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les relations gène/phénotype moléculaire

Par Hervé Levesque Dernière modification 08/04/2019 12:10


Les phénotypes alternatifs dépendent d'allèles différents d'un même gène. D'autre part, on vient de voir que le phénotype clinique dépend directement du phénotype moléculaire, c'est-à-dire de la protéine* synthétisée.

 

Quelle relation peut-on établir entre la séquence de nucléotides du gène et la séquence d'acides aminés du polypeptide* synthétisé ?

 

Ressources Activités et résultats
  • Séquences nucléiques des allèles A, B et O
  • Séquences protéiques des enzymes A, B et O

Comparer les séquences des allèles A, B et O.

Comparer les séquences protéiques des polypeptides correspondants.

Relier les différences observées aux différences constatés précédemment à propos des enzymes synthétisées.

 

Conclusion

  • Les protéines sont les produits de l'expression des gènes.
  • La séquence de nucléotides du gène détermine la séquence d'acides aminés de la protéine.
  • Le génotype détermine donc le phénotype moléculaire.

 

 * On tend à utiliser indifféremment protéine et polypeptide ce qui est en général un abus de langage et l'utilisation comme synonymes des deux mots n'est que rarement justifiée (il se trouve qu'elle l'est ici...). Le polypeptide ou mieux la chaîne polypeptidique est le produit direct de l'expression du gène alors que la protéine est le produit fonctionnel mettant en jeu parfois un seul, souvent plusieurs polypeptide(s) voire aussi d'autres molécules participant à la structure et au fonctionnement sans être des substrats. La chaîne polypeptidique qu'elle soit seule ou associée peut en outre subir différentes sortes de modifications après sa synthèse afin d'être pleinement fonctionnelle. Dans le cas qui nous occupe ici, la chaîne polypeptidique donne directement l'enzyme fonctionnelle (la Glycosyl Transférase) sans modification particulière, ce qui est plus simple! . Mais il n'en est pas toujours ainsi...

 

Quels principes généraux et quels mécanismes cellulaires permettent la réalisation du phénotype moléculaire à partir du génotype ?

 

Ressources Activités et résultats

Transcription de l'ADN en ARNm

  • Document localisant l'ARNm dans la cellule (autoradiographie)
  • Document localisant la synthèse protéique dans la cellule (autoradiographie)
  • Document présentant la transcription du gène en ARNm
  • Séquences nucléiques des deux brins d'un allèle du gène ABO
  • ARNm correspondants aux allèles A, B et O du gène ABO
  • Scénario CHIME (ou autre) permettant de découvrir les caractéristiques structurales de l'ARNm

Localiser l'ARNm et la synthèse protéique dans la cellule.

 

Relier cette observation au fait que les hématies n'ont pas de noyau, mais continuent de réaliser des synthèses protéiques, et faire une hypothèse su le rôle de l'ARNm.

 

Découvrir les particularités structurales de l'ARNm (utilisation du logiciel RASMOL).

 

Comparer les deux brins de l'ADN d'un allèle du gène ABO avec l'ARNm correspondant (utilisation du logiciel ANAGENE).

 

Faire une hypothèse sur le mécanisme de la transcription.

 

Utiliser le document fourni pour préciser le mécanisme de la transcription.

 

 Traduction de l'ARNm en polypeptide

  • Séquences protéiques des polypeptides codés par les allèles A, B et O du gène ABO
  • ARNm correspondant aux allèles A, B et O du gène ABO

Comparer les longueurs* des séquences de l'ARNm et du polypeptide correspondant. Faire une hypothèse sur le nombre de nucléotides nécessaires pour coder un acide aminé (utilisation du logiciel ANAGENE).

 

Créer des séquences nucléotidiques au hasard, puis demander leur traduction, de façon à découvrir petit à petit la correspondance entre les différents triplets et les acides aminés, ainsi que l'existence de codons stop (utilisation du logiciel ANAGENE).

 

Décrire les propriétés du code génétique (disponible dans le logiciel ANAGENE).

*Il s'agit de la longueur relative exprimée en nombre d'unités monomériques, nucléotides pour l'ARN, acides aminés pour les polypeptides. La question de la longueur absolue ne se pose pas ici.

 

Conclusion : la synthèse protéique** s'effectue en deux étapes :

  •  dans le noyau, le gène est transcrit en ARNm, acide nucléique constitué d'une seule chaîne de nucléotides, et dont la séquence est identique au brin non transcrit de l'ADN, donc à la séquence codante (avec des U à la place des T) ;
  • dans le cytoplasme, au niveau des ribosomes libres ou fixés sur le réticulum endoplasmique, l'ARNm est traduit en chaîne polypeptidique selon un système de correspondance appelé code génétique : un triplet, ou codon, est un ensemble de 3 nucléotides consécutifs ; chaque triplet correspond à un acide aminé, sauf 3 codons stop, qui indiquent la fin de la synthèse protéique.

 

** L'expression "la synthèse protéique" est ici à prendre au sens large et il s'agit encore d'un abus de langage , on devrait plutôt parler de "l'expression génétique" mettant en jeu la synthèse d'un ARN (la transcription de l'ADN), puis la synthèse d'un polypeptide (la traduction de l'ARN). Le rôle de l'ARN semble ici se limiter à celui  de simple intermédiaire dans l'évènement majeur qu'est la synthèse protéique et ainsi paraît exercer un rôle plus mineur . C'est une vision classique et utile de la génétique. Mais les études actuelles de génétique moléculaire montrent très clairement que cette conception demande à être révisée et qu'entre le monde de l'ADN et le monde des protéines (et en somme l'opposition génotype-phénotype), le monde de l'ARN fait un passage en force et est de plus en plus en train de s'imposer. Pour aller plus loin sur ce dernier point, un lien vers un autre dossier.

Pour aller plus loin dans la cartographie de cette fonction biologique (localisation fine du site actif) voir ce lien.

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