Expression de l'information génétique — Cours SVT Bac Agro

Dans le programme du Bac Agro

Coefficient 5 en Bac Sciences Agronomiques. Comprendre l'expression d'un gène, c'est comprendre comment une modification de l'ADN (mutation spontanée ou provoquée) change un caractère agronomique : rendement, résistance à une maladie, teneur en un nutriment.

À l'épreuve

À partir d'une séquence d'ADN et d'un tableau du code génétique : écrire l'ARNm, la séquence peptidique, identifier une mutation et son type (neutre, faux-sens, non-sens, décalante), puis relier la modification moléculaire au phénotype de l'organisme.

Objectifs d'apprentissage

Décrire la transcription et la situer dans la cellule
Décrire la traduction : rôle du ribosome, de l'ARNt, des codons
Énoncer les propriétés du code génétique (redondant, non ambigu, quasi universel)
Identifier un type de mutation (substitution, insertion, délétion)
Relier génotype et phénotype aux échelles moléculaire, cellulaire et de l'organisme

Notions clés

Transcription

Dans le noyau, l'ARN polymérase synthétise un ARN messager complémentaire du brin transcrit de l'ADN, l'uracile (U) remplaçant la thymine (T). Chez les eucaryotes, l'ARN pré-messager est ensuite mûri (épissage) avant de gagner le cytoplasme.

Traduction et code génétique

Dans le cytoplasme, le ribosome lit l'ARNm par groupes de 3 nucléotides (codons). Chaque ARNt apporte un acide aminé. Le code génétique est redondant (plusieurs codons par acide aminé), non ambigu (un codon = un acide aminé) et quasi universel ; AUG initie, UAA/UAG/UGA arrêtent.

Mutations et phénotype

Une mutation modifie la séquence : substitution (neutre, faux-sens, non-sens), insertion ou délétion (décalage du cadre de lecture). Le phénotype résulte du génotype aux échelles moléculaire (protéine), cellulaire puis de l'organisme.

Erreurs fréquentes

Confondre transcription (ADN → ARN, dans le noyau) et traduction (ARN → protéine, sur le ribosome).

Écrire un ARNm avec de la thymine : l'ARN contient de l'uracile (U).

Dire que le code génétique est « ambigu » : il est redondant, mais un codon donné code toujours le même acide aminé.

Exemple corrigé

Énoncé

Le brin non transcrit (brin codant) d'un gène a pour séquence 5'-ATG GCA AAA TAA-3'. Donner la séquence de l'ARNm, puis la séquence peptidique (codons : AUG = Met, GCA = Ala, AAA = Lys, UAA = stop).

Correction

ARNm. Il a la même séquence que le brin codant, avec U à la place de T : 5'-AUG GCA AAA UAA-3'.

Codons. AUG | GCA | AAA | UAA.

Traduction. AUG → Méthionine (initiation) ; GCA → Alanine ; AAA → Lysine ; UAA → codon stop.

Peptide obtenu. Met — Ala — Lys.

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3 exercices pour t'entraîner

Exercice 1

Facile

Quelle base de l'ARN remplace la thymine de l'ADN ?

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L'uracile (U). L'ARN contient donc les bases A, U, G et C.

Exercice 2

Moyen

On donne le brin transcrit d'un gène : 3'-TAC AAG CCC-5'. Écrire l'ARNm correspondant et donner le nombre d'acides aminés codés (aucun codon stop dans ce fragment).

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ARNm complémentaire et antiparallèle, avec U au lieu de T : 5'-AUG UUC GGG-3'. 9 nucléotides = 3 codons (AUG, UUC, GGG) → 3 acides aminés (Met — Phe — Gly).

Exercice 3

Difficile

Une mutation par insertion d'un nucléotide survient au début de la partie codante d'un gène. Expliquer pourquoi la protéine obtenue est presque toujours non fonctionnelle, alors qu'une substitution ponctuelle est souvent sans conséquence.

Voir la correction

Une insertion (non multiple de 3) décale le cadre de lecture : tous les codons situés en aval sont modifiés, la séquence d'acides aminés est entièrement changée à partir du point de mutation, et un codon stop prématuré apparaît en général → protéine tronquée et non fonctionnelle. Une substitution ne modifie qu'un seul codon : grâce à la redondance du code, elle peut être silencieuse (même acide aminé) ou ne changer qu'un acide aminé sans forcément altérer la fonction de la protéine.

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Questions fréquentes

Quelles sont les deux grandes étapes de l'expression d'un gène ?

La transcription (copie du gène en ARN messager, dans le noyau) puis la traduction (synthèse de la protéine à partir de l'ARNm, sur les ribosomes du cytoplasme).

Qu'est-ce qu'un codon ?

Un groupe de trois nucléotides consécutifs de l'ARNm. Chaque codon désigne un acide aminé (ou un signal d'initiation/arrêt) selon le code génétique.

Pourquoi une insertion est-elle plus grave qu'une substitution ?

Parce qu'elle décale le cadre de lecture : toute la séquence en aval est réinterprétée, alors qu'une substitution ne touche qu'un codon. C'est pourquoi la mutagenèse dirigée en amélioration des plantes vise plutôt des substitutions ciblées.