chmi 2227 - e.r. gauthier, ph.d. 1 chmi 2227f biochimie i expression des gènes

CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D. 1

CHMI 2227FBiochimie I

Expression des gènes


Nature des gènes Les gènes sont des régions bien délimitées

de la molécule d’ADN

Les gènes sont des entités permanentes de ton ADN;

Chacune des 100 trillion de cellules de ton corps ([i.e. 10-15 cellules]) possède une copie de la même molécule d’ADN, et donc du même ensemble de gènes.

Les gènes ont pour fonction de “coder” quelque chose: L’ordre des nucléotides dans un gène (i.e. la

séquence en nucléotide du gène) signifie quelque chose qui est propre à ce gène;

Par exemple: l’ordre des nucléotides dans le gène de la myoglobine a toutes les informations requises pour que la cellule puisse produire la protéine myoglobine.


EspèceTaille du génome

Nombre de gènes

Humains

2.9 milliard de paires de bases

20,000-25,000

Drosophile(Drosophila melanogaster)

120 million de paires de bases

13,601

Levure(Saccharomyces cerevisiae)

12 million de paires de bases 6, 275

Nématode (Caenorhabditis elegans)


19,000

E. coli

4.1 million de paires de bases

4,800

Arabidopsis (Arabidopsis thaliana)


25,000


Nature des gènes Mais: les chimpanzés,

les humains et même certains vers ont le MÊME NOMBRE DE GÈNES…

Aussi: la majorité de ces gènes sont présents chez ces trois espèces…

C’est quoi la %$#@ de patente?


Nature des gènes Les gènes peuvent être

allumés ou éteints (i.e. régulés): De façon temporelle: p.ex.

pendant le développement;

De façon spatiale: p.ex. allumé dans le cerveau/ éteint dans le foie.

La régulation des gènes dans le temps et l’espace est plus importante que le nombre de gènes.

Différents gènes homéotiques (Hox) (couleurs) sont allumés (exprimés) à un moment précise lors du développement et mènent à la formation de structures corporelles particulières.


Qu’est-ce qui se passe lors que l’expression des gènes est déréglée?

Les gènes homéotiques sont responsables de la formation de parties du corps de tous les animaux:

Antp (antennapedia) spécifie la formation des pattes, des ailes et du thorax (mouche) / thorax (humains)

Dfd (deformed) spécifie la formation de la tête (mouche)/cou (humains)

Si le gène Antp est exprimé dans les mêmes cellules que le gène Dfd, des pattes vont se développer sur la tête de la mouche. C’est ce qui se passe chez les mouches ayant la mutation Antennapedia.

MutationAntennapedia

Mouchenormale


Le dogme central de la biologie moléculaire


Transcription: l’art d’allumer un gène Chaque gène est précédé d’un bout d’ADN appelé promoteur;

Dans chaque promoteur, on retrouve des séquences en nucléotides qui permettent le recrutement d’un groupe particulier de protéines appelées facteurs de transcription;

Ces facteurs de transcription ont pour fonction de recruter l’ARN polymérase, une enzyme sont le rôle est de catalyser la synthèse d’une molécule d’ARN qui sera complémentaire et antiparallèle à un des deux brins d’ADN du gène (i.e. le brin gabarit).

Promoter

Transcriptionfactors


Promoteurs Deux séquences principales sont retrouvées dans les promoteurs

bactériens: La boîte TATA (aka boîte Pribnow):

Centrée à 10 bp en 5’ du site d’initiation de la transcription (ce dernier est identifié par le chiffre +1 dans l’exemple ci-dessous);

Lie directement l’ARN polymérase Permet à l’ARN pol d’identifier le site d’initiation de la transcription

Boîte -35: Centrée à 35 bp en 5’ du site d’initiation de la transcription Lie directement l’ARN polymérase Aide à stabiliser la liaison de l’ARN pol au promoteur


Promoteurs Des variations dans la séquence en

nucléotide du promoteur sont responsables des changements dans l’allumage de l’expression des gènes;


Transcription


Transcription

(5’ 3’)ARN messager

(ARNm) est antiparallèle au brin gabarit

Complémentarité


Les ARNm des eucaryotes subissent plusieurs étapes de maturation


Les ARNm des eucaryotes subissent plusieurs étapes de maturation

Introns: parties du gène qui est transcrite mais qui ne se retrouve pas dans l’ARNm.Exons: partie du gène qui se retrouve dans l’ARNm après transcription.

