Plantes génétiquement modifiées
Du gène à la Protéine
Un gène est une séquence d'ADN permettant grâce à la transcription à la traduction la synthèse d'une protéine.
Un gène code premièrement pour la composition d'un ARNm, séquence qui sera lue par des ribosomes pour permettre la synthèse de proteines.
Les gènes peuvent coder également pour l'ARN ribosomique (ARNr qui fait partie du ribosome) et pour les petits ARN interférents (siRNA) ou micro ARN (miARN) lesquels ne sont jamais traduits en protéines.
Il y a des milliers de gènes différents dans le génome. Par exemple il y a
46 430 gènes identifiés dans le génome du soja et 50 000 à 60 000 gènes dans le génome du maïs. À titre de comparaison, le génome humain contient environ 20 000 à 25 000.
L'expression des gènes
-La Transcription
La transcription est le passage de l'ADN en ARN messager permettant de réaliser ensuite la traduction protéique.
L’ARN est issue d'une copie de l'ADN qui a lieu au sein du noyau de la cellule. Ce qui différencie l’ARN de l’ADN est la présence d'un groupe OH sur le carbone 2 du ribose.
L' ARN (acide ribonucléique) est une chaîne nucléotidique monobrin composé de 4 ribonucléotides ayant comme base azotée : adénine, guanine, cytosine et uracile en lieu et place de la thymine de l'ADN.
Les ribonucleotides sont formés de trois éléments : un groupement phosphate un sucre le ribose et d'une des 4 bases azotées. Le polymère s'assemble par liaison phosphodiester entre les riboses sur les carbones 5t et 3t.
ARN Ribonucléotide
L’ARN pré messager est formée par l’ARN polymérase par complémentarité des bases du brin transcrit de l'ADN. (Les constituants de l’ARN pré messager et de l’ARN messager sont identiques.)
La complémentarité (->) des bases lors de la transcription :
Adénine -> Uracile
Thymine -> Adénine
Guanine -> Cytosine
Cytosine -> Guanine
Lorsque la cellule exprime un besoin protéique l' ARN polymérase va effectuer la transcription de la séquence du gène nécessaire. Elle ouvre la molécule d'ADN au début du gène et forme un ARN pré-messager avec les ribonucleotide libre par complémentarité des bases d'un des deux brins de l'ADN : le brin transcrit. L'ARN polymérase se déplace le long de l'ADN du promoteur jusqu'au signal de la fin du gène (le terminateur). L'ARN polymérase, une fois l'ARN pré-messager constitué quitte alors l'ADN qui se referme. L'ARN pré-messager libéré subit va subir une maturation (pour former l’ARN messager) et sort ensuite du noyau.
Cette maturation de L'ARN pré-messager permet d'obtenir un ARN messager (qui pourra par la suite être lu par les ribosomes lors de la traduction). L'ADN est une succession de séquences codantes et non codantes compris au sein même du gêne. L’ARN est donc formé à partir de ces séquences codante les exons et des séquences non codantes les introns. Afin de retirer les séquences non codantes, L’ARN subit une maturation : l’épissage.
Tous les introns sont systématiquement retirés cependant tous les exons ne sont pas forcément gardés ainsi un gène peut donner plusieurs protéines différentes il s'agit donc de l'épissage alternatif.
-La Traduction
La traduction correspond au décodage de l'information portée par l'ARN messager en protéines. Chaque triplet de base appelé codon correspond à un acide aminé: c'est le code génétique. La synthèse de la protéine (assemblage des acides aminés) se fait au niveau des ribosomes.
Pour synthétiser la protéine il faut:
-ARNm = support de l'information
-Ribosome = complexe qui assemble des acides aminés
-Acides aminés (AA) apportés par un ARNt
-Un ARN de transfert (ARNt)= brin d’ARN qui se replie sur lui-même pour former une structure en 3D
Chaque ARNt est caracterisé par son anticodon qui définit l’acide aminé (AA) transporté.
Chaque ARNt est synthétisé comme l’ARNm à partir de gènes spéciaux de l’ADN. Ce sont des gènes qui ne codent pas pour des protéines.
MÉCANISME DE TRADUCTION :
Deux ARNt peuvent se fixer par leur anticodon sur le codon complémentaire de l’ARNm au niveaux du ribosome. Un sur une zone appelée site P et l’autre sur la zone appelée site A
Chaque ARNt se fixe par son anticodon sur 3 nucléotides de l’ARNm. Ces 3 nucléotides de l’ARNm constituent un codon. Après leur fixation, les AA qu’ils transportent sont reliés entre eux.
Le ribosome avance de 3 unités et le premier ARNt est retiré. L’autre ARNt est maintenant dans le site P.
Le site A est maintenant libéré et un autre ARNt (avec un anticodon complémentaire au codon de l'ARNm) peut venir s'y fixer en amenant un acide aminé spécifique.
