ADN PROT 5 01.10.2021
De l’ADN à l’ARN
Expression génique: processus par lequel un gène exerce son effet sur une cellule par la
production d’une molécule effectrice correspondante (ARN/protéine) au gène.
Gène est exprimé lorsqu’on l’utilise pour créer des protéines.
L’expression génique se fait en deux étapes:
synthèse de l’ARN par transcription de l’ADN
synthèse des protéines par la traduction de l’ARN (faite par les ribosomes).
🥇La
🥇La
§ PROCARYOTES
l’expression génique se fait dans le cytoplasme (même compartiment
cellulaire), ce qui permet à l’ARN d’être traduit avant même d’avoir fini sa transcription.
§§ EUCARYOTES
l’expression génique se fait dans deux compartiments cellulaires
différents. La transcription de l’ADN en ARN se fait dans le noyau, puis l’ARN est transporté
dans le cytoplasme pour la traduction (séparation physique et temporelle entre les deux
processus).
La transcription est le processus par lequel l’information contenue (les gènes) dans l’ADN est
copiée sous une forme utilisable par la cellule, l’ARN. On copie le brin ADN en une séquence
ARN complémentaire (même langage: les nucléotides).
On fait une copie ARN de l’information génétique pour plusieurs raisons :
 (1) Le génome est protégé en restant dans le noyau
 (2) Un contrôle s’effectue sur le nombre de copies en fonction des besoins
 (3) Une production de plusieurs ARNm différents avec le même gène
 (4) La localisation régulée de l’information génétique
(2) Le contrôle du nombre de copies est effectué par des molécules signal (hormones)
qui inhibent ou incitent l’expression d’un gène particulier. Ce contrôle repose sur
deux principes: celui de l’étape limitante (l’étape la plus lente du processus donne
la vitesse de tout le processus) qui en l’occurrence est la transcription d’ARNm
=> Spécifité des cellules (partout même ADN, mais pas partout mêmes ARN
= 200 types cellulaires), il est couplé par la demi-vie courte des ARNm (1h).
(3) Si l’on veut augmenter la synthèse d’une protéine il faut augmenter la production d’ARNm
🥇 plusieurs copies du meme gène donné
L’épissage alternatif … - un gène
L’épissage est le fait de purifier
un brin d’ARN de ses introns
pour ne garder que l’info
génétique nécessaire (p. 5)
- plusieurs ARN différents
=>
- augmente la diversité de l’info génétique
- Beaucoup plus répandu chez les organismes supérieurs
(4) La production de copies « sacrifiables » permet de pouvoir les envoyer où bon nous semble
dans la cellule. Les ARNm peuvent ainsi être traduits directement à l’endroit où la protéine
correspondante va devoir servir (ex: l’axone).
Différences ADN-ARN :
bicaténaire≠monocaténaire // thymine≠uracile // désoxyribose≠ribose
Cette différence qui paraît minime permet toutefois aux polymérases de faire la distinction
entre les deux.
L’ARN est monocatenaire : cela lui permet (dans le cas de l’ARNt p. ex.) de former des
structures complexes et utiles en formant des liaisons au sein de ses propres nucléotides
(= complémentarité intramoléculaire). Ces structures permettent à certains ARN de jouer un
rôle structural ou même catalytique.
🧬 🧬🧬 SYNTHÈSE DE L’ARN (TRANSCRIPTION)
Commence par l’ouverture du double brin ADN (bulle), afin d’exposer les bases. L’un des deux
brins (le brin matrice) sert alors de matrice à la synthèse. Le brin opposé (celui auquel l’ARN
sera identique) est appelé brin complémentaire ADN codant. Les deux brins pouvant être
copiés indépendamment, ils ne contiennent pas la même information.
L’ARN polymérase ne connaît pas : l’endroit où débute le gène, le brin qu’elle doit
polymériser : les facteurs généraux de transcription la guident.
