Fiche de révision : Synthèse des protéines et réplication

📋 Plan du Cours

1. Phénotype et protéines
2. ADN, ARN et propriétés
3. Code génétique
4. Gènes et acides aminés
5. Réplication de l’ADN
6. Réparation de l’ADN
7. Transcription et épissage alternatif
8. Traduction et synthèse protéique

📖 1. Phénotype et protéines

🔑 Notions clés & Définitions

• Protéine : Ensemble de chaînes polypeptidiques formées d’un nombre précis d’acides aminés liés dans un ordre précis, constituant la structure primaire.

★ À maîtriser

• Le phénotype d’un être vivant dépend des protéines produites, qui contribuent à son identité et le distinguent de ses semblables.

• La synthèse des protéines comprend deux grandes étapes : la transcription et la traduction.

Compléments

• Les protéines peuvent exercer des fonctions :
  • enzymatiques
  • de transport
  • de stockage
  • hormonales
  • structurales

📖 2. ADN, ARN et propriétés

🔑 Notions clés & Définitions

• ADN : Longue molécule qui contient l’information génétique de la cellule et de l’organisme.
• ARN : Polymère de nucléotides reliés par des liaisons esters, synthétisé à partir de l’ADN, dont le sucre est le ribose et qui est généralement simple brin.

★ À maîtriser

• L’ADN est constitué de deux chaînes polynucléotidiques antiparallèles et complémentaires, enroulées l’une autour de l’autre en double hélice.

📌 Chez les procaryotes, l’ADN se trouve dans le cytoplasme et comprend un chromosome circulaire continu ; chez les eucaryotes, il se trouve dans le noyau, réparti en plusieurs chromosomes linéaires fortement compactés et associés à des protéines.

📌 La dénaturation de l’ARN par la chaleur est progressive, tandis que celle de l’ADN survient à une température précise, appelée Tm, qui dépend de son contenu en G-C.

Compléments

• Un nucléotide d’ADN comprend trois éléments :

  • une base azotée
  • un sucre appelé désoxyribose
  • un groupement phosphate H3PO4

• Les procaryotes possèdent des plasmides, petits fragments d’ADN circulaires indépendants de l’ADN principal.

• L’ADN mitochondrial possède deux brins, dont l’un contient davantage de gènes, et il est circulaire et clos sur 16 569 paires de bases.

• L’ADN mitochondrial code :

  • des ARNr
  • des ARNt
  • des ARNm

• L’ARN ribosomique participe, avec les protéines ribosomiques, à la formation des ribosomes.

• L’ARN de transfert transporte les acides aminés du cytoplasme vers le ribosome.

• L’ARN messager, produit de la transcription, porte l’information génétique de l’ADN vers le lieu de synthèse des protéines.

• L’ARNsn est présent uniquement dans le noyau, est riche en uracile et participe à la régulation post-transcriptionnelle ainsi qu’à l’excision-épissage des introns.

• Les acides nucléiques sont stabilisés par des liaisons hydrogène et des interactions hydrophobes et aromatiques.

• Les acides nucléiques sont insolubles dans le phénol et solubles dans les solutions salines et alcalines, précipitent dans l’alcool et les solutions fortement acides, et sont très acides en solution aqueuse.

• Les acides nucléiques absorbent dans l’ultraviolet avec un maximum à 260 nm.

💡 Astuce mémo

ADN double brin et désoxyribose ; ARN simple brin et ribose

📖 3. Code génétique

🔑 Notions clés & Définitions

• Codon : Triplet de nucléotides de l’ARNm qui spécifie un acide aminé.

★ À maîtriser

• Les bases azotées de l’ADN sont :
  • l’adénine
  • la cytosine
  • la thymine
  • la guanine

• Dans l’appariement présenté par Crick et Watson, l’adénine s’associe à la thymine par deux liaisons hydrogène et la cytosine à la guanine par trois liaisons hydrogène.

• Le code génétique est universel et chaque acide aminé dispose d’un ou de plusieurs codons.

• Le code génétique est redondant : 64 codons codent pour 20 acides aminés, et cette redondance porte souvent sur le troisième nucléotide du codon.

• Le codon d’initiation est AUG et les codons de terminaison sont UAA, UAG et UGA.

Compléments

• Le code génétique est non chevauchant : les nucléotides d’un codon ne participent qu’au codage d’un seul acide aminé, puis le codon suivant code l’acide aminé suivant.

📖 4. Gènes et acides aminés

🔑 Notions clés & Définitions

• Acide aminé : Élément de base des protéines ; il en existe 20 et il est généralement formé d’un carbone lié à un groupement amine NH2, à un groupement COOH et à un radical variable.
• Gène : Région de l’ADN dont la succession de nucléotides A, G, C et T détermine une unité génétique.
• Anticodon : Séquence de trois nucléotides de l’ARNt complémentaire d’un codon spécifique de l’ARNm.

