Karamö, le prof virtuelLeçon 6 sur 49
La transcription
Je sais décrire comment un gène est copié en ARN messager dans le noyau, interpréter une image de transcription et expliquer la maturation de l'ARN chez les eucaryotes.
- 1 h
- 5 exercices corrigés
- 2 schémas
- QCM de 5 questions
À la fin de la leçon, tu sauras :
- Définir la transcription et situer son lieu dans la cellule
- Décrire le rôle de l'ARN polymérase et les trois phases : initiation, élongation, terminaison
- Interpréter une électronographie de gènes en cours de transcription
- Expliquer la maturation de l'ARN pré-messager (coiffe, queue poly-A, épissage) et faire des calculs sur les exons
Avant de commencer : Les leçons sur l'ADN, l'ARN, le code génétique et l'expression de l'information génétique (brin transcrit, complémentarité, orientation 5'-3').
1Je découvre
Dans une imprimerie de Conakry, Fatoumata observe le travail de l'imprimeur. Le texte original d'un livre est gardé précieusement dans un bureau. Pour chaque commande, on n'imprime pas le livre entier : on copie seulement la page demandée, puis on la corrige, on enlève les passages inutiles, et on l'envoie à l'atelier de reliure.
Le soir, en révisant sa biologie, Fatoumata fait le rapprochement : l'ADN est le texte original, gardé dans le noyau ; un gène est une page ; l'ARN messager est la copie qui part vers les ribosomes. Mais elle se demande : qui fait cette copie ? Copie-t-on les deux brins de l'ADN ou un seul ? Dans quel sens ? Et la copie est-elle envoyée telle quelle, ou est-elle « corrigée » avant de quitter le noyau ?
Comment un gène est-il copié en ARN messager, et comment cette copie est-elle préparée avant d'être traduite ?
2Je comprends
1. Définition et lieu
La transcription est la synthèse d'une molécule d'ARN à partir d'un brin d'ADN, par complémentarité des bases. Chez les eucaryotes, elle a lieu dans le noyau. Chez les procaryotes (bactéries), qui n'ont pas de noyau, elle a lieu dans le cytoplasme.
Tous les ARN de la cellule (messagers, de transfert, ribosomiques) sont produits par transcription. Dans cette leçon, on s'intéresse surtout à l'ARN messager.
2. Les acteurs de la transcription
- Le gène : un fragment d'ADN. Pour ce gène, un seul brin est copié : c'est le brin transcrit (ou brin matrice). L'autre brin est le brin non transcrit (ou brin codant) ; il a la même séquence que l'ARN, avec T à la place de U.
- L'ARN polymérase : l'enzyme qui fabrique l'ARN. Elle se fixe sur l'ADN, ouvre localement la double hélice et assemble les nucléotides.
- Les nucléotides libres d'ARN (à A, U, G et C), présents dans le noyau, qui fournissent aussi l'énergie nécessaire.
3. Les trois phases de la transcription
a) L'initiation. L'ARN polymérase reconnaît et se fixe sur une séquence particulière de l'ADN située au début du gène : le promoteur. Elle sépare les deux brins sur une petite longueur, en rompant les liaisons hydrogène entre les bases.
b) L'élongation. L'ARN polymérase se déplace le long du brin transcrit. En face de chaque base de ce brin, elle place le nucléotide d'ARN complémentaire (A en face de T, U en face de A, G en face de C, C en face de G) et le lie au nucléotide précédent. L'ARN s'allonge de son extrémité 5' vers son extrémité 3' ; le brin transcrit est donc lu de 3' vers 5'. Derrière l'enzyme, l'ARN se détache et les deux brins d'ADN se réassocient.
c) La terminaison. Arrivée à une séquence de fin du gène (signal de terminaison), l'ARN polymérase se détache de l'ADN et libère l'ARN.
- 1Initiation : l'ARN polymérase se fixe sur le promoteur et ouvre la double hélice
- 2Élongation : elle lit le brin transcrit de 3' vers 5' et assemble l'ARN de 5' vers 3' par complémentarité
- 3Derrière l'enzyme, l'ARN se détache et l'ADN se referme
- 4Terminaison : au signal de fin, l'enzyme se détache et libère l'ARN
4. Observer la transcription au microscope électronique
Au microscope électronique, on peut observer des gènes en cours de transcription. On voit un axe (la molécule d'ADN) sur lequel sont fixés de nombreux points (les ARN polymérases), d'où partent des filaments latéraux (les ARN en cours de fabrication). Ces filaments sont de plus en plus longs d'une extrémité à l'autre du gène, ce qui donne à l'ensemble une forme de plume ou d'« arbre de Noël ».
Interprétation :
- les ARN les plus courts sont au début du gène (les polymérases viennent de commencer) ;
- les ARN les plus longs sont vers la fin du gène (les polymérases ont presque terminé) ;
- on en déduit le sens de la transcription : du côté des ARN courts vers le côté des ARN longs ;
- plusieurs ARN polymérases transcrivent le même gène en même temps : un gène peut ainsi produire beaucoup de copies d'ARN en peu de temps. C'est une amplification de l'information.