Le premier acide aminé s'attache au second par une liaison peptidique. Le ribosome se déplace encore d'un codon. L'ARNt du 1er acide aminé est maintenant dans le site E du ribosome, le 2e acide aminé dans le site P (avec son ARNt) et le site A est de nouveau libre.
Le 3e ARNt arrive (avec son acide aminé) et son anticodon (complémentaire de l'ARNm) s'y fixe, libérant ainsi le 1er ARNt du site E qui retournera dans le nucléoplasme chercher un autre acide-aminé.
La reconnaissance de codon (ARNm) par l’anticodon (ARNt) se fait par l’appariement des bases (liaisons hydrogènes). Au moins deux bases doivent être strictement compatibles.
Les ribosomes sont formés de deux sous-unités : une petite et une grande. Chaque unité est formée d’un mélange de 60 % d’ARNr et de 40% de protéines.
L’ARNr est synthétisé de la même manière que l’ARNm à partir de gènes spéciaux (ADN). Ce gènes existent en centaines de copies dans le génome. Certains gènes ne codent donc pas pour des protéines : c’est le cas de ces gènes qui servent à produire les ARNr.
Les ribosomes peuvent être associés au réticulum endoplasmique rugueux, mais aussi ils peuvent être des ribosomes libres qui sont dans le cytosol.
Il y a deux zones importantes sur l'ARNt:
L’AA est attaché a son ARNt correspondant par l’enzyme aminoacyl-ARNt synthétase. Il existe plusieurs sortes de cette enzyme et chacune peut attacher un AA particulier à un ARNt particulier. Le site actif de l’enzyme reconnait un AA particulier et un anticodon particulier qui unit l'AA à l’ARNt.
La liaison codon-anticodon de deux ARNt (il y a deux sites des liaison sur le ribosome)
L'ARNt à l'anticodon UAC se fixe sur le codon AUG. L'anticodon UGC se fixe sur le codon ACG.
Le brin d’ARNm arrive au cytoplasme et s’attache au ribosome. Il s’attache d’abord à la petite unité puis la grosse unité vient se fixer. Donc, les deux unités ne s’assemblent que lorsque l’ARNm se fixe à la petite unité.
L'ARNm sert de plan pour placer les acides aminés dans l'ordre requis pour former la structure primaire de la protéine. Le ribosome a trois sites : A, P et E
Les acides aminés portés par les ARNt sont masqués par une protéine (appelée eucaryotic EF). Cette protéine est enlevée uniquement dans le ribosome à condition que le codon de l’ARNm et l’anticodon de l’ARNt soient bien complémentaires et que l’ensemble reste donc fixé pendant un certain temps.
Le tout se poursuit jusqu'à ce qu'un ARNt sans acide aminé (codon STOP) arrive et que le polypeptide ne puisse se lié à un autre acide aminé.
Tous les ARNm se terminent par le codon (triplet de bases) UAA, UAG ou UGA, qui sont les codons STOP. Lorsque le ribosome atteint un codon STOP, une enzyme s’y fixe et détache l’ARNm du ribosome. Le ribosome de sépare en deux. Les deux unités se réuniront à nouveaux si un ARNm se fixe à la petite unité.
La protéine synthétisée pénètre dans le reticulum endoplasmique où elle prendra sa forme finale.
La reconnaissance sélective des codons de l'ARN par les anticodons de l'ARN combinée à l'acide aminé qu'il porte constitue le code génétique
Du gène au gène
La réplication
Lorsque les plantes se multiplient, elles doivent d'abord multiplier leur génome sinon elles perdront leurs gènes progressivement !
La réplication de l'ADN permet de transmettre le patrimoine génétique de génération en génération.
C'est le processus au cours duquel l’ADN est synthétisé grâce à l’ADN polymérase. Ce mécanisme permet d'obtenir, à partir d'une molécule d'ADN, deux molécules identiques à la molécule initiale, en vue de leur distribution aux deux cellules filles pendant la mitose.
Ainsi, la molécule d'ADN double brin s'ouvre, formant un œil de réplication. Les nucléotides libres sont apportés par des nutriments de façon à former une molécule double par complémentarité des bases. Le brin néoformé se réalise grâce à un complexe enzymatique: l'ADN polymérase. La double molécule obtenue sera mi-mère, mi-néoformée : la réplication est dite semi-conservative.
La complémentarité des bases lors de la réplication :
Adénine -> Thymine
Thymine -> Adénine
Guanine -> Cytosine
Cytosine -> Guanine
En effet, ces bases se lient par des liaisons hydrogènes (3 entre guanine et cytosine, 2 entre adénine et thymine), c'est-à-dire liaison entre un hydrogène porté par un hétéroatome et un hétéroatome.
On obtient des chromosomes à deux chromatides : la quantité d'ADN est doublée.
Après la réplication, la mitose a lieu chez les eucaryotes, c'est donc le cas chez les plantes. La cellule mère va donner par division deux cellules filles contenant la même information génétique.