★ À maîtriser

📌 Chez les eucaryotes, les gènes sont discontinus et comprennent des exons codants et des introns non codants, tandis que chez les procaryotes, ils sont continus et constitués de régions codantes.

Compléments

• Dans une protéine, le groupement COOH d’un acide aminé est lié au groupement NH2 de l’acide aminé suivant par une liaison peptidique, aussi appelée liaison amide.

📖 5. Réplication de l’ADN

🔑 Notions clés & Définitions

• Réplication de l’ADN : Mécanisme par lequel une nouvelle molécule d’ADN est synthétisée à partir de l’ADN parental servant de matrice.

★ À maîtriser

• La réplication est semi-conservatrice : chaque molécule d’ADN fille contient un brin parental et un brin nouvellement synthétisé.

• Chaque brin parental est lu dans le sens 3′→5′ et sert de matrice à la synthèse d’un brin complémentaire et antiparallèle dans le sens 5′→3′.

📌 L’ADN polymérase III synthétise le brin direct de façon continue dans le sens 5′→3′, tandis qu’elle synthétise le brin indirect de façon discontinue en fragments d’Okazaki, également dans le sens 5′→3′.

• L’ADN polymérase III ajoute les nucléotides à l’extrémité 3′OH libre et nécessite une amorce d’ARN de 10 à 12 nucléotides produite par la primase.

Compléments

• La réplication de l’ADN a lieu pendant la phase S du cycle cellulaire.

• La réplication est bicaténaire et bidirectionnelle : les deux brins sont répliqués simultanément et la progression se fait dans les deux sens.

• 🔄 La réplication comprend quatre étapes :

  1. l’activation
  2. l’élongation
  3. la terminaison
  4. la vérification

• 🔄 L’initiation de la réplication se déroule ainsi :

  1. La gyrase détord l’ADN.
  2. L’hélicase rompt les liaisons hydrogène aux origines de réplication et sépare les deux brins.
  3. Les protéines SSB stabilisent les brins séparés.

• Sur le brin retardé, la primase produit plusieurs amorces d’ARN, l’ADN polymérase III allonge les fragments d’Okazaki, la RNase H élimine les jonctions ARN-ADN, l’ADN polymérase III comble les lacunes et l’ADN ligase relie les nucléotides.

• 🔄 La terminaison de la réplication se déroule ainsi :

  1. La réplication s’arrête lorsque deux fourches se rencontrent ou qu’une fourche rencontre un signal de terminaison.
  2. Les sites terA, terB, terC et terD freinent les fourches de réplication.
  3. Les topoisomérases II séparent les deux molécules filles.

💡 Astuce mémo

Activation, élongation, terminaison, vérification

📖 6. Réparation de l’ADN

★ À maîtriser

• Dans une molécule d’ADN complète, la fréquence des erreurs est d’environ 1 pour 1 milliard, contre 1 pour 10 000 lors de la réplication.

• Chez les bactéries, l’ADN polymérase vérifie les nucléotides pendant la copie et, si l’un est incorrect, l’élimine puis le remplace avant de poursuivre la synthèse.

• 🔄 La réparation d’un dimère de thymines se déroule ainsi :

  1. Les UV provoquent la photodimérisation de deux thymines contiguës sur un même brin.
  2. La réplication s’arrête au niveau du dimère.
  3. Une endonucléase coupe une dizaine de nucléotides autour du dimère.
  4. Une ADN polymérase resynthétise la région excisée.
  5. Une ligase referme les dernières liaisons phosphodiester.

Compléments

• Le système de réparation bactérien comprend : une endonucléase, une exonucléase bidirectionnelle agissant dans les sens 3’→5’ et 5’→3’, une ligase, l’ADN polymérase III

📌 Pour réparer un dimère de thymines par excision de nucléotides, les bactéries utilisent l’ADN polymérase I pour la resynthèse, tandis que les eucaryotes utilisent notamment les ADN polymérases δ et ε.

• 🔄 La réparation d’une mutation C/U comprend :

  1. L’uracile-glycosylase retire l’uracile en coupant sa liaison β-osidique avec le désoxyribose.
  2. L’ADN polymérase I ou β comble la lacune.
  3. Une ligase intervient.

• Chez les eucaryotes, plusieurs protéines autres que la polymérase participent à la correction des erreurs de l’ADN, continuellement exposé à des dommages physicochimiques.

💡 Astuce mémo

Une erreur ou une lésion de l’ADN déclenche une correction enzymatique.

