Un petit exercice pour comprendre le code génétique.
Taille d'un codon
Les acides nucléiques sont constitués de 4 nucléotides différents et les protéines de 20 acides aminés différents.
Déterminer le nombre minimum de nucléotides requis pour coder un acide aminé
Si 1 nucléotide code pour 1 acide aminé, alors on ne peut coder que pour 4 acides aminés
Si 2 nucléotides codent pour 1 acide aminé alors on a 42 soit 16 possibilités d'acides aminés
Si 3 nucléotides codent pour 1 acide aminé alors on a 43 soit 64 possibilités d'acides aminés
Il faut donc au moins 3 nucléotides pour passer de l'ARNm à la protéine.
Chevauchement ou non du code génétique
En 1961, Francis Crick, Sydney Brenner et leurs collaborateurs ont réalisé des expériences de mutagenèse sur un gène du bactériophage T4. Leurs résultats sont présentés dans le tableau ci-dessous :
Séquence originelle (0) | ATGCTGCTCTGTGCCGCC... Met Leu Leu Cys Ala Ala ... |
Délétion de 1 nucléotide (1) | ATGCTCTCTGTGCCGCC... Met Leu Ser Val Pro Pro ... |
Délétion de 2 nucléotides (2) | ATGCTTCTGTGCCGCC... Met Pro Leu Cys Arg ... |
Délétion de 3 nucléotides (3) | ATGCTCTGTGCCGCC... Met Leu Cys Ala Ala ... |
Taille des codons
Comparer les séquences nucléotidiques et peptidiques (0) et (3) par rapport aux séquences (1) et (2). Déduire l'information apportée quant à la taille des codons.
La séquence peptidique (3) est identique à la séquence (0) à l'exception de la deuxième leucine qui est absente. Entre les séquences nucléotidiques (0) et (3), 3 nucléotides ont été délétés.
Au contraire, quand on a seulement (1) ou (2) nucléotides délétés, alors c'est toute la chaîne peptidique qui est modifiée en aval de la délétion.
On en déduit que les acides aminés sont codés par 3 nucléotides. Le cadre de lecture est rétabli quand 3 nucléotides sont délétés alors qu'il est complètement décalé si ce n'est pas un multiple de 3.
Chevauchement du code génétique
Représenter (au brouillon) les codons impliqués dans un code chevauchant pour les séquences nucléotidiques (0) et (1). Comparer avec les résultats attendus pour les séquences peptidiques et déduire si le code est chevauchant ou non.
Si le code génétique était chevauchant, alors on aurait :
On ne devrait retrouver de modifications de la séquence protéique que au niveau des 2 codons impliqués dans la mutation et rapidement on retrouverait l’enchaînement d'origine. Ici, tous les codons en aval de la délétion sont modifiés. On n'a donc pas un code chevauchant
Décryptage du code génétique
On synthétise différents ARNm artificiels qu'on traduit ensuite in vitro en présence de l'ensemble des 20 acides aminés. Les résultats sont consignés dans le tableau ci-dessous :
ARNm | Acides aminés composant la protéine synthétisée |
poly-U | Phénylalanine |
poly-UG | Valine et Cystéine |
Poly-UGG | Valine, Glycine et Tryptophane |
Identifier quand c'est possible la séquence des codons correspondant à chacun des acides aminés retrouvés dans les séquences protéiques.
Phénylalanine
Identifier le ou les codon(s) correspondant à la Phénylalanine ?
un seul codon possible
Valine
Identifier le ou les codon(s) correspondant à la Valine ?
avec l'ARNm poly-UG, on a UGU ou GUG ; l'un correspond à la Cystéine et l'autre à la Valine
avec l'ARNm poly-UGG, on a UGG, GGU et GUG qui correspondent à la Valine, la Glycine et le Tryptophane
Il y a un codon commun (GUG) qui correspond donc à l'acide aminé commun, la Valine
Cystéine
Identifier le ou les codon(s) correspondant à la Cystéine ?
avec l'ARNm poly-UG, on a UGU ou GUG ; l'un correspond à la Cystéine et l'autre à la Valine
On a vu que GUG correspond à la Valine donc UGU correspond à la cystéine.
Glycine
Identifier le ou les codon(s) correspondant à la Glycine ?
avec l'ARNm poly-UGG, on a UGG, GGU et GUG qui correspondent à la Valine, la Glycine et le Tryptophane
On sait que la Valine correspond à GUG ; les 2 autres codons correspondent donc aux 2 autres acides aminés.
Tryptophane
Identifier le ou les codon(s) correspondant au Tryptophane ?
avec l'ARNm poly-UGG, on a UGG, GGU et GUG qui correspondent à la Valine, la Glycine et le Tryptophane
On sait que la Valine correspond à GUG ; les 2 autres codons correspondent donc aux 2 autres acides aminés.
Universalité du code génétique
Par génie génétique, on a introduit le gène de l'insuline humaine chez la levure Saccharomyces cerevisiae et chez la bactérie E.coli. Aujourd'hui, les insulines commercialisées sont produites par l'un ou l'autre de ces organismes.
Présenter la propriété du code génétique mise en évidence.
Un gène peut être lu dans des types cellulaires très différents. Le code génétique est donc le même chez tous les organismes vivants. On dit qu'il est universel.