ADN et expression génétique
Structure de l'ADN, réplication, transcription et traduction : de l'information génétique aux protéines.
L'ADN : support de l'information génétique
ADN
L'Acide DésoxyriboNucléique (ADN) est une molécule présente dans toutes les cellules vivantes. Elle contient l'information génétique nécessaire au développement et au fonctionnement des organismes.
Localisation de l'ADN
| Organisme | Localisation |
|---|---|
| Eucaryotes | Noyau (chromosomes) + mitochondries |
| Procaryotes | Cytoplasme (chromosome circulaire) |
Structure de l'ADN
La double hélice
L'ADN est formé de deux brins enroulés en double hélice (modèle de Watson et Crick, 1953).
Les nucléotides
Nucléotide
Unité de base de l'ADN, composée de :
- Un sucre (désoxyribose)
- Un groupement phosphate
- Une base azotée
Les quatre bases azotées
| Base | Abréviation | Type |
|---|---|---|
| Adénine | A | Purine |
| Thymine | T | Pyrimidine |
| Guanine | G | Purine |
| Cytosine | C | Pyrimidine |
La complémentarité des bases
Règles d'appariement (Chargaff) :
- A s'apparie toujours avec T (2 liaisons hydrogène)
- G s'apparie toujours avec C (3 liaisons hydrogène)
EXEMPLE
Si un brin d'ADN a la séquence : 5'-ATGCCTA-3' Le brin complémentaire sera : 3'-TACGGAT-5'
Le gène
Gène
Portion d'ADN qui contient l'information nécessaire à la synthèse d'une protéine (ou d'un ARN fonctionnel).
L'ensemble des gènes d'un organisme constitue son génome.
- Génome humain : environ 20 000 gènes
- Seulement 2% de l'ADN code pour des protéines
La réplication de l'ADN
Réplication
Processus par lequel l'ADN se copie à l'identique avant la division cellulaire.
Mécanisme
- Ouverture de la double hélice (hélicase)
- Séparation des deux brins
- Synthèse de nouveaux brins complémentaires (ADN polymérase)
- Obtention de deux molécules d'ADN identiques
La réplication est semi-conservative : chaque nouvelle molécule d'ADN contient un brin ancien et un brin nouveau.
Fidélité de la réplication
- Très fidèle grâce aux mécanismes de correction
- Taux d'erreur : environ 1 pour 10⁹ nucléotides
- Les erreurs non corrigées = mutations
De l'ADN aux protéines
Expression génétique
Ensemble des processus qui permettent de passer de l'information contenue dans l'ADN à la synthèse d'une protéine fonctionnelle.
Les deux étapes
ADN → (Transcription) → ARN messager → (Traduction) → Protéine
La transcription
Transcription
Synthèse d'un ARN messager (ARNm) à partir d'un brin d'ADN. Elle a lieu dans le noyau.
L'ARN messager
| Caractéristique | ADN | ARN |
|---|---|---|
| Sucre | Désoxyribose | Ribose |
| Bases | A, T, G, C | A, U, G, C |
| Structure | Double brin | Simple brin |
| Localisation | Noyau | Noyau → Cytoplasme |
Dans l'ARN, la thymine (T) est remplacée par l'uracile (U).
Mécanisme de la transcription
- Fixation de l'ARN polymérase sur le promoteur du gène
- Ouverture de la double hélice
- Lecture du brin matrice (sens 3' → 5')
- Synthèse de l'ARNm (sens 5' → 3')
- Libération de l'ARNm
EXEMPLE
Brin matrice d'ADN : 3'-TACGGATC-5' ARNm synthétisé : 5'-AUGCCUAG-3'
La traduction
Traduction
Synthèse d'une protéine à partir de l'information portée par l'ARNm. Elle a lieu dans le cytoplasme, au niveau des ribosomes.
Le code génétique
Code génétique
Correspondance entre les codons (triplets de nucléotides) de l'ARNm et les acides aminés.
Propriétés du code génétique :
- Universel : identique chez tous les êtres vivants
- Redondant : plusieurs codons pour un même acide aminé
- Non chevauchant : codons lus les uns après les autres
Codons particuliers
| Codon | Rôle |
|---|---|
| AUG | Codon initiateur (Méthionine) |
| UAA, UAG, UGA | Codons STOP |
EXEMPLE
ARNm : 5'-AUG-GCC-UAG-3'
- AUG → Méthionine (début)
- GCC → Alanine
- UAG → STOP Protéine : Met-Ala
Les acteurs de la traduction
| Acteur | Rôle |
|---|---|
| ARNm | Porte l'information génétique |
| Ribosome | Lit l'ARNm et assemble les acides aminés |
| ARNt | Apporte les acides aminés correspondants |
Mécanisme de la traduction
- Initiation : le ribosome se fixe sur l'ARNm au codon AUG
- Élongation : lecture des codons, ajout des acides aminés
- Terminaison : codon STOP, libération de la protéine
Les mutations
Mutation
Modification de la séquence nucléotidique de l'ADN. Elle peut être transmise à la descendance si elle touche les cellules germinales.
Types de mutations
| Type | Description | Effet possible |
|---|---|---|
| Substitution | Remplacement d'un nucléotide | Silencieuse ou faux-sens |
| Insertion | Ajout d'un nucléotide | Décalage du cadre de lecture |
| Délétion | Perte d'un nucléotide | Décalage du cadre de lecture |
Conséquences des mutations
- Mutation silencieuse : pas de changement d'acide aminé
- Mutation faux-sens : changement d'acide aminé
- Mutation non-sens : apparition d'un codon STOP prématuré
Les mutations sont source de diversité génétique et moteur de l'évolution, mais peuvent aussi être à l'origine de maladies génétiques.
Exercices
-
Écris la séquence du brin complémentaire de l'ADN suivant : 5'-ATGCCTAG-3'
-
Un brin matrice d'ADN a la séquence : 3'-TACGAATTT-5'. Écris la séquence de l'ARNm correspondant.
-
L'ARNm 5'-AUGGCUUAA-3' est traduit. Quelle est la séquence d'acides aminés obtenue ? (AUG = Met, GCU = Ala, UAA = STOP)
-
Explique pourquoi une mutation par substitution peut être silencieuse.
-
Compare transcription et traduction : lieu, substrat, produit, enzyme principale.
Points clés à retenir
- ADN = double hélice, nucléotides, bases A-T et G-C
- Gène = portion d'ADN codant pour une protéine
- Réplication : copie de l'ADN (semi-conservative)
- Transcription : ADN → ARNm (dans le noyau)
- Traduction : ARNm → Protéine (dans le cytoplasme)
- Code génétique : universel, redondant, non chevauchant
- Codon = triplet de nucléotides = 1 acide aminé
- Mutations : source de diversité et parfois de maladies
Fiche de révision fournie gratuitement par Oz'Agir - L'éducation pour tous
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