Fiche de révision : Expression génétique et synthèse protéique

📋 Plan du Cours

1. Expression génétique et organisation des gènes
2. Transcription de l’ADN en ARN
3. Maturation des ARNm eucaryotes
4. Code génétique et traduction
5. Maturation et adressage des protéines

📖 1. Expression génétique et organisation des gènes

🔑 Notions clés & Définitions

• Expression génétique : Ensemble des phénomènes qui permettent à un gène d’être exprimé en ARN par transcription puis, s’il code une protéine, en protéine par traduction.

• Unité de transcription : Portion d’ADN à l’origine d’un ARN, comportant une région codante, ou cistron, et des séquences régulatrices.

★ À maîtriser

• La séquence nucléotidique de l’ADN détermine celle de l’ARN messager, qui détermine la séquence peptidique de la protéine grâce au code génétique.

• Chez les eucaryotes, la transcription a lieu dans le noyau et la traduction dans le cytoplasme, tandis que chez les procaryotes les deux processus sont simultanés dans le cytoplasme.

• Chez les procaryotes, l’information codante est continue et un gène polycistronique, ou opéron, peut coder plusieurs protéines, contrairement à un gène monocistronique qui en code une.

• Les gènes eucaryotes sont monocistroniques et morcelés en exons codants interrompus par des introns non codants, et possèdent des séquences régulatrices supplémentaires en amont, voire en aval, des portions codantes.

Compléments

• Seuls les ARNm codent des protéines, tandis que certains ARN non codants participent à l’expression génétique et à sa régulation.

• Le promoteur est une séquence non transcrite et non traduite qui sert de site de reconnaissance et de liaison à l’ARN polymérase.

• La séquence de tête, ou 5’-UTR, est transcrite mais non traduite et contient la séquence Shine-Dalgarno chez les bactéries ; chez les eucaryotes, la séquence Kozak entoure le codon d’initiation AUG et chevauche donc la limite entre la 5’-UTR et la région codante. Ces séquences sont impliquées dans l’initiation de la traduction et la régulation de l’expression génique.

• La séquence de queue, ou 3’-UTR, est transcrite mais non traduite et prépare la terminaison de la transcription, tandis que le terminateur indique à l’ARN polymérase d’arrêter la transcription.

💡 Astuce mémo

Eucaryotes : noyau puis cytoplasme ; procaryotes : processus simultanés dans le cytoplasme

📖 2. Transcription de l’ADN en ARN

★ À maîtriser

• 🔄 La transcription comporte trois étapes :

  1. Initiation
  2. Élongation
  3. Terminaison

• L’ARN produit est un simple brin complémentaire du brin matrice d’ADN et possède donc la même séquence que le brin codant, à la substitution de l’uracile à la thymine près.

• L’ARN est synthétisé dans le sens 5’ vers 3’ à partir de ribonucléotides triphosphates.

📌 Après transcription, l’ARNm procaryote est prêt à être traduit, tandis que le transcrit eucaryote est un pré-ARNm qui doit subir une maturation.

Compléments

• Lors de la transcription, les règles de Chargaff s’appliquent, mais l’uracile remplace la thymine.

📌 Chez les procaryotes, le facteur sigma reconnaît le promoteur, tandis que chez les eucaryotes cette reconnaissance implique la TBP, ou TATA-box binding protein.

💡 Astuce mémo

Initiation → élongation → terminaison

📖 3. Maturation des ARNm eucaryotes

★ À maîtriser

• La coiffe en 5’ est constituée d’une méthylguanosine ajoutée au pré-ARNm et le protège des exonucléases par un mécanisme co-transcriptionnel.

• La queue poly-A est ajoutée en 3’ lors de la terminaison de la transcription, protège l’ARNm des exonucléases et participe au contrôle de l’expression génique.

• L’épissage du pré-ARNm, assuré par le spliceosome, complexe ribonucléoprotéique contenant des ARNsn, consiste à exciser les introns et à assembler les exons.

📌 L’épissage constitutif élimine l’ensemble des introns dans l’ordre de la séquence du transcrit primaire, tandis que l’épissage alternatif permet une sélection variable des exons ou de leurs portions, tout en conservant leur ordre dans le transcrit primaire.

Compléments

• L’épissage alternatif permet de produire différents ARNm à partir d’un même transcrit primaire.

📖 4. Code génétique et traduction

🔑 Notions clés & Définitions

• Codon : Ensemble de trois nucléotides successifs de l’ARNm qui participe au codage de l’information nécessaire à la synthèse protéique.

• Code génétique : Système de correspondance entre les codons de l’ARNm et les acides aminés incorporés lors de la synthèse protéique.

★ À maîtriser

• Chez les procaryotes, les transcrits primaires sont directement traduits par les ribosomes en chaînes polypeptidiques pendant leur synthèse, ce qui rend la traduction co-transcriptionnelle.

• Parmi les 64 codons, 61 codent un acide aminé et 3 sont des codons stop qui signalent la fin de la chaîne protéique.

• Le codon AUG code la méthionine et sert de codon initiateur de la traduction.

Compléments

• Chez les eucaryotes, l’ARNm mature est exporté vers le cytosol par les pores nucléaires, où il est traduit en protéine(s).

• Le code génétique est universel chez les êtres vivants, à l’exception des mitochondries et des chloroplastes.

• Les acteurs de la traduction sont les ARNm reconnus par le ribosome grâce à la séquence Shine-Dalgarno ou Kozak incluant le codon initiateur, les acides aminés activés liés à un ARNt, ou amino-acyl-ARNt, et les ribosomes constitués de deux sous-unités contenant de l’ARNr et des protéines.

• 🔄 La traduction comporte trois étapes :
  1. Initiation
  2. Élongation
  3. Terminaison

💡 Astuce mémo

61 codons codent un acide aminé ; 3 codons stop interrompent la chaîne

📖 5. Maturation et adressage des protéines

🔑 Notions clés & Définitions

• Maturation protéique : Ensemble des changements conformationnels et des modifications d’acides aminés qui permettent à une protéine d’acquérir sa fonctionnalité.

★ À maîtriser

• Chez les eucaryotes, la maturation protéique se superpose à l’adressage des protéines vers les divers compartiments cellulaires.

Compléments

• Les protéines chaperonnes permettent le reploiement de la chaîne polypeptidique et l’acquisition de sa conformation native.

• La maturation protéique peut établir des liaisons faibles ou covalentes, notamment des ponts disulfures.

• Les modifications covalentes post-traductionnelles comprennent :

  • les clivages
  • les glycosylations
  • les méthylations
  • les sulfatations
  • les acétylations
  • les phosphorylations

• Les protéines de structure quaternaire acquièrent leur organisation par association de leurs sous-unités.