412 trOiSiÈMe partie La génétique
retour sur le ConCept 18.1
1. Comment la liaison du corépresseur de trp et
de l’inducteur de lac à leurs répresseurs respectifs
modifie-t-elle la fonction et la transcription du
répresseur dans chaque cas ?
2. Décrivez la liaison de l’ARN polymérase, des répresseurs et des activateurs à l’opéron lac quand le lactose
et le glucose sont tous les deux rares. Quel est l’effet
de cette rareté sur la transcription de l’opéron lac ?
3.
et sI ?
Une certaine mutation survenue chez
E. coli modifie l’opérateur lac, ce qui rend impossible sa liaison avec le répresseur actif. Expliquez les
conséquences de ce changement sur la production
de b -galactosidase par la bactérie.
Voir les réponses proposées à la fin du chapitre.
ConCept
18.2
chez les eucaryotes, la régulation
de l’expression génique s’exerce
à de nombreux stades
Tous les organismes, Procaryotes ou Eucaryotes, doivent assurer en tout temps la régulation des gènes exprimés. À l’instar
des organismes unicellulaires, les cellules des organismes
multicellulaires doivent continuellement activer et désactiver
des gènes en réponse à des stimulus provenant des milieux
interne et externe. La régulation de l’expression génique est
également essentielle pour la spécialisation des cellules d’un
organisme multicellulaire, qui est constitué de différents
types de cellules, chacune exerçant un rôle différent. Pour
remplir son rôle, chaque cellule doit assurer le maintien d’un
programme spécifique de son expression génique dans lequel
certains gènes sont exprimés et d’autres ne le sont pas.
L’expression génique différentielle
Une cellule humaine quelconque n’exprime probablement
qu’environ 20 % de ses gènes à la fois, et cette proportion est
encore plus faible dans les cellules hautement spécialisées,
comme les cellules musculaires ou les cellules nerveuses.
Dans un organisme, presque toutes les cellules contiennent
un génome identique. (Les cellules du système immunitaire
font exception, comme nous le verrons au chapitre 43.)
Cependant, le sous-ensemble de gènes exprimé dans chaque
type de cellules est unique, ce qui permet à ces cellules de
remplir leur fonction spécifique. Les différences entre les
types de cellules ne sont par conséquent pas attribuables à la
présence de différents gènes, mais plutôt à l’expression
génique différentielle, qui permet à des cellules dont le
génome est identique d’exprimer des gènes différents.
La fonction d’une cellule, que ce soit celle d’un Eucaryote
unicellulaire ou d’un type particulier de cellule dans un organisme multicellulaire, dépend de l’ensemble approprié de
gènes exprimés. Les facteurs qui transcrivent l’ADN doivent
repérer les gènes qu’il faut au moment voulu, ce qui est aussi
difficile que de chercher une aiguille dans une botte de foin.
Lorsque l’expression génique se déroule anormalement, des
déséquilibres sérieux et des maladies graves peuvent apparaître,
notamment le cancer.
La figure 18.6 résume l’ensemble du processus d’expression génique dans la cellule eucaryote. Elle met en relief les
étapes principales de l’expression d’un gène codant pour une
protéine. Chacune de ces étapes est un point de régulation
L’ARN
polymérase
se lie et effectue
la transcription.
Promoteur
Promoteur
Répresseur
de lac inactif
Répresseur
de lac inactif
L’ARN polymérase
est moins susceptible
de se lier.
lacI
lacI
lacZ
lacZ
ADN
AMPc
Site de liaison
de la protéine CAP
ADN
Protéine CAP
inactive
Protéine
CAP
inactive
Protéine
CAP
active
Opérateur
Opérateur
Allolactose
(a) Présence de lactose, peu de glucose (concentration d’AMPc
élevée) : synthèse de grandes quantités d’ARNm lac. Si le
glucose est rare, la concentration élevée d’AMPc active la protéine
CAP, et l’opéron lac produit de grandes quantités d’ARNm qui code
pour les enzymes de la voie du lactose.
(b) Présence de lactose et de glucose (concentration d’AMPc
faible) : synthèse de faibles quantités d’ARNm lac. Lorsque le
glucose est présent, l’AMPc se fait rare, et la protéine CAP n’est pas
en mesure de stimuler la transcription à une vitesse importante,
bien qu’il n’y ait aucun répresseur lié.
Site de liaison
de la protéine CAP
m Figure 18.5 La régulation positive de l’opéron lac par la protéine
activatrice du catabolisme (CAP). L’ARN polymérase a une forte affinité
pour le promoteur de lac seulement lorsque la protéine activatrice
du catabolisme (CAP) s’unit à l’ADN à l’extrémité amont du promoteur.
La protéine CAP se lie à l’ADN seulement si elle est associée à l’AMP
cyclique (AMPc), dont la concentration augmente dans la cellule lorsque
celle du glucose diminue. Donc, quand le glucose est présent, même s’il
y a aussi du lactose, la cellule catabolise en priorité le glucose et ne
synthétise que de très petites quantités d’enzymes qui métabolisent
le lactose.