Chez les bactéries, l’ARNm est prêt à être décodé en protéine (i.e. à être traduit) dès que sa synthèse est terminée;

Chez les eucaryotes, l’ARNm doit être modifié de plusieurs façon avant de pouvoir être traduit en protéine: Élimination des introns épissage

Addition d’un nucléotide GTP au bout 5’ de l’ARNm capping

Addition de 50-200 nucléotides adénosine au bout 3’de l’ARNm polyadénylation

L’ARNm doit enfin être exporté hors du noyau et vers le cytoplasme pour y être traduit.


Les ARNm sont traduits en protéines Pendant la traduction, la séquence en

nucléotide de l’ARNm est lue et décodée en séquence en acides aminés.


Traduction

Pour traduire un ARNm en protéine, il nous faut les ingrédients suivants:

Un gabarit d’ARNm Des acides aminés Un ARN de transfert (ARNt):

Adaptateur entre l’ARNm et les acides aminés Se charge décrypter le code en nucléotide de l’ARNm en

une séquence en acides aminés. Ribosomes:

organelles qui dirigent le processus de la traduction.


ARN de transfert (ARNt)

Petites molécules d’ARN (entre 73 et 95 nucléotides de longueur);

Possèdent deux caractéristiques majeures: Un bras accepteur : là où un acide aminé

spécifique est couplé directement à l’ARNt;

Le bras anticodon: Possède une séquence de 3 nucléotides

particulière: l’anticodon L’anticodon forme des paires de bases

complémentaires et antiparallèles avec une séquence de 3 nucléotides de l’ARNm: le codon;

Le code génétique est la relation entre la séquence d’un codon et un acide aminé spécifique.


Le code génétique Chaque ARNt est lié à un seul acide aminé qui lui

est spécifique;

La nature de cet acide aminé dépend de la séquence de l’anticodon;

Comme l’anticodon de l’ARNt forme des paires de bases avec le codon de l’ARNm, il existe une correspondance entre la séquence du codon de l’ARNm et l’acide aminé couplé à l’ARNt: cette relation est ce qu’on appelle le CODE GÉNÉTIQUE.

Ainsi, dans l’exemple de droite, le codon 5’UGU3’ code pour l’acide aminé Cys.

Le code génétique est universel (ben…à peu près universel): la signification de chaque codon est la même (ben…à peu près) peut importe l’organisme étudié.

5’ 3’

3’ 5’AU

mRNA


Le code génétique


Traduction La traduction est le phénomène où le code de l’ARNm (i.e. la

séquence des codons) est décodée en une séquence en acides aminés;

La traduction implique trois étapes principales: Initiation: reconnaissance du point de départ de la traduction par le

ribosome et un ARNt spécial;

Élongation: Liaison successive d’ARNt sur le ribosome; formation d’un lien peptidique entre un acide aminé et la chaîne

polypeptidique en croissance; Translocation du ribosome pour lire le codon suivant;

Terminaison: Une parmi trois codons « stop » possibles atteint le ribosome Le ribosome se dissocie, libérant l’ARNm et le polypeptide complété;


Traduction - Initiation

Le codon d’initiation de la traduction est TOUJOURS AUG Méthionine

fMET = N-formyl méthionine

http://biology.unm.edu/ccouncil/Biology_124/Images/RNAtranslation.jpeg


Traduction - Élongation

Liaison peptidique: synthétisée par la « peptidyl transférase », une enzyme qui fait partie de la grosse sous-unité du ribosome

Translocation

http://biology.unm.edu/ccouncil/Biology_124/Images/RNAtranslation.jpeg


Traduction - Terminaison

Trois codons « Stop » existent: UGA; UAA, UAGhttp://biology.unm.edu/ccouncil/Biology_124/Images/RNAtranslation.jpeg


Repliement protéique

Changement du comportement de la cellule

Modification de l’organisme

Adaptation

Signal de l’environnement cellulaire (hormones, température, etc)

http://www.contexo.info/DNA_Basics/images/gene_expression.gif

Fonction protéique

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