L’ARN est formé dans le sens 5’-> 3’. Chez les eucaryotes cette synthèse se fait à vitesse de 30
nucléotides/secondes (ce qui semble assez rapide mais certains gènes chez l’homme font plus
de 2 millions de bases, ce qui représente tout de même 18h de synthèse !).
La synthèse de l’ARN se passe exclusivement à l’intérieur de l’ARN polymérase.
La double hélice rentre dans l’ARN polymérase, elle y est séparée, copiée, puis
remise ensemble et sort comme elle est entrée sous la forme d’un double brin.
Cela permet à l’ARN polymérase de protéger les brins dénudés.
SIMILITUDES ADN/ARN POLYMÉRASE
 utilisent des bases nucléotidiques triphosphates
 procèdent à la synthèse dans le sens 5’-3’
 ADN comme MATRICE
DIFFÉRENCES ADN/ARN POLYMÉRASE
 L’ARN polymérase n’a pas besoin d’amorce
 Les erreurs sont bien plus fréquentes dans la synthèse de l’ARN (proofreading bien
moins efficace chez ARN polymérase, mutations moins graves car il existe plusieurs
copies d’ARNm du même gène).
 L’ADN polymérase lie des désoxyribonucléotides là où l’ARN polymérase lie des
ribonucléotides.
Les ARN polymérases : complexes de protéines…
Certaines sous-unités sont
identiques et certaines sont
différentes, mais toutes trois
sont codées par des gènes
homologues ou paralogues.
Certaines des sous-unités sont
orthologues avec les ARN
polymérases d’autres espèces.
Deux catégories d’ARN :
1. ARN codants qui portent une information génétique (ARN messagers)
2. ARN non-codants qui fonctionnent comme effecteurs, mais ne portent aucune valeur
pour la traduction (ARN ribosomaux, ARN de transfert (ARNt), petits ARN)
(STRUCTURE QUI DÉFINIT LA FONCTION)
 Tous les deux sont nécessaires à la production de protéines.
La grande majorité des gènes dans l’ADN cellulaire ne sont pas utilisés pour coder des
protéines (≠ ARNm).
11111 🥇 Les types de de polymérase 🥇 1111111111111 1111111111111111 1111CCCCCCCCC
I.
La Pol I fabrique les ARN ribosomaux (ARNr)
Fonction : composent le ribosome Structure : compact & organisée Synthèse : ARNr très
abondant, ~ 200 copies (2,5x10^6/cellule), synthétitsé dans le nucléole, plusieurs tailles (S), 80%
masse totale d’ARN
Le nucléole est un souscompartiment du noyau
cellulaire où se fait la
production d’ARNr.
II.
La Pol II fabrique les ARN messagers (ARNm)
3-5% de la masse tot d’ARN, 10'000 différents/cellules, tailles et nombre très variables
Contiennent l’information nécessaire à la production de protéines.
Région non-codante exon
————≠ intron
III.
La Pol III fabrique les ARN de transfert (ARNt) et d’autres petits ARN
ARNt Fonction : adaptateurs impliqués dans la traduction Structure : petits ARN repliés sur
eux-mêmes Synthèse : transcrits d’un famille de ~ 500 gènes, 10-15% de la masse totale
d’ARN, 20x106/cellule
Les ARNt sont des adaptateurs entre ARNm et acides aminés. Ils ont la forme d’un trèfle. Ce
sont des molécules plus petites et même si elles ne représentent que 10% de la masse, elles
sont bien plus nombreuses que les ARNr (20'000'000 molécules).
Les petits ARN, ont plusieurs fonctions, notamment dans l’épissage, le transport des protéines,
la régulation de la traduction ou encore la réplication des extrémités des chromosomes
(télomérase).
Les microARN (miRNA) et les longs ARN non-codants (ncRNA) influencent l’expression des
gènes.
 MATURATION DES ARNm ———————————————————————————
La coiffe et la queue permettent d’augmenter la stabilité de la molécule ; ils aident à son
transport à travers la membrane du noyau, et jouent un rôle très important dans sa
traduction.
