top of page

La structure de l'ADN et de l'ARN

 

 

L'ADN

 

L'ADN (acide désoxiribonucléique) est une double hélice de deux brins

complémentaires formés d'acides nucléiques complémentaires

(bases complémentaires)

 

Bases complémentaires : Paire de bases qui sont toujours liées

ensemble dans l’ADN.

 

  • Adénine (A) et thymine (T) (deux liaisons hydrogènes).

 

 

  • Cytosine (C) et guanine (G) (trois liaisons hydrogènes)

 

 

  • Donc, quand un nucléotide A apparaît sur un brin d’ADN,

T doit apparaître sur l’autre brin.

  • Quand un C apparaît sur un brin, un G apparaît sur l’autre brin.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Les liaisons

 

  • Trois types de forces maintiennent la structure de l’ADN :

    • Ponts phosphates : Les liaisons entre les sucres et les phosphates.  Garde un brin ensemble.

    • Liaisons hydrogènes : Liaisons entre les paires de bases.  Garde les deux brins ensembles.

    • Réactions hydrophobes et hydrophiles : Les bases sont hydrophobes, donc elles sont gardées à l’intérieur de la structure du noyau aqueux.

 

 

 

L'ARN 

 

 

  • L’ARN (acide ribonucléique) est trouvé dans la plupart des bactéries, certains virus et dans le noyau des cellules eucaryotes.

  • Il existe trois types d'ARN soit : l'ARNm (messagé), ARNt (transcription), ARNr (ribosomale)

 

 

ARN vs ADN : Trois différences.

 

  1. Sucre : Dans l’ADN, désoxyribose.  Dans l’ARN, ribose

  2. Dans l’ARN, la base thymine (T) est remplacée par la base uracile (U).

  3. L’ARN est fait d’un seul brin, comparé à l’ADN qui est fait de deux brins

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

La réplication de l'ADN

 

 

 

 

 

 

 

 

  • La réplication est le processus où une copie exacte de l’ADN est créée.

  • La réplication est semi conservatrice : les deux molécule d’ADN « fils » se compose d’un brin parent et d’un nouveau brin.

  • Un brin « parental » produit deux brins « fils ».

 

La réplication de l’ADN se fait en trois phases principales.

 

 

1. Phase d’activation 

 

  • Une partie de la double hélice est déroulée et séparée.  (Pense à ouvrir un « zipper », mais dans le milieu.)

  • La séparation commence à plusieurs origines de réplication en même temps.

  • Les protéines hélicases brisent les liaisons hydrogènes et créé des fourches de réplications : le site du déroulement de l’ADN et de la formation du nouveau brin.  

  • La réplication d’ADN est bidirectionnelle : les fourches de réplication se déplacent dans les deux directions.

 

 

2. Phase d’élongation 

 

  • L’ajout de nouveaux nucléotides et la formation de deux brins fils.

  • Après l’ouverture du brin parent par hélicase, deux protéines nommées ADN polymérase s’insèrent dans l’espace entre les deux brins – une protéine par brin.  (Ceci à lieu à chaque fourche de réplication.)

    • ADN polymérase ajoute de nouveaux nucléotides, un à la fois.  Les nouveaux nucléotides sont complémentaires à ceux de brin parents.  A sur le brin parent = T sur le nouveau brin.

    • Un petit brin d’acide ribonucléique (ARN) s’attache au brin parent et agit comme signe « COMMENCE ICI! ».  Ce petit brin est une amorce.  Les amorces sont placées grâce à la protéine primase.   

 

3. Phase de terminaison  

 

La fin de la réplication et l’enroulement des brins fils en double hélice.

 

GROS PROBLÈME : Lorsque les amorces sont enlevées des extrémités 5’ des nouveaux brins, il est impossible d’ajouter des nucléotides (parce qu’ADN polymérase ne peut pas ajouter des nucléotides de 3’ à 5’).  RÉSULTAT : Les brins d’ADN fils sont un peu plus courts que les brins parents.

                  Une cellule humaine perd environ 100 bases à chaque division.

 

  • Heureusement, au bout de chaque brin d’ADN, il y a une section d’ADN répétitif appelée télomère.  Chez les humains, les télomères sont faits de la séquence TTAGGG répété des milliers de fois.

    • La perte de nucléotides des télomères empêche la perte de code important.

  • La longueur des télomères agit comme horloge interne – plus de télomère = mort de la cellule.

