Le Code Génétique

1952 : Dounce

Premier concept vrai

• Le problème (1952-1960)

4 nucléotides 20 AA ?

• Les acides aminés viennent-ils

s'assembler sur l'ADN ?

• Le cytoplasme contient de l'ARN

• Les acides aminés s'assemblent-

ils sur l'ARN(m) ?

Non car les AA hydrophobes ne

peuvent interagir avec les

nucléotides

• Donc il existe un intermédiaire

ARN et AA

Théorie adaptateur F. Crick

ARN de transfert

• ARN ribosomal = ARN messager ?

Polycopié page 4 et 5

Correspondance entre AN et

AA : les ≠ hypothèses

4 nucléotides

20 AA

1 NUCL ≠ (41 = 4)

2 NUCL ≠ (42 = 16)

3 NUCL (43 = 64)

GAMOW

ATG CTG ACT AGC

AAA CCC GGG TTT

AAT AAG AAC

CCT CCG CCA

GGT GGC GGA

TTG TTC TTA

20 possibilités pour combiner

4 nucléotides pris 3 par 3 dans

lesquelles l'ordre n'intervient pas

pas de codon stop

pas de codon d'initiation

Pour la solution proposée, ATG par exemple,

code un acide aminé quelque soit l'ordre des 3

nucléotides (ATG, TAG, AGT, GAT, GTA, TGA

codent le même acide aminé ou bien les

permutations ne sont pas codantes)

Cette idée de correspondance entre les 20

possibilités et les 20 acides aminés différents

retint l'attention des scientifiques pendant

quelque temps.

Toutefois cette solution n'était étayée par

aucune expérience permettant d'attribuer tel

codon à tel acide aminé, et surtout on n'avait

pas, dans ce modèle, de codons pour la fin et

le début du message.

Le code est-il chevauchant ?

ATG GCC CCC

3 AA

CCC

GGC

TGGATG

4 AA

On a pensé que la 2ème solution était la bonne

Liaisons entre AA plus facile car plus proches

1 AA ne peut être suivi que par

un autre choisi parmi 4 au

maximum Faux

Si GCA ALA

CAA GLN

ou CAG GLN

ou CAC ASP

ou CAU HIS

Preuve d'un code à 3 nucléotidesCrick

Sauvage ACT ACT ACT ACT ACT ACT ACT ACT

Mutant (-) ACT ACA CTA CTA CTA CTA CTA CT

Mutant (--) ACT ACA CAC TAC TAC TAC TAC

3 Délétions

Mutant(---)

sauvage

ACT ACA CAC ACT ACT ACT ACT

Partie mutée Partie normale restaurée

: perte d'un AA pour 3 nucléotides délétés

La fonction de la protéine était restituée

Protéine non fonctionnelle

Protéine non fonctionnelle

Expérience de Nirenberg

• Ochoa et M. Grunberg-Manago

nNDP (NMP)n + Pi

Polynucléotide phosphorylaseNDP = 5' Nucléotide Di

• Nirenberg

n(UDP) (UMP)n + n pp

U U U U U U U U U = Poly U

P

P

U U U U U U U U U

+ extrait cellulaire chauffé

Destruction des mARN

endogènes par Rnases

+ 20 expériences avec

1 nouvel AA radioactif dans chaque cas

Incubation 37°C quelques minutes

TCA

Filtre

Précipité sur le filtre

Radioactivité sur le filtre pour PHE

Donc U U U = PHE

P. Leder et Nirenberg

ARNt + AA radioactif

Anticodon

On remplace le mRNA par un trinucléotide codon artificiel

+ ribosomes

Si liaison sur le filtre

Khorana

(U U A C)n UUA CUU ACU UAC...

UUA CUU ACU UAC

LEU LEU THR TYR

Le code est dégénéré

Codon d'initiation

AUG Eucaryotes

Chez E. Coli AUG GUG (aussi valine)

Codons terminaison

UAG

UAA

UGA

pas de tRNA spécifique

+ de tRNA que d'acides aminés

Mais 45 tRNA

Pour 61 combinaisons 20 AA

Conclusion : Chaque acide aminé peut

être chargé par plusieurs tRNA

tRNA (cystéine)

+

cystéine

cys – t RNA

GCG

UGU

Anticodon

ARNm

Expérience de Chapeville

cyst

cyst

G GC

ALA

G G

CALA

Ala – tRNA cys

G GC

réduction

U G U

ALA

RNAt

5' 3'

G C U mRNA

C G I

G C C

C G I

ALA

Un tRNA chargé se comporte selon la nature de son codon

Théorie du Wobble 1966 Crick

• Il n'existe pas 61 tRNA

• Mise en évidence inosine

• Flexibilité sur la 3ème lettre du codon

permet de se lier à plusieurs anticodons

3ème lettrecodon

(3')

Anticodon

Correspondant

5'

A

G

U

G C

U A

U

C G

U

C

A

I

Tous les codons ne sont pas utilisés à la

même fréquence pour un même AA

Protéines ribosomales

ILE

0 AUA

51 AUC

taux d'utilisation des codons

13 AUU

Aucune explication de nature stéréochimique / physico-chimique n'est à l'heure actuelle satisfaisante pour rendre compte de la reconnaissance d'un acide aminé par l'anticodon (codon) correspondant

Interactions AA - a.nucléiques sont indiscutables

Cl. Hélène : AA peut se fixer sur un acide nucléique sans autre molécule pour l'y aider

critique de la conception "clef-serrure"

Théorie du choix arbitraire L. Orgel

ARN : Pu Py Pu Py Pu Py...

Ce type d'ADN est mieux répliqué que :

Pu Pu Pu Pu Py Py Py

code actuel

(Pu Py Pu)n AA hydrophobes

(Py Pu Py) n AA hydrophiles

feuillet plissé

"vieilles protéines"

Les théories de l'origine du code génétique

• Théorie (s) stéréochimique(s)

Affinité entre codon – AA

anticodon - AA

GAA GLU ?

Bouche anticodon AA ?

On ne connaît pas la structure des tRNA primitifs

Utilisation du code

Si un mRNA est

UUC CGG UGG CCG GCU CUU

5'

3'

Le code peut être utilisé avec le code ARN

Si on a le code sous forme d'ADN il suffit

de remplacer U par T

Démonstration :

Faire le brin 3' vers 5'

Puis le brin 5' vers 3'

mRNA (U est remplacé par T)

5' TTC CGG TGG CCG GCT CTT 3'3' AAG GCC ACC GGC CGA GAA 5‘

5' UUC CGG UGG CCG GCU CUU 3'

UUC = TTC PHE