribosomes en même temps pour former ce qu'on appelle un polysome (chez l'Homme, un ARNm peut porter de 5 à 20 ribosomes successifs).