    • Implication : longévité, cancer.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Vidéos

 

  1. Animation résumant la structure et la réplication.

  2. Animation de la réplication en temp réel.

 

 

 

 

 

La transcription

 

  • L’objectif de la transcription est de faire une molécule d’ARN qui est complémentaire à une partie du génome.

  • La transcription comporte 4 étapes : initiation, élongation, fin et traitement.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Initiation de la transcription

 

  • Il faut déterminer l’endroit où commencer la transcription :

    • Une séquence du promoteur est un site de liaison pour la l’ARN polymérase.  ARN polymérase est responsable pour la synthèse de l’ARN messager (ARNm).

    • Le signal promoteur est fait de plusieurs séquences du promoteur. Le code des différentes séquences du promoteur est légèrement différent.  Ceci indique la direction de la transcription.

  • ARN polymérase se lie à la molécule d’ADN.

  • ARN polymérase ouvre la molécule d’ADN et commence à produire une molécule d’ARNm.  Un codon d’initiation (Signal GO!) permet à la transcription de commencer au bon endroit.

 

 

2. Élongation

 

  • L’ARN polymérase transcrit dans la direction 5’ à 3’ (comme ADN polymérase).

  • Après qu’ARN polymérase passe, la double hélice est fermée et le brin d’ARNm se sépare du brin d’ADN.

  • Aussi tôt que la première molécule d’ARN polymérase commence à se déplacer le long de l’ADN, une deuxième molécule d’ARN polymérase peut se lier aux séquences du promoteur.

    • Plusieurs molécules d’ARNm peuvent être produites rapidement.

  • L’ARN polymérase n’a pas de fonction de vérification.

    • Plus d’erreurs, mais plus rapide (40 à 60 nucléotides par seconde dans des cellules eucaryotes). Une erreur dans l’ARNm est moins sérieuse qu’une erreur dans l’ADN.

 

 

3. Terminaison

 

  • Une séquence de terminaison signale à l’ARN polymérase où arrêter la transcription.

  • La molécule d’ARNm se sépare de la molécule d’ADN.

  • ARN polymérase se sépare de l’ADN pour pouvoir se lier à un autre (ou le même) gène.

 

 

4. Traitement

 

  • La molécule d’ARNm qui se sépare à la fin de la transcription est appelée précurseur de l’ARNm.  Le précurseur est « traité » avant de quitter le noyau.

 

  • Après le traitement, la molécule d’ARNm est transportée au cytoplasme où elle sera impliquée dans la traduction.

 

 

 

Vidéos

 

  1. Animation de la transcription.

  2. Un autre animation.

Le code génétique

 

  • Gène : Une séquence particulière d’ADN qui spécifie un trait particulier.  Par exemple, la couleur des yeux, groupe sanguin. 

 

Le gène est l’unité de base de l’hérédité.

 

  • Génome : L’ensemble du code génétique d’un organisme.  Par exemple, le génome humain = 3,4 milliards de bases.

 

  • Le nombre, le type et l’organisation des gènes sont uniques à chaque espèce.

    • Par contre, le génome de différentes espèces éloignées peuvent avoir des gènes similaires.

 

  • Gène = « facteurs héréditaires » 

 

  • Une définition fonctionnelle d’un gène : Une séquence d’ADN qui sera transcrit en acide ribonucléique (ARN).  Une telle séquence d’ADN est dite « codante ».  La molécule d’ARN produite peut...

​

  • Être transcrit en protéine.

  • Être directement utilisée

 

 

  • Seulement environ 1% de notre ADN est codante.  Un grand pourcentage de notre code génétique est fait de séquences régulatrices.  Ces séquences non codantes déterminent quand (régularisent) chaque processus génétique est activé.

  • L’organisation du génome

     

  • Dans tout organisme eucaryote, la densité de gènes change d’un chromosome à l’autre.

    • Chez les humains, chromosome 4 : 1 300 millions de bases, 200 gènes.  Chromosome 19 : 72 millions de bases, 1 450 gènes.

    • Donc, il n’y a pas de lien entre la longueur d’un chromosome et le nombre de gène.

 

 

L’hypothèse des triplets

 

  • Il y a 20 différents acides aminés (monomère des protéines)

  • Il y a seulement 4 différents nucléotides.

 

  • Hypothèse : L’ADN est organisée en codons (« mots »).  Chaque codon est un triplet de nucléotide.

 

 

Le transfert de l’information génétique

 

  • L’expression génétique (produire des protéines à partir de l’ADN) se fait en deux étapes.

  • Les avantages de faire l’expression génétique en deux étapes :

    • Pas besoin de sortir TOUT l’ADN du noyau.  Donc on sauve de l’énergie.

