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Relation entre ADN et protéines - Notion de gène
Relation entre ADN et protéines - Notion de gène
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Objectif
L'étude de plusieurs maladies (drépanocytose,
phénylcétonurie...) montre qu'une modification
de la séquence des nucléotides de la
molécule d'ADN s'accompagne d'une modification du
phénotype de l'individu avec, à chaque fois,
des particularités dans la séquence des acides
aminés des protéines synthétisées
(hémoglobine, phénylalanine
hydroxylase...).
Quelle correspondance peut-on établir entre ADN et
protéines ?
1. La localisation des acides nucléiques dans la
cellule
L'ADN et l'ARN sont des acides nucléiques :
- ADN = acide désoxyribonucléique ;
- ARN = acide ribonucléique.
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.
L'utilisation d'isotopes radioactifs permet d'affiner
cette localisation et montre que l'ARN est
fabriqué dans le noyau de la cellule, puis qu'il
migre dans le cytoplasme.
2. Localisation de la synthèse des
protéines
Des acides aminés radioactifs (par exemple de la
leucine tritiée) sont ajoutés au milieu de
culture de cellules eucaryotes. Un lot L est
constitué de cellules dont le noyau a
été détruit peu avant la mise en
culture (elles sont énucléées). Un
autre lot N est constitué de cellules ayant un noyau
normal.
Une technique d'autoradiographie permet de localiser la
leucine incorporée dans les protéines. Sur
les clichés obtenus à l'aide d'un microscope
à transmission, on observe des points sombres
correspondant aux molécules de leucine radioactive.
Dans les deux cas, la leucine a été
incorporée dans les protéines au sein du
cytoplasme.
Les mêmes résultats sont obtenus avec d'autres
acides aminés radioactifs.
La synthèse des protéines a lieu dans le
cytoplasme, sans mise en jeu directe du noyau et de ses
constituants.
3. Du gène à la protéine
a. L'ARN messager, un intermédiaire entre ADN
et protéine
ARN et ADN sont deux molécules constituées
d'un enchaînement de nucléotides, mais dans
l'ARN, le sucre des nucléotides est du ribose, et
non pas le désoxyribose de l'ADN et la base
azotée uracile (U) remplace la thymine (T).
De plus, l'ARN est une molécule formée
d'une seule chaîne de nucléotides, tandis
que l'ADN a deux chaînes complémentaires
disposées en double hélice.
L'ADN des chromosomes est localisé dans le
noyau, séparé du cytoplasme par
l'enveloppe nucléaire, alors que la
synthèse des protéines s'effectue dans le
cytoplasme. Pour cela, des copies du gène
s'effectuent dans le noyau, sous forme d'ARN
messager contenant la même information que le
gène. Cette information est
caractérisée par la même
séquence de nucléotides que celle de l'un
des deux brins d'ADN.
b. Deux étapes pour la synthèse des
protéines
La copie d'un gène s'effectue d'abord, grâce
à une enzyme nommée ARN-polymérase,
dans le noyau sous forme d'ARN messager : cette
première étape s'appelle la
transcription.
Les ARN produits quittent le noyau par les pores de
l'enveloppe nucléaire. Ils jouent le rôle de
messagers. Dans le cytoplasme, les acides aminés
sont assemblés, par de petits organites
nommés ribosomes, en chaînes
polypeptidiques, dans l'ordre imposé par le
message contenu dans l'ARN : cette seconde
étape s'appelle la traduction.
c. Transcription et traduction : une
efficacité différente d'un gène
à l'autre
Une cellule possède l'ensemble des gènes
présents dans la cellule œuf initiale.
Cependant, seul un petit nombre d'entre eux s'exprime
à un moment précis dans une cellule
différenciée (cellule de l'intestin, de la
moelle osseuse, du cerveau, du muscle...) : à
un instant donné dans une cellule prise au hasard
dans l'organisme, la plupart des gènes ne
s'expriment pas.
De plus, certaines protéines sont
fabriquées en petite ou en grande quantité
selon les besoins.
L'essentiel
Dans les cellules eucaryotes, l'ADN (acide
désoxyribonucléique) est
localisé à l'intérieur du
noyau. Il comporte une multitude de gènes qui
ne s'expriment pas tous simultanément dans les
cellules de l'organisme.
L'ARNm (acide ribonucléique messager), est
une copie d'une portion d'ADN,
synthétisé dans le
noyau ; il migre ensuite dans le
cytoplasme où il sert à organiser la
synthèse de protéines.
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