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1. Comment la liaison du corépresseur de trp et
de l’inducteur de lac à leurs répresseurs respectifs
modifie-t-elle la fonction et la transcription du
répresseur dans chaque cas ?
2. Décrivez la liaison de l’ARN polymérase, des répresseurs et des activateurs à l’opéron lac quand le lactose
et le glucose sont tous les deux rares. Quel est l’effet
de cette rareté sur la transcription de l’opéron lac ?
3.
et sI ?
Une certaine mutation survenue chez
E. coli modifie l’opérateur lac, ce qui rend impossible sa liaison avec le répresseur actif. Expliquez les
conséquences de ce changement sur la production
de b -galactosidase par la bactérie.
Voir les réponses proposées à la fin du chapitre.
ConCept
18.2
chez les eucaryotes, la régulation
de l’expression génique s’exerce
à de nombreux stades
Tous les organismes, Procaryotes ou Eucaryotes, doivent assurer en tout temps la régulation des gènes exprimés. À l’instar
des organismes unicellulaires, les cellules des organismes
multicellulaires doivent continuellement activer et désactiver
des gènes en réponse à des stimulus provenant des milieux
interne et externe. La régulation de l’expression génique est
également essentielle pour la spécialisation des cellules d’un
organisme multicellulaire, qui est constitué de différents
types de cellules, chacune exerçant un rôle différent. Pour
remplir son rôle, chaque cellule doit assurer le maintien d’un
programme spécifique de son expression génique dans lequel
certains gènes sont exprimés et d’autres ne le sont pas.
L’expression génique différentielle
Une cellule humaine quelconque n’exprime probablement
qu’environ 20 % de ses gènes à la fois, et cette proportion est
encore plus faible dans les cellules hautement spécialisées,
comme les cellules musculaires ou les cellules nerveuses.
Dans un organisme, presque toutes les cellules contiennent
un génome identique. (Les cellules du système immunitaire
font exception, comme nous le verrons au chapitre 43.)
Cependant, le sous-ensemble de gènes exprimé dans chaque
type de cellules est unique, ce qui permet à ces cellules de
remplir leur fonction spécifique. Les différences entre les
types de cellules ne sont par conséquent pas attribuables à la
présence de différents gènes, mais plutôt à l’expression
génique différentielle, qui permet à des cellules dont le
génome est identique d’exprimer des gènes différents.
La fonction d’une cellule, que ce soit celle d’un Eucaryote
unicellulaire ou d’un type particulier de cellule dans un organisme multicellulaire, dépend de l’ensemble approprié de
gènes exprimés. Les facteurs qui transcrivent l’ADN doivent
repérer les gènes qu’il faut au moment voulu, ce qui est aussi
difficile que de chercher une aiguille dans une botte de foin.
Lorsque l’expression génique se déroule anormalement, des
déséquilibres sérieux et des maladies graves peuvent apparaître,
notamment le cancer.
La figure 18.6 résume l’ensemble du processus d’expression génique dans la cellule eucaryote. Elle met en relief les
étapes principales de l’expression d’un gène codant pour une
protéine. Chacune de ces étapes est un point de régulation
L’ARN
polymérase
se lie et effectue
la transcription.
Promoteur
Promoteur
Répresseur
de lac inactif
Répresseur
de lac inactif
L’ARN polymérase
est moins susceptible
de se lier.
lacI
lacI
lacZ
lacZ
ADN
AMPc
Site de liaison
de la protéine CAP
ADN
Protéine CAP
inactive
Protéine
CAP
inactive
Protéine
CAP
active
Opérateur
Opérateur
Allolactose
(a) Présence de lactose, peu de glucose (concentration d’AMPc
élevée) : synthèse de grandes quantités d’ARNm lac. Si le
glucose est rare, la concentration élevée d’AMPc active la protéine
CAP, et l’opéron lac produit de grandes quantités d’ARNm qui code
pour les enzymes de la voie du lactose.
(b) Présence de lactose et de glucose (concentration d’AMPc
faible) : synthèse de faibles quantités d’ARNm lac. Lorsque le
glucose est présent, l’AMPc se fait rare, et la protéine CAP n’est pas
en mesure de stimuler la transcription à une vitesse importante,
bien qu’il n’y ait aucun répresseur lié.
Site de liaison
de la protéine CAP
m Figure 18.5 La régulation positive de l’opéron lac par la protéine
activatrice du catabolisme (CAP). L’ARN polymérase a une forte affinité
pour le promoteur de lac seulement lorsque la protéine activatrice
du catabolisme (CAP) s’unit à l’ADN à l’extrémité amont du promoteur.
La protéine CAP se lie à l’ADN seulement si elle est associée à l’AMP
cyclique (AMPc), dont la concentration augmente dans la cellule lorsque
celle du glucose diminue. Donc, quand le glucose est présent, même s’il
y a aussi du lactose, la cellule catabolise en priorité le glucose et ne
synthétise que de très petites quantités d’enzymes qui métabolisent
le lactose.