    • Garder l’ADN dans le noyau réduit le risque de dommage au code génétique.

    • Possibilité de faire plusieurs copies de l’ARN afin d’augmenter la vitesse de production de protéine.

 

 

Le code génétique et l’ARN

 

  • Par convention, on représente toujours le code génétique par les codons d’ARN.

 

  • Chaque codon code pour un acide aminé.

 

  • Exemple :

    • UCA : Sérine

    • AAA : Lysine

    • GAC : Aspartate

 

  • Le code génétique a 2 caractéristiques importantes :

 

  • La continuité : Le code se lit comme une longue série de codons.  Pas d’espace, pas de virgule.

    • Il est important de savoir où commencer et où finir la transcription et la traduction.

 

  • La répétition : 64 codons possibles, mais seulement 20 a.a.  Donc, chaque a.a. est associée à 3 codons (en moyenne).  En plus, il y a seulement 3 codons « terminaisons ».

    • Ceci réduit le risque qu’une mutation créé un codon « terminaison ». (Mieux de faire une protéine avec la mauvaise a.a. qu’une protéine ½ complète).

 

 

Le diagramme ci-dessous nous permet de déterminer quel acide aminé est associé avec quels codons.

 

 

 

La traduction

 

  • Si on pense au code génétique comme étant un texte, produire une protéine à partir de l’ARNm est comme « traduire » le texte d’une langue (séquence d’ARNm) à un autre (séquence d’acides aminés).

 

 

L’ARN de transfert (ARNt)

 

  • L’ARNt est transcrite à partir de l’ADN (comme ARNm) et ensuite, elle adopte une forme trèfle à trois « boucles » (pas comme l’ARNm, qui reste linéaire).

Chaque molécule d’ARNt transporte un acide aminé 

La boucle de l’anticodon contient l’anticodon de l’acide aminé que l’ARNt transporte.

  • Ex : Le codon de l’ARNm (image à gauche) est GCC.  L’anticodon de l’ARNt est CGG.  L’ARNt transporte l’a.a. alanine.

Une molécule d’ARNt ce lie à son acide aminé spécifique.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ribosomes

  • Les ribosomes sont les sites de synthèse des protéines. 

    • Chaque ribosome est fait de différents types de protéines et d’un brin d’ARN ribosomique (ARNr).

    • L’ARNr est linéaire et reste toujours liée aux protéines du ribosome.

    • Chaque ribosome a deux sous-unités : une grande et une petite.  Chaque sous-unité est faite de plusieurs protéines.

Chaque ribosome a un site de liaison pour la molécule d’ARNm et trois sites pour les molécules d’ARNt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  • La traduction se fait en trois étapes : Initiation, élongation et terminaison.

 

1. Initiation

 

  • Une séquence de nucléotides au bout de l’ARNm se lie à une partie du brin d’ARNr et forme une petite sous-unité ribosomique.

 

  • Une molécule d’ARNt se lie à la molécule d’ARNm.  Cette molécule d’ARNt a l’anticodon UAC qui est complémentaire au codon AUG de l’ARNm.  AUG code pour « Initiation » et l’a.a. méthionine.

 

 

 

2. Élongation

 

  • Trois grandes étapes :

  • L’anticodon d’une molécule ARNt se lie au codon de l’ARNm exposé dans le site A.

  • Le ribosome se déplace de trois nucléotides le long de l’ARNm.  Ce mouvement s’appelle translocation.  La translocation déplace l’ARNt porteur de la chaîne polypeptidique du site A au site P et expose un nouveau codon dans le site A.  L’ARNt qui était dans le site P est maintenant dans le site E (site de sortie – E pour « exit ») et se détache du ribosome.

 

Les trois étapes prennent environ 0,10 s!

 

 

 

3. Terminaison

 

  • L’élongation continue jusqu’à ce qu’un codon de terminaison apparaît au site A.

  • L’ARNt précédent qui porte la chaîne polypeptidique reste au site P jusqu’à ce qu’une protéine nommée facteur de terminaison se lie au site A.

    • Le facteur de terminaison sépare le polypeptide de l’ARNt.

    • Le polypeptide quitte le ribosome.

    • Les sous-unités du ribosomes se séparent jusqu’à ce quelles se lient à une autre molécule d’ARNm.  Et on recommence!

 

 

 

Vidéos

 

  1. Animation de la traduction.

 

 

 

 

Exercices

 

  • Jeopardy  

 

 

 

bottom of page