chapitre 17 Du gène à la protéine 397
synthétisent les protéines du réseau de membranes intracellulaires (l’enveloppe nucléaire, le RE, l’appareil de Golgi, les
lysosomes, les vacuoles et la membrane plasmique) ainsi que
celles qui doivent être sécrétées à l’extérieur de la cellule
(comme l’insuline). Il est important de noter que tous les
ribosomes sont identiques et qu’ils peuvent passer de l’état
libre à l’état lié.
Quel est le facteur qui détermine si un ribosome se trouve
libre dans le cytosol ou lié au réticulum endoplasmique ? Il
faut savoir que la synthèse de tout polypeptide commence
dans le cytosol lorsqu’un ribosome libre entame la traduction
d’une molécule d’ARNm. Le processus se poursuit entièrement
dans ce milieu sauf si le polypeptide en cours de synthèse
incite le ribosome, par une séquence particulière d’acides aminés, à se fixer au RE. Par exemple, les protéines destinées au
réseau de membranes intracellulaires ou devant être sécrétées
portent une séquence signal de peptides qui les oriente
vers le RE (figure 17.22). Cette séquence compte environ
20 acides aminés et se situe à l’extrémité N-terminale du
polypeptide ou près de celle-ci. Au moment où la séquence
signal émerge du ribosome, elle est reconnue par un complexe
appelé particule de reconnaissance du signal (PRS).
Celle-ci est constituée de six protéines et d’un petit ARN. Elle
agit alternativement comme un interrupteur de la synthèse
protéique et elle escorte le ribosome jusqu’à une protéine
réceptrice dans la membrane du RE. Cette protéine réceptrice
fait partie d’un complexe de translocation multiprotéique. La
synthèse du polypeptide se poursuit à cet endroit, et la molécule en voie de formation commence à passer dans la lumière
du RE en se faufilant à travers un canal protéique de la membrane. Sa séquence signal est habituellement enlevée par une
peptidase. S’il est destiné à devenir une protéine de sécrétion,
le polypeptide enfin complété est libéré dans la solution qui
remplit la lumière du RE (voir la figure 17.22). S’il doit devenir une protéine membranaire, il reste partiellement enchâssé
dans la membrane du RE.
D’autres types de séquences signal dirigent les polypeptides vers les mitochondries, les chloroplastes, l’intérieur du
noyau et d’autres organites qui ne font pas partie du réseau
intracellulaire de membranes. Dans ces cas, la principale particularité est que la traduction prend fin dans le cytosol,
avant que le polypeptide soit exporté vers l’organite auquel il
est destiné. Les mécanismes de translocation sont également
variables ; mais, dans tous les cas qui ont été étudiés jusqu’à
aujourd’hui, on a mis en évidence divers types de séquence
signal qui font office de « codes postaux » chargés d’acheminer les protéines vers un endroit particulier de la cellule ou
qui les destinent à devenir des protéines de sécrétion. Les Bactéries emploient également des séquences signal pour acheminer les protéines destinées à devenir des protéines de
sécrétion vers la membrane plasmique.
retour sur le ConCept 17.4
1. Quels sont les deux processus qui garantissent que
l’acide aminé approprié est ajouté à une chaîne
polypeptidique en cours de synthèse ?
2. Comment la structure de l’ARNr contribue-t-elle
probablement à la fonction ribosomale ?
3. Expliquez comment un polypeptide destiné à être
sécrété à l’extérieur de la cellule est transporté au
réseau intracellulaire de membranes.
4.
et sI ?
FAItes un dessIn Si un ARNt possède
l’anticodon 39-CGU-59, quels sont les deux codons
différents auxquels il peut se lier ? Dessinez chacun
d’eux sur un ARNm, en identifiant toutes les extrémités 59 et 39. Ajoutez l’acide aminé transporté
par l’ARNt.
Voir les réponses proposées à la fin du chapitre.