☝ 🧬ajout dune « coiffe » à l’extrémité 5’
La coiffe est spécifique aux ARNm, son ajout nécessite l’intervention de trois enzymes. Elle est
ajoutée peu de temps après le début de la synthèse (20 N). La liaison entre la coiffe et
l’extrémité 5’ se fait par une liaison 5’-5’.
L’ARN polymérase ne sait pas où s’arrêter, c’est pourquoi une enzyme doit ensuite couper le
gène au bon endroit pour pouvoir ensuite lui ajouter la queue poly(A). (=signaux)
✌ 🥇ajout d’une queue poly(A)
La polyadénylation est faite par la poly(A) polymérase. Cette polymérase n’a pas besoin de
matrice et se contente de rajouter des A (env 250x) à l’extrémité 3’ de l’ARNm. La queue est
une protection contre la dégradation + site de fixation pour poly(A) BP (= contrôle)
☝ 🥇✌ 🥇épissage (splicing)
L’épissage (splicing) se fait après la transcription du gène. On appelle transcrit primaire (ou préARNm) l’ARN qui contient encore les introns. Ces introns sont ensuite enlevés et les exons
reliés entre eux donnant ainsi naissance aux ARNm matures.
Il faut faire la distinction entre les régions non-codantes des exons et les introns.
Cet épissage permet une grande variété de possibilité avec un seul et même gène. En effet, il
existe un épissage alternatif lorsque certains exons sont retirés, déplacés, ou alors il y’a ajout
d’autre gènes, ce qui permet une grande variabilité. Le syndrome des lymphocytes nus
s’explique par une mutation sur un SIGNAL D’EPISSAGE qui résulte dans la perte systématique
d’un exon important pour la coactivation sur le gène C2TA.
Il existe sur l’intron des séquences qui permettent de déterminer ou la coupure doit s’effectuer
selon un mécanisme bien particulier qui consiste en deux réactions successives de transestérification. Une adénine de côté 3’ de l’intron réagit avec l’extrémité 5’ de celui-ci (attaque
nucléophile par le OH 2’). Cette extrémité se détache de l’exon et vient se lier au A formant un
lasso. Puis, l’extrémité 3’ de l’exon, alors libre, vient se lier à l’extrémité 5’ de l’autre exon,
coupant ainsi l’autre côté de l’intron. Le lasso, libre, est ensuite dégradé.
L’épissage est guidé par des molécules appelées ribonucléoprotéines ou (snRNP) qui sont des
enzymes formées de protéines et de petits ARN appelés nucléoARN (ou snRNA). Les snRNP se
lient à des séquences présentes sur l’intron par l’appariement complémentaire des snRNA.
Ces enzymes mettent à coté le A et l’extrémité 3’ de l’exon comme on a vu précédemment et
catalysent ainsi la réaction :
Ce sont, dans cette réaction, les ARN et non les protéines qui jouent le rôle d’enzyme.
🥇🥇🥇 L’ARN polymérase II (ou Pol II) possède une petite excroissance sous la forme d’une
queue appelée CTD en C-term. Cette queue, une fois phosphorylée (ajout de phosphates),
devient un point d’ancrage pour une partie des facteurs protéiques impliqués dans le coiffage,
la polyadénylation et l’épissage. C’est pour cette raison que seule la Pol II est capable de
synthétiser des ARNm.
↕️
TRANSPORT DES ARNm
↕️
Les ARNm sont complètement maturés dans le noyau, mais ils doivent pouvoir en sortir. C’est à
cela que servent les pores nucléaires (forme = panier de basket). Ces pores nucléaires
permettent de laisser passer les ARNm matures et de bloquer les ARNm mal finis (mauvais
épissage) en repérant des protéines particulières sur l’ARNm. Mais l’ARNm ne se ballade pas
tout seul, il forme un complexe avec des protéines appeleés ribonucléoprotéines (ou RNP). Cet
empaquetage commence pendant la maturation.