5. La maturation de l'ARN chez les eucaryotes
Chez les eucaryotes, l'ARN obtenu directement par transcription est un ARN pré-messager (ou transcrit primaire). Il doit être modifié avant de quitter le noyau : c'est la maturation.
- L'ajout d'une coiffe à l'extrémité 5' : elle protège l'ARN et aide le ribosome à s'y fixer.
- L'ajout d'une queue poly-A à l'extrémité 3' : une longue suite de nucléotides à adénine, qui protège l'ARN de la dégradation.
- L'épissage : le gène eucaryote est « morcelé ». Il comprend des exons, séquences conservées dans l'ARNm, et des introns, séquences qui sont transcrites mais éliminées de l'ARN pré-messager. Les exons restants sont raccordés bout à bout.
L'ARN messager mature ainsi obtenu passe dans le cytoplasme par les pores nucléaires. Il est donc plus court que le gène et que l'ARN pré-messager. Les bactéries n'ont en général pas d'introns : leur ARNm est traduit directement.
- Copie complète du gène
- Contient exons et introns
- Pas de coiffe ni de queue poly-A
- Reste dans le noyau
- Copie modifiée
- Contient seulement les exons
- Coiffe en 5', queue poly-A en 3'
- Passe dans le cytoplasme
Méthode
Pour écrire l'ARN transcrit et identifier le brin transcrit :
- Je repère le brin transcrit : c'est celui qui est complémentaire de l'ARN (si on me donne l'ARN), ou celui qui est lu de 3' vers 5' dans le sens de la transcription.
- J'écris l'ARN en face, base par base : A → U, T → A, G → C, C → G.
- Je place 5' en face du 3' du brin transcrit.
- Je vérifie : l'ARN a la même séquence que le brin non transcrit, U remplaçant T.
Exemple
Un fragment d'ADN double brin est :
brin 1 : 5'-ATGGCTTACGAA-3'
brin 2 : 3'-TACCGAATGCTT-5'
Un ARN de séquence 5'-AUGGCUUACGAA-3' a été obtenu. Quel brin a été transcrit ?
L'ARN a la même séquence que le brin 1 (U à la place de T) : le brin 1 est donc le brin non transcrit.
L'ARN est complémentaire du brin 2 : c'est le brin 2 qui a été transcrit, lu de son extrémité 3' vers son extrémité 5'.
Exemple
Un gène comprend, dans l'ordre : exon 1 (150 paires de bases), intron 1 (400), exon 2 (210), intron 2 (300), exon 3 (240). On suppose que tout l'ARNm mature, codon stop compris, est traduit. Calculer la longueur de l'ARN pré-messager, celle de l'ARNm mature (sans la coiffe ni la queue poly-A), et le nombre d'acides aminés de la protéine.
ARN pré-messager : 150 + 400 + 210 + 300 + 240 = 1 300 nucléotides.
ARNm mature : 150 + 210 + 240 = 600 nucléotides.
Nombre de codons : 600 ÷ 3 = 200, dont 1 codon stop.
Protéine : 200 − 1 = 199 acides aminés.
Proportion éliminée par l'épissage : 700 ÷ 1 300 ≈ 54 %.
3Je retiens
Je retiens
La transcription est la synthèse d'un ARN à partir d'un seul brin d'ADN (le brin transcrit), par complémentarité ; chez les eucaryotes, elle a lieu dans le noyau.
L'enzyme est l'ARN polymérase ; elle se fixe sur le promoteur, lit le brin transcrit de 3' vers 5' et fabrique l'ARN de 5' vers 3'.
Trois phases : initiation, élongation, terminaison.
Plusieurs ARN polymérases transcrivent un gène en même temps : amplification (image en « arbre de Noël »).
Maturation (eucaryotes) : coiffe en 5', queue poly-A en 3', épissage qui élimine les introns et raccorde les exons.
L'ARNm mature, plus court que le gène, passe dans le cytoplasme par les pores nucléaires.
4Erreurs fréquentes
- Dire que les deux brins d'ADN sont transcrits : pour un gène donné, un seul brin est copié.
- Confondre les sens : l'ARN est fabriqué de 5' vers 3' ; c'est le brin transcrit qui est lu de 3' vers 5'.
- Confondre exons et introns : les exons « EXistent » dans l'ARNm mature, les introns sont éliminés.
- Calculer le nombre d'acides aminés à partir du gène entier chez un eucaryote : il faut d'abord retirer les introns, puis ne pas compter le codon stop.
5Je m’exerce
1Exercice 1
(Questions de cours)
a) Définis la transcription et indique son lieu chez un eucaryote.
b) Quel est le rôle de l'ARN polymérase ? Du promoteur ?
c) Définis exon, intron et épissage.