ConCept
17.5
Les mutations d’un ou de quelques
nucléotides peuvent modifier la structure
et la fonction des protéines
Après avoir étudié le processus de l’expression génique, vous
êtes maintenant prêt à comprendre les effets des modifications sur l’information génétique d’une cellule (ou d’un virus).
Ces modifications, appelées mutations, sont à l’origine de
l’immense diversité des gènes présents parmi les organismes
parce que les mutations sont la source première de nouveaux
gènes. À la figure 15.14, (p. 343), nous avons parlé des remaniements chromosomiques touchant de longs segments d’ADN
qu’on peut considérer comme des mutations à grande échelle.
Maintenant, nous abordons les mutations à petite échelle
d’une ou de quelques paires de nucléotides, notamment les
mutations ponctuelles. Il s’agit de modifications chimiques
touchant une seule paire de bases nucléotidiques d’un gène.
Si elle apparaît dans un gamète ou dans une cellule productrice de gamètes, une mutation ponctuelle peut être
transmise à la descendance immédiate et aux générations suivantes. Quand elle a des effets nocifs sur le phénotype d’un
organisme, on parle d’anomalie génétique ou de maladie
héréditaire. Par exemple, on a trouvé la cause génétique de
l’anémie à hématies falciformes : cette maladie est due à la
mutation touchant une seule paire de nucléotides du gène
qui code pour la b-globine, l’un des polypeptides de l’hémoglobine. Cette modification d’un seul nucléotide de la
matrice d’ADN entraîne la production d’une protéine anormale (figure 17.23 ; voir aussi la figure 5.21, p. 92). L’hémoglobine ainsi transformée des personnes homozygotes pour
le gène mutant donne aux hématies (globules rouges) une
forme de faucille qui réduit substantiellement la fixation du
dioxygène. Cela fait apparaître les nombreux symptômes de
l’anémie à hématies falciformes (voir le chapitre 14). La myocardio pathie familiale, un trouble cardiaque, est une autre
anomalie causée par une mutation ponctuelle ; cette maladie
est responsable de mort subite chez de jeunes athlètes. On
a découvert plusieurs mutations ponctuelles susceptibles de
provoquer cette affection.
synthétisent les protéines du réseau de membranes intracellulaires (l’enveloppe nucléaire, le RE, l’appareil de Golgi, les
lysosomes, les vacuoles et la membrane plasmique) ainsi que
celles qui doivent être sécrétées à l’extérieur de la cellule
(comme l’insuline). Il est important de noter que tous les
ribosomes sont identiques et qu’ils peuvent passer de l’état
libre à l’état lié.
Quel est le facteur qui détermine si un ribosome se trouve
libre dans le cytosol ou lié au réticulum endoplasmique ? Il
faut savoir que la synthèse de tout polypeptide commence
dans le cytosol lorsqu’un ribosome libre entame la traduction
d’une molécule d’ARNm. Le processus se poursuit entièrement
dans ce milieu sauf si le polypeptide en cours de synthèse
incite le ribosome, par une séquence particulière d’acides aminés, à se fixer au RE. Par exemple, les protéines destinées au
réseau de membranes intracellulaires ou devant être sécrétées
portent une séquence signal de peptides qui les oriente
vers le RE (figure 17.22). Cette séquence compte environ
20 acides aminés et se situe à l’extrémité N-terminale du
polypeptide ou près de celle-ci. Au moment où la séquence
signal émerge du ribosome, elle est reconnue par un complexe
appelé particule de reconnaissance du signal (PRS).
Celle-ci est constituée de six protéines et d’un petit ARN. Elle
agit alternativement comme un interrupteur de la synthèse
protéique et elle escorte le ribosome jusqu’à une protéine
réceptrice dans la membrane du RE. Cette protéine réceptrice
fait partie d’un complexe de translocation multiprotéique. La
synthèse du polypeptide se poursuit à cet endroit, et la molécule en voie de formation commence à passer dans la lumière
du RE en se faufilant à travers un canal protéique de la membrane. Sa séquence signal est habituellement enlevée par une
peptidase. S’il est destiné à devenir une protéine de sécrétion,
le polypeptide enfin complété est libéré dans la solution qui
remplit la lumière du RE (voir la figure 17.22). S’il doit devenir une protéine membranaire, il reste partiellement enchâssé
dans la membrane du RE.
