La transcription des gènes - Maxicours

La transcription des gènes

Objectifs
  • Comment se passe la transcription de l’ADN.
  • Quelles sont les différences entre ADN et ARN.
  • Qui sont les acteurs de la transcription, comprendre le rôle de l’ARN-polymérase.
  • Le rôle de l’ARN messager.
Points clés
  • Avant de synthétiser une protéine à partir de l’ADN, l’ARN sert d’intermédiaire.
  • L’ARN-polymérase est l’enzyme qui catalyse la synthèse de l’ARN messager.
  • La synthèse d’ARN se fait par complémentarité des nucléotides.
  • L’ARN ne possède pas de thymine (T) mais de l’uracile (U).
  • L’épissage alternatif de l’ARN pré-messager.
Pour bien comprendre
  • Matériel génétique, ADN, réplication
  • Rôle d’une polymérase
1. De l'ADN à l'ARN messager
a. Un brin d'ADN sert de matrice

L'ADN et l'ARN sont des acides nucléiques :

  • ADN = acide désoxyribonucléique ;
  • ARN = acide ribonucléique.

L'ADN contient l'information nécessaire à la synthèse des protéines. Pourtant la relation entre ADN et protéine n'est pas directe. Elle fait intervenir une molécule informative intermédiaire, l'ARN messager, ainsi que des « ateliers d'assemblage » des acides aminés.

Lorsqu'on place l'extrémité d'une racine d'ail dans le colorant vert de méthyl-pyronine pendant deux minutes, l'ADN est coloré en vert et l'ARN coloré en rose. Après un tel traitement, l'observation au microscope optique à fort grossissement montre que l'ADN se trouve dans le noyau exclusivement, tandis que l'ARN se trouve dans le noyau et dans le cytoplasme.

Chez les eucaryotes la transcription se déroule dans le noyau. Elle consiste en la copie d'une information codée contenue dans la molécule d'ADN en information codée contenue dans une molécule d'ARN messager. Cet ARN messager sera ensuite envoyé vers le cytoplasme pour être traduit en protéine.

b. Une opération catalysée par l'ARN-polymérase

La transcription commence par l'ouverture et le déroulement d'une portion de la molécule en double hélice d'ADN. Au fur et à mesure de sa progression le long de l'ADN, le complexe enzymatique que constitue l'ARN-polymérase incorpore des nucléotides présents dans le milieu cellulaire. Cette incorporation s'effectue par complémentarité des bases azotées avec l'un des brins de la molécule d'ADN : l'adénine (A) se place en face de la thymine (T) et l'uracile (U) se place en face de l'adénine (A), la cytosine(C) se place en face de la guanine (G).

Le brin d'ARN messager ainsi synthétisé est complémentaire du brin d'ADN transcrit. L'information contenue dans l'ARN messager est identique à celle du brin d'ADN non transcrit.

Le nucléotide uracile (U) occupe dans l'ARN la place du nucléotide thymine (T) de l'ADN.

L'ARN-polymérase se déplace toujours dans le même sens sur un brin et dans le sens opposé sur l'autre brin. Elle se détache sur un site présentant des caractéristiques particulières signalant la fin du gène. Ensuite, lorsque l'ARN-polymérase s'est détachée, les deux brins d'ADN s'associent de nouveau au fur et à mesure de l'avancé de l'enzyme, et se retrouvent comme ils étaient avant la synthèse d'ARN.


Schéma de la transcription : de l’ADN à l’ARN
Exemple : Séquence d’ADN de 15 nucléotides transcrit en ARN
Brin matrice : ATCATCGGCTATTAC
Brin codant ADN : TAGTAGCCGATAATG
Séquence ARN : UAGUAGCCGAUAAUG
c. Un processus d'amplification

De l'ARN est produit très rapidement et en grande quantité : plusieurs molécules d'ARN-polymérase effectuent simultanément la transcription du même gène. Plusieurs gènes peuvent être transcrits simultanément dans le noyau d'une même cellule.

2. Maturation de l'ARN messager

Les humains possèdent approximativement 22 000 gènes. Comment à partir de tous ces gènes est-il possible de synthétiser jusqu’à un millions de protéines différentes ?

Après avoir réalisé la transcription d’un gène, l’ARN pré-messager va subir des modifications à ses extrémités l’ajout d’une coiffe (capping) et d’une queue de 150 à 220 adénine (une polyadénylation) et enfin, un épissage alternatif.

Les gènes sont composés de discontinuités de séquences : 

  • codantes : les exons
  • non codantes : les introns.

Lors de l’épissage, les introns sont systématiquement éliminés avec ou non certains exons. C’est pour cela qu’un gène peut coder pour plusieurs isoformes de protéines (obtenir différentes formes de protéines à partir d’un gène).

Exemples : L’épissage alternatif du gène CGRP
Le gène CGRP donne deux isoformes protéiques : la calcitonine et la CGRP.
L’ARN pré-messager est composé de 5 introns et de 6 exons.

Épissage alternatif

 

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