Etude pratique de l’expression du programme génétique à partir du logiciel Anagène

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Auteur de l’article: JC Benhamou

[Sommaire]: Ce travail constitue une approche pratique de l’expression du gène. Il met en lumière les étapes successives de la synthèse des protéines,  Transcription  et  Traduction , et précise les caractéristiques du  Code génétique.

 

Fiche élève :

 

  1. Objectifs:
    L’objectif de ce travail est de comprendre les mécanismes de l’expression des gènes.
    Dans cette étude on utilisera les séquences des 2 brins de l’ADN du gène codant pour la chaîne bêta de l’hémoglobine, la séquence d’ARNm correspondante et la séquence protéique codée par ce gène.
  2.  Pré-requis:
    -l’ADN est le support chimique des gènes. Il est localisé dans le noyau et il dirige la synthèse des protéines
    -la synthèse des protéines a lieu dans le cytoplasme
    -l’ARN est un intermédiaire indispensable entre l’ADN et les protéines, qui assure le transfert de l’information du noyau vers le cytoplasme. Celui-ci est encore appelé ARN messager ou ARNm
    -La synthèse des protéines ou « expression du gène » se fait donc en 2 étapes: la transcription (qui est l’opération qui consiste à « transcrire » une information codée dans l’ADN en une information codée dans l’ARNm) et la traduction (qui est l’opération qui consiste à traduire l’information codée dans l’ARNm en protéine).
    -l’ARNm est formé d’une seule chaîne de nucléotides. Dans l’ARN la thymine est remplacée par l’uracile
    -la réplication de l’ADN selon un mode semi-conservatif obéit à la loi de complémentarité des bases.
  3. Problèmes posés (collectivement) et à résoudre:
    -Comment une information codée dans l’ADN est-elle transcrite en une information codée dans l’ARNm?
    -Comment le message contenu dans l’ARNm est-il lu? Est-il lu dans une seule direction? Nucléotide par nucléotide?
    -Comment la séquence de nucléotides de l’ARNm est-elle traduite en une séquence d’acides aminés? Quelle est la correspondance?

 

  • Les mécanismes de la transcription:
    Pour appréhender ces mécanismes, vous devez réaliser les opérations indiquées dans la fiche pratique n°1 et répondre successivement aux questions Q1, Q2, Q3.

Q1: Comparez les séquences de nucléotides du brin 1 de l’ADN et de l’ARNm et indiquez les différences.
Q2: Comparez les séquences de nucléotides du brin 2 de l’ADN et de l’ARNm, et précisez la relation entre ce brin d’ADN et l’ARNm.
Q3: En tenant compte de vos connaissances sur la structure de l’ADN et la règle de réplication, proposez un mécanisme de synthèse de l’ARNm à partir de l’ADN.
Quel est celui des 2 brins qui est transcrit ? 

 

  • Les mécanismes de la traduction:
    Vous devez réaliser les opérations indiquées dans la fiche pratique n°2 et répondre successivement aux questions Q4, Q5, Q6, Q7.

Q4: Notez la longueur de la séquence d’ARNm et celle du polypeptide qui résulte de la traduction du message génétique. Formulez une 1ère hypothèse sur le nombre de nucléotides qui désigne un acide aminé.
Q5: Comparez le polypeptide « Pro-Bêta ARNm » résultant de la traduction de l’ARNm à partir du premier nucléotide de la séquence avec le « Polypeptide bêta » de référence de la banque de données. Proposez une idée sur la manière dont est lu le message.
Q6: Comparez le polypeptide obtenu à partir de la séquence inversée d’ARNm au polypeptide de référence de la banque de données et proposez une hypothèse sur le sens de lecture du message.
Q7: Comparez les polypeptides résultant d’une traduction des séquences d’ARNm à partir des nucléotides 4, 7, 10…, puis 2, 3, 5, avec le polypeptide de référence, et concluez. 

 

  • Les caractéristiques du code génétique:
    Après une mise au point collective du travail effectué et après avoir défini l’unité de code génétique ou codon, les caractéristiques du code peuvent être approfondies. De nouvelles questions se posent:
    Des triplets différents peuvent-ils coder pour le même acide aminé? Existe t-il beaucoup de triplets qui ne codent pour aucun acide aminé? Quelle est leur signification biologique?

Vous devez réaliser les opérations indiquées dans la fiche pratique n°3 et répondre successivement aux questions Q8, Q9.

Q8: Que constatez-vous?
Q9: Quelle est la signification des codons UAA, UAG, ou UGA?