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) La transcription est la synthèse d'une molécule d'ARN à partir d'un brin d'ADN (le brin transcrit), par complémentarité des bases. Chez un eucaryote, elle a lieu dans le noyau.
b) L'ARN polymérase est l'enzyme qui ouvre l'ADN et assemble les nucléotides d'ARN complémentaires du brin transcrit. Le promoteur est la séquence d'ADN, au début du gène, sur laquelle l'ARN polymérase se fixe pour commencer la transcription.
c) Un exon est une séquence du gène conservée dans l'ARNm mature ; un intron est une séquence du gène transcrite mais éliminée ; l'épissage est l'élimination des introns de l'ARN pré-messager et le raccordement des exons.
2Exercice 2
Le brin transcrit d'un gène est : 3'-TACTTCAAAGCCATT-5'.
a) Écris l'ARN transcrit.
b) Écris le brin non transcrit.
c) Traduis l'ARN à l'aide du code génétique (AUG : Met ; AAG : Lys ; UUU : Phe ; CGG : Arg ; UAA : stop).
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) ARN : 5'-AUGAAGUUUCGGUAA-3'.
b) Brin non transcrit : 5'-ATGAAGTTTCGGTAA-3'.
c) AUG AAG UUU CGG UAA : Met – Lys – Phe – Arg (UAA = stop).
3Exercice 3
Sur une électronographie de gènes en cours de transcription, on observe un axe de 2 µm portant 60 filaments latéraux dont la longueur augmente régulièrement de l'extrémité gauche vers l'extrémité droite.
a) Que représentent l'axe, les points d'attache des filaments et les filaments ?
b) Dans quel sens se fait la transcription ? Justifie.
c) Quel est l'intérêt, pour la cellule, de la présence de nombreux filaments sur un même gène ?
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a) L'axe est la molécule d'ADN (le gène) ; les points d'attache sont les ARN polymérases ; les filaments sont les ARN en cours de synthèse.
b) Les filaments courts sont à gauche : les polymérases qui les portent viennent de commencer. Les longs sont à droite : ces polymérases ont presque fini. La transcription se fait donc de la gauche vers la droite.
c) Plusieurs ARN polymérases transcrivent le gène en même temps : on obtient rapidement de nombreuses copies d'ARN, donc beaucoup de protéines. C'est une amplification de l'information.
4Exercice 4
Un gène eucaryote comprend 4 exons de 120, 90, 180 et 210 nucléotides, séparés par 3 introns de 500, 250 et 350 nucléotides. Tout l'ARNm mature (codon initiateur et codon stop compris) est traduit.
a) Calcule la longueur de l'ARN pré-messager et celle de l'ARNm mature (sans coiffe ni queue poly-A).
b) Calcule le nombre d'acides aminés de la protéine.
c) Un élève calcule la protéine à partir de la longueur totale du gène. Quel résultat trouve-t-il et pourquoi est-ce faux ?
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a) Pré-messager : 120 + 500 + 90 + 250 + 180 + 350 + 210 = 1 700 nucléotides. ARNm mature : 120 + 90 + 180 + 210 = 600 nucléotides.
b) 600 ÷ 3 = 200 codons, dont un codon stop : la protéine compte 199 acides aminés.
c) L'élève divise 1 700 par 3, ce qui ne donne même pas un nombre entier (environ 566,7) : c'est faux, car les introns (1 100 nucléotides) sont éliminés par l'épissage et ne sont jamais traduits.
5Exercice 5
(Type BAC) On fournit à des cellules de l'uridine radioactive, puis on sépare les ARN du noyau et ceux du cytoplasme. On constate que certains ARN du noyau sont beaucoup plus longs que les ARN messagers du cytoplasme qui codent la même protéine. Par ailleurs, si on met un ARNm cytoplasmique en présence du brin transcrit de son gène, l'ARNm s'apparie avec l'ADN, mais certaines portions de l'ADN forment des boucles non appariées.
a) Explique pourquoi les ARN du noyau sont plus longs.
b) Interprète les boucles d'ADN non appariées.
c) Nomme et décris le mécanisme mis en évidence.
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) Les ARN longs du noyau sont les ARN pré-messagers, copies complètes des gènes (exons et introns). Les ARNm du cytoplasme sont des ARN matures, raccourcis par la maturation.
b) L'ARNm mature ne s'apparie qu'avec les portions d'ADN qui lui correspondent : les exons. Les boucles non appariées sont les portions d'ADN qui n'ont pas de correspondance dans l'ARNm : ce sont les introns.
c) C'est l'épissage : dans le noyau, les introns sont retirés de l'ARN pré-messager et les exons raccordés bout à bout. Avec l'ajout de la coiffe et de la queue poly-A, il constitue la maturation qui donne l'ARNm traduit dans le cytoplasme.
Cherche d’abord seul, sur ton cahier, puis ouvre le corrigé pour comparer.
6Je vérifie
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