📖 7. Transcription et épissage alternatif

🔑 Notions clés & Définitions

• Transcription : Première étape de la synthèse d’une protéine, correspondant à la copie d’un gène d’ADN en une molécule d’ARN.

• Épissage alternatif : Processus post-transcriptionnel réglé qui inclut sélectivement des exons ou des portions d’exons afin de produire plusieurs variants d’ARNm à partir d’un même gène.

★ À maîtriser

📌 Lors de la transcription, le brin transcrit sert de matrice à la synthèse de l’ARNm, tandis que le brin non transcrit, ou brin codant, présente une séquence correspondant à celle de l’ARNm avec T remplacé par U.

• Pendant l’élongation, l’ARN polymérase lit le brin matrice dans le sens 3’→5’ et ajoute les nucléotides à l’extrémité 3’ de l’ARN en formation, qui est synthétisé dans le sens 5’→3’.

• Les ARN polymérases eucaryotes ont les rôles suivants :

  • L’ARN polymérase I transcrit les ARNr dans le nucléole.
  • L’ARN polymérase II synthétise l’ARN prémessager et certains petits ARN dans le nucléoplasme.
  • L’ARN polymérase III transcrit les ARNt, l’ARNr 5S et d’autres petits ARN dans le nucléoplasme.

Compléments

• L’ARN polymérase II synthétise un brin complémentaire et antiparallèle au brin matrice en liant l’extrémité 5’-phosphate d’un ribonucléoside triphosphate à l’extrémité 3’OH de l’ARN en formation, grâce à l’énergie de l’hydrolyse de la liaison entre les phosphates α et β.

• À la fin de l’élongation de la transcription eucaryote, l’ARN polymérase rencontre un signal de terminaison également appelé site de polyadénylation.

• Chez les humains, presque chaque gène subit un épissage alternatif, qui peut produire des isoformes protéiques aux activités biologiques différentes, voire opposées.

💡 Astuce mémo

Le brin transcrit sert de matrice ; le brin codant ressemble à l’ARNm, avec U à la place de T.

📖 8. Traduction et synthèse protéique

🔑 Notions clés & Définitions

• Traduction : Deuxième étape de la synthèse d’une protéine, qui se déroule dans le cytoplasme au niveau des ribosomes et transforme l’information décodée de l’ARNm en protéine.

• ARN de transfert : Petite molécule en forme de trèfle qui porte un anticodon et transporte un acide aminé fixé à son extrémité 3’OH.

★ À maîtriser

• Les ARNr contribuent à la structure du ribosome et au positionnement de l’ARNt sur l’ARNm ; les ARNr 28S eucaryote et 23S procaryote portent l’activité peptidyl-transférase qui catalyse la liaison peptidique.

• Les aminoacyl-ARNt synthétases activent les acides aminés en hydrolysant un ATP en AMP, reconnaissent spécifiquement un acide aminé et son ARNt correspondant, puis transfèrent l’acide aminé activé sur l’ARNt ; le pyrophosphate formé est détruit par une pyrophosphatase.

• Lors de l’initiation de la traduction, le codon AUG détermine le cadre de lecture et est reconnu par l’ARNt initiateur, qui apporte le premier acide aminé à l’extrémité NH₂ de la chaîne.

• Pendant l’élongation, eEF1B échange le GDP contre du GTP sur eEF1A, qui amène un ARNt chargé au site A ; après l’appariement codon-anticodon et la libération d’eEF1A, le peptide est transféré de l’ARNt du site P à l’acide aminé du site A, puis eEF2 et l’hydrolyse d’un GTP permettent la translocation vers le site P.

Compléments

• Les acteurs de la traduction sont :

  • l’ARNm
  • les ARNt
  • les ribosomes
  • les acides aminés
  • les aminoacyl-ARNt synthétases
  • le Mg²⁺
  • le GTP
  • l’ATP

• Plusieurs ARNt capables de transporter le même acide aminé sont appelés ARNt iso-accepteurs.

• Il existe au moins une aminoacyl-ARNt synthétase pour chacun des 20 acides aminés.

• La terminaison de la traduction est déclenchée par les codons stop UAA, UAG et UGA.

📌 RF1 reconnaît UAA et UAG, RF2 reconnaît UAA et UGA, et RF3 stimule l’activité de RF1 et RF2.

• À la terminaison, la peptidyl-transférase hydrolyse la liaison ester entre l’ARNt et le dernier acide aminé de la chaîne, le ribosome se dissocie en deux sous-unités et l’hydrolyse d’un GTP intervient.

💡 Astuce mémo

Initiation, élongation, terminaison : le ribosome démarre, allonge, puis libère le peptide.