Code génétique, ribosomes et ARN de transfert : comment la cellule assemble ses protéines puis les expédie.
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La traduction et le devenir des protéines
Module I : Le monde vivantSéquence 2 : Le renouvellement moléculaire et le code génétiqueSéances 10-11 : Traduction et devenir des protéines
💡 Idée principale : la traduction transforme la séquence de l’ARNm en une séquence d’acides aminés. Les ribosomes lisent l’ARNm par codons (3 bases) ; les ARN de transfert apportent les acides aminés selon le code génétique. Les protéines formées sont ensuite modifiées et transportées par le réticulum et l’appareil de Golgi.
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Étapes résumées
Un codon de 3 nucléotides de l’ARNm correspond à un acide aminé : c’est le code génétique.
Le code est universel, redondant (plusieurs codons par acide aminé), avec un codon initiateur (AUG) et trois codons stop.
Initiation, élongation, terminaison : le ribosome avance codon par codon.
Plusieurs ribosomes lisent le même ARNm : polysome.
Protéines de sécrétion : RE granuleux → appareil de Golgi → vésicules → exocytose.
Situation problème
Dans un laboratoire de l’hôpital général de Yaoundé, on étudie la drépanocytose, fréquente au Cameroun. Chez les malades, une seule base de l’ADN du gène de l’hémoglobine est changée (GAG → GTG) et l’hémoglobine porte alors un acide aminé différent : la valine au lieu de l’acide glutamique. Les globules rouges prennent une forme de faucille.
Consignes :
Relève le problème posé.
Comment une seule base modifiée peut-elle changer un acide aminé ?
Comment la cellule « lit »-elle l’ARNm pour assembler une protéine ?
le problèmela protéineles acides
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Compétence visée
Expliquer la synthèse des protéines à partir de l’ARNm et l’utiliser pour comprendre des maladies génétiques.
Objectifs de la leçon
Utiliser le tableau du code génétique.
Décrire les étapes de la traduction et réaliser une maquette.
Décrire le devenir des protéines synthétisées.
Le code génétique
1. Le tableau du code génétique
Document 1 : correspondance entre les 64 codons de l’ARNm et les 20 acides aminés.
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Les propriétés du code
Universel
Le même code chez les bactéries, les plantes, les animaux et l’Homme.
Redondant
64 codons pour 20 acides aminés : plusieurs codons peuvent coder le même acide aminé.
Non ambigu
Un codon ne correspond jamais qu’à un seul acide aminé.
Ponctué
AUG (méthionine) démarre la lecture ; UAA, UAG, UGA l’arrêtent.
Exemple guidé : traduire un ARNm
Énoncé
Traduis l’ARNm : AUG GCU UUC GGA UAA.
Solution
On lit à partir de AUG, codon par codon, dans le tableau. AUG = Met ; GCU = Ala ; UUC = Phe ; GGA = Gly ; UAA = Stop. Peptide obtenu : Met – Ala – Phe – Gly (le codon stop ne code aucun acide aminé).
les adolescentsle pHl’ARN messager
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Le mécanisme de la traduction
Activité 1 : le ribosome au travail (maquette, TP 7)
Le document 2 montre un ribosome en cours de traduction. Réalise ensuite une maquette avec une bande de papier (ARNm), une boîte (ribosome) et des cartes « ARNt » portant chacune un anticodon et un acide aminé.
Document 2 : la traduction de l’ARNm au niveau d’un ribosome.
Quel est le rôle de l’ARN de transfert ?
Comment l’ARNt reconnaît-il le bon codon ?
Que devient l’ARNt après avoir donné son acide aminé ?
Ce qu’il faut comprendre : chaque ARNt porte un acide aminé précis et un anticodon complémentaire d’un codon. Dans le ribosome, l’anticodon s’apparie au codon ; une liaison peptidique unit l’acide aminé à la chaîne. Le ribosome avance d’un codon, l’ARNt vide est libéré et peut être rechargé.
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Les étapes de la traduction
1
Initiation
La petite sous-unité se fixe sur l’ARNm au codon AUG ; l’ARNt de la méthionine s’y associe, puis la grande sous-unité.
2
Élongation
Un nouvel ARNt entre au site A ; liaison peptidique ; le ribosome avance de 3 nucléotides. Le cycle se répète.
3
Terminaison
Au codon stop, aucun ARNt ne correspond : la chaîne est libérée et le ribosome se dissocie.