 

Fiche pratique n°1 / [Transcription]
1)Afficher les séquences des 2 brins de l’ADN (appelées brin1 et brin2) et de l’ARNm codant
Cliquer successivement sur
 » Fichier « ,  » Thèmes d’étude « ,  » Expression de l’information génétique « , » Globine bêta « ,  » Gène et ARNm codant « , OK2)Comparer les séquences des 2 brins d’ADN successivement avec l’ARNm
Sélectionner les séquences Bêta brin1 et Bêta ARNm cod dans la fenêtre d’affichage en cliquant sur le bouton de sélection. Cliquer ensuite sur
 » Traiter « ,  » Comparer les séquences « , Faire une comparaison simple.
Le résultat du traitement s’affiche dans une fenêtre qui se place en dessous de la fenêtre d’affichage des séquences. La première séquence sert de référence pour la comparaison.
Répondre à la question 1.
Fermer la fenêtre de comparaison.
Sélectionner les séquences Bêta brin2 et Bêta ARNm cod et suivre la même démarche.
Répondre aux questions 2 et 3.
Fermer la fenêtre de comparaison, mais pas la fenêtre d’affichage.

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Fiche pratique n°2 / [Traduction]

1)Afficher les séquences des 2 brins d’ADN, de l’ARNm codant et du polypeptide correspondant
Cliquer successivement sur
 » Fichier « ,  » Thèmes d’étude « ,  » Expression de l’information génétique « ,  » Globine bêta « ,  » Séquence peptidique  » contenue dans la banque.

2)Convertir la séquence d’ARNm codant en polypeptide à partir de la première base de la séquence
Sélectionner Bêta ARNm cod dans la fenêtre d’affichage, cliquer ensuite sur
 » Traiter « ,  » Convertir les séquences « . Afficher les séquences d’ARNm et du Peptide dans la fenêtre d’affichage / édition, choisir l’option  » traduction simple « , qui convertit la séquence d’ARN en polypeptide à partir de la première base de la séquence. Valider.
Répondre à la question 4.

 3)Comparer le polypeptide résultant de cette traduction, appelé  » Pro-Bêta ARNm  » avec le polypeptide de la banque de données, nommé  » Polypeptide bêta « 
Sélectionner Polypeptide bêta et Pro-Bêta ARNm
 » Traiter « ,  » Comparer les séquences  » Faire une comparaison simple
Répondre à la question 5.

4)Inverser la séquence d’ARNm et traduire cette séquence en peptide
Fermer d’abord la fenêtre de comparaison.
-Dupliquer la séquence d’ARNm avant de la modifier.
Sélectionner la séquence Bêta ARNm cod dans la fenêtre d’affichage, et cliquer sur
 » Edition « ,  » Dupliquer la séquence  »
-Déprotéger la séquence avant de la traiter
 » Options « ,  » Protéger les données  » et désélectionner
-Inverser la séquence
 » Edition « ,  » Inverser la séquence « . Elle s’affiche en i-Bêta ARNm cod .
-Traduire la séquence i-Bêta ARNm codant
 » Traiter « ,  » Convertir les séquences « . Afficher les séquences d’ARNm et du Peptide et choisir l’option  » traduction simple « , valider.
Répondre à la question 6. Puis éliminer les séquences inversées.

 5)Traduire l’ARNm cod à partir du 4ème, 7ème, 10ème nucléotide…puis à partir du 2ème, 3ème, 5ème nucléotide.
-Dupliquer la séquence d’ARNm avant de la modifier.
Sélectionner la séquence Bêta ARNm cod dans la fenêtre d’affichage, et cliquer sur
 » Edition « ,  » Dupliquer la séquence  »
-Supprimer le 1er triplet de nucléotides.
Sélectionner les 3 premiers nucléotides, et cliquer sur
 » Edition « ,  » Couper  »
-Traduire la nouvelle séquence d’ARNm
 » Traiter « ,  » Convertir les séquences « . Afficher les séquences d’ARNm et du Peptide et choisir l’option  » traduction simple « , valider.
Noter la différence
Supprimer les 2 et 3ème triplets et traiter les nouvelles séquences.
Pour convertir la séquence à partir des positions 2, 3, 5, vous devrez au préalable dupliquer la séquence d’ARNm entière.
Répondre à la question 7.

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Fiche pratique n°3 / Caractéristiques du [code génétique ]

1)Visualiser le tableau du code génétique proposé par le logiciel
Cliquer sur
« Informations », « Tableau du code génétique »

2)Désigner de manière active plusieurs triplets de nucléotides
Répondre à la question 8

3)Signification des triplets qui ne codent pour aucun acide aminé
L’introduction de séquences d’ARN contenant l’un ou l’autre de ces codons, puis la conversion de ces séquences en polypeptides permet d’apporter une réponse.
Cliquer sur
 » Fichier « ,  » Créer « . Indiquer le type et donner un nom à la séquence que vous allez créer, puis commencer la saisie dans la fenêtre d’affichage. Entrer une séquence de 30 nucléotides environ dans laquelle vous introduirez en position 16, 17, 18, par ex, les codons UAA ou UAG ou UGA. Sélectionner la séquence et la traduire.
 » Traiter « ,  » Convertir les séquences « . Afficher les séquences d’ARNm et du Peptide et choisir l’option  » traduction simple « , valider.
Répondre à la question 9. 

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