D’autres types de séquences signal dirigent les polypeptides vers les mitochondries, les chloroplastes, l’intérieur du
noyau et d’autres organites qui ne font pas partie du réseau
intracellulaire de membranes. Dans ces cas, la principale particularité est que la traduction prend fin dans le cytosol,
avant que le polypeptide soit exporté vers l’organite auquel il
est destiné. Les mécanismes de translocation sont également
variables ; mais, dans tous les cas qui ont été étudiés jusqu’à
aujourd’hui, on a mis en évidence divers types de séquence
signal qui font office de « codes postaux » chargés d’acheminer les protéines vers un endroit particulier de la cellule ou
qui les destinent à devenir des protéines de sécrétion. Les Bactéries emploient également des séquences signal pour acheminer les protéines destinées à devenir des protéines de
sécrétion vers la membrane plasmique.
retour sur le ConCept 17.4
1. Quels sont les deux processus qui garantissent que
l’acide aminé approprié est ajouté à une chaîne
polypeptidique en cours de synthèse ?
2. Comment la structure de l’ARNr contribue-t-elle
probablement à la fonction ribosomale ?
3. Expliquez comment un polypeptide destiné à être
sécrété à l’extérieur de la cellule est transporté au
réseau intracellulaire de membranes.
4.
et sI ?
FAItes un dessIn Si un ARNt possède
l’anticodon 39-CGU-59, quels sont les deux codons
différents auxquels il peut se lier ? Dessinez chacun
d’eux sur un ARNm, en identifiant toutes les extrémités 59 et 39. Ajoutez l’acide aminé transporté
par l’ARNt.
Voir les réponses proposées à la fin du chapitre.
ConCept
17.5
Les mutations d’un ou de quelques
nucléotides peuvent modifier la structure
et la fonction des protéines
Après avoir étudié le processus de l’expression génique, vous
êtes maintenant prêt à comprendre les effets des modifications sur l’information génétique d’une cellule (ou d’un virus).
Ces modifications, appelées mutations, sont à l’origine de
l’immense diversité des gènes présents parmi les organismes
parce que les mutations sont la source première de nouveaux
gènes. À la figure 15.14, (p. 343), nous avons parlé des remaniements chromosomiques touchant de longs segments d’ADN
qu’on peut considérer comme des mutations à grande échelle.
Maintenant, nous abordons les mutations à petite échelle
d’une ou de quelques paires de nucléotides, notamment les
mutations ponctuelles. Il s’agit de modifications chimiques
touchant une seule paire de bases nucléotidiques d’un gène.
Si elle apparaît dans un gamète ou dans une cellule productrice de gamètes, une mutation ponctuelle peut être
transmise à la descendance immédiate et aux générations suivantes. Quand elle a des effets nocifs sur le phénotype d’un
organisme, on parle d’anomalie génétique ou de maladie
héréditaire. Par exemple, on a trouvé la cause génétique de
l’anémie à hématies falciformes : cette maladie est due à la
mutation touchant une seule paire de nucléotides du gène
qui code pour la b-globine, l’un des polypeptides de l’hémoglobine. Cette modification d’un seul nucléotide de la
matrice d’ADN entraîne la production d’une protéine anormale (figure 17.23 ; voir aussi la figure 5.21, p. 92). L’hémoglobine ainsi transformée des personnes homozygotes pour
le gène mutant donne aux hématies (globules rouges) une
forme de faucille qui réduit substantiellement la fixation du
dioxygène. Cela fait apparaître les nombreux symptômes de
l’anémie à hématies falciformes (voir le chapitre 14). La myocardio pathie familiale, un trouble cardiaque, est une autre
anomalie causée par une mutation ponctuelle ; cette maladie
est responsable de mort subite chez de jeunes athlètes. On
a découvert plusieurs mutations ponctuelles susceptibles de
provoquer cette affection.