2. Les polysomes
Un même ARNm est lu en même temps par plusieurs ribosomes espacés : c’est un polysome. La cellule produit ainsi rapidement de nombreuses copies d’une même protéine.
les organitesle cycleles protéines
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Le devenir des protéines synthétisées
Activité 2 : le trajet d’une protéine sécrétée
On fournit à des cellules du pancréas, qui fabriquent des enzymes digestives, de la leucine radioactive pendant 3 minutes, puis de la leucine normale. On localise la radioactivité au cours du temps.
Document 3 : localisation successive de la radioactivité.
Dans quel ordre la radioactivité occupe-t-elle les organites ?
Que devient finalement la protéine ?
Ce qu’il faut comprendre : la protéine est fabriquée par les ribosomes du réticulum endoplasmique granuleux, passe dans l’appareil de Golgi où elle est modifiée (ajout de glucides…), puis est emballée dans des vésicules de sécrétion qui fusionnent avec la membrane : c’est l’exocytose.
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Deux destinations possibles
Ribosomes libres
Protéines qui restent dans le cytoplasme : enzymes de la glycolyse, hémoglobine, protéines du cytosquelette.
≠
Ribosomes du RE
Protéines exportées ou membranaires : enzymes digestives, insuline, anticorps, récepteurs.
Application : mutation et drépanocytose
3. Un changement de base, un changement de protéine
Hémoglobine normale (HbA)
Hémoglobine S (HbS)
Brin codant (codons 4 à 7)
ACT CCT GAG GAG
ACT CCT GTG GAG
ARNm
ACU CCU GAG GAG
ACU CCU GUG GAG
Acides aminés
Thr – Pro – Glu – Glu
Thr – Pro – Val – Glu
Le changement d’un seul nucléotide (mutation) modifie un codon, donc un acide aminé : l’hémoglobine S forme des fibres et déforme les globules rouges en faucille.
la drépanocytoseles hématiesla glycémie
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Trace écrite : ce que je retiens
À retenir
Le code génétique fait correspondre chaque codon (3 bases de l’ARNm) à un acide aminé.
Il est universel et redondant ; AUG initie la lecture, UAA, UAG et UGA l’arrêtent.
La traduction se fait sur les ribosomes ; les ARNt apportent les acides aminés grâce à leur anticodon.
Elle comprend initiation, élongation et terminaison ; un ARNm peut être lu par un polysome.
Les protéines exportées suivent le trajet RE → Golgi → vésicules → exocytose.
Vocabulaire à connaître
Codontriplet de nucléotides de l’ARNm codant un acide aminé.Anticodontriplet de l’ARNt complémentaire d’un codon.ARN de transfertpetit ARN qui transporte un acide aminé.Liaison peptidiqueliaison entre deux acides aminés.Exocytoselibération du contenu d’une vésicule hors de la cellule.
je retiensle cortexla synapse
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Je m’évalue
1. Combien de nucléotides forment un codon ?
2. Quel codon démarre la traduction ?
3. Quel est le rôle de l’ARNt ?
4. Cite le trajet d’une protéine sécrétée.
Réponses : trois · AUG (méthionine) · apporter un acide aminé au ribosome · RE → Golgi → vésicule → exocytose. Le corrigé détaillé et d’autres exercices de ce chapitre sont dans les exercices corrigés.
Erreurs fréquentes
Lire le code génétique avec le brin d’ADN au lieu de l’ARNm.
Traduire le codon stop en acide aminé.
Confondre codon (sur l’ARNm) et anticodon (sur l’ARNt).
je réfléchisl’ADNla tique
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Méthode
Pour passer du gène à la protéine : (1) écris l’ARNm à partir du brin transcrit ; (2) découpe-le en codons à partir de AUG ; (3) traduis chaque codon avec le tableau ; (4) arrête-toi au premier codon stop. Présente le résultat en trois lignes alignées.
Activité d’intégration
Une association de Douala sensibilise les familles à la drépanocytose. On donne le début du brin transcrit du gène de la bêta-globine normale : TAC CAC GTG GAC TGA GGA CTC CTC. Chez le malade, le 7e triplet devient CAC.
Écris l’ARNm et la séquence d’acides aminés de la protéine normale.
Fais de même pour la protéine du malade et compare.
Explique comment une mutation de l’ADN peut provoquer une maladie.