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Le Code Génétique
1952 : Dounce
Premier concept vrai
• Le problème (1952-1960)
4 nucléotides 20 AA ?
• Les acides aminés viennent-ils
s'assembler sur l'ADN ?
• Le cytoplasme contient de l'ARN
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• Les acides aminés s'assemblent-
ils sur l'ARN(m) ?
Non car les AA hydrophobes ne
peuvent interagir avec les
nucléotides
• Donc il existe un intermédiaire
ARN et AA
Théorie adaptateur F. Crick
ARN de transfert
• ARN ribosomal = ARN messager ?
Polycopié page 4 et 5
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Correspondance entre AN et
AA : les ≠ hypothèses
4 nucléotides
20 AA
1 NUCL ≠ (41 = 4)
2 NUCL ≠ (42 = 16)
3 NUCL (43 = 64)
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GAMOW
ATG CTG ACT AGC
AAA CCC GGG TTT
AAT AAG AAC
CCT CCG CCA
GGT GGC GGA
TTG TTC TTA
20 possibilités pour combiner
4 nucléotides pris 3 par 3 dans
lesquelles l'ordre n'intervient pas
pas de codon stop
pas de codon d'initiation
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Pour la solution proposée, ATG par exemple,
code un acide aminé quelque soit l'ordre des 3
nucléotides (ATG, TAG, AGT, GAT, GTA, TGA
codent le même acide aminé ou bien les
permutations ne sont pas codantes)
Cette idée de correspondance entre les 20
possibilités et les 20 acides aminés différents
retint l'attention des scientifiques pendant
quelque temps.
Toutefois cette solution n'était étayée par
aucune expérience permettant d'attribuer tel
codon à tel acide aminé, et surtout on n'avait
pas, dans ce modèle, de codons pour la fin et
le début du message.
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Le code est-il chevauchant ?
ATG GCC CCC
3 AA
CCC
GGC
TGGATG
4 AA
On a pensé que la 2ème solution était la bonne
Liaisons entre AA plus facile car plus proches
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1 AA ne peut être suivi que par
un autre choisi parmi 4 au
maximum Faux
Si GCA ALA
CAA GLN
ou CAG GLN
ou CAC ASP
ou CAU HIS
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Preuve d'un code à 3 nucléotidesCrick
Sauvage ACT ACT ACT ACT ACT ACT ACT ACT
Mutant (-) ACT ACA CTA CTA CTA CTA CTA CT
Mutant (--) ACT ACA CAC TAC TAC TAC TAC
3 Délétions
Mutant(---)
sauvage
ACT ACA CAC ACT ACT ACT ACT
Partie mutée Partie normale restaurée
: perte d'un AA pour 3 nucléotides délétés
La fonction de la protéine était restituée
Protéine non fonctionnelle
Protéine non fonctionnelle
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Expérience de Nirenberg
• Ochoa et M. Grunberg-Manago
nNDP (NMP)n + Pi
Polynucléotide phosphorylaseNDP = 5' Nucléotide Di
• Nirenberg
n(UDP) (UMP)n + n pp
U U U U U U U U U = Poly U
P
P
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U U U U U U U U U
+ extrait cellulaire chauffé
Destruction des mARN
endogènes par Rnases
+ 20 expériences avec
1 nouvel AA radioactif dans chaque cas
Incubation 37°C quelques minutes
TCA
Filtre
Précipité sur le filtre
Radioactivité sur le filtre pour PHE
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Donc U U U = PHE
P. Leder et Nirenberg
ARNt + AA radioactif
Anticodon
On remplace le mRNA par un trinucléotide codon artificiel
+ ribosomes
Si liaison sur le filtre
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Khorana
(U U A C)n UUA CUU ACU UAC...
UUA CUU ACU UAC
LEU LEU THR TYR
Le code est dégénéré
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Codon d'initiation
AUG Eucaryotes
Chez E. Coli AUG GUG (aussi valine)
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Codons terminaison
UAG
UAA
UGA
pas de tRNA spécifique
+ de tRNA que d'acides aminés
Mais 45 tRNA
Pour 61 combinaisons 20 AA
Conclusion : Chaque acide aminé peut
être chargé par plusieurs tRNA
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tRNA (cystéine)
+
cystéine
cys – t RNA
GCG
UGU
Anticodon
ARNm
Expérience de Chapeville
cyst
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cyst
G GC
ALA
G G
CALA
Ala – tRNA cys
G GC
réduction
U G U
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ALA
RNAt
5' 3'
G C U mRNA
C G I
G C C
C G I
ALA
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Un tRNA chargé se comporte selon la nature de son codon
Théorie du Wobble 1966 Crick
• Il n'existe pas 61 tRNA
• Mise en évidence inosine
• Flexibilité sur la 3ème lettre du codon
permet de se lier à plusieurs anticodons
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3ème lettrecodon
(3')
Anticodon
Correspondant
5'
A
G
U
G C
U A
U
C G
U
C
A
I
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Tous les codons ne sont pas utilisés à la
même fréquence pour un même AA
Protéines ribosomales
ILE
0 AUA
51 AUC
taux d'utilisation des codons
13 AUU
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Aucune explication de nature stéréochimique / physico-chimique n'est à l'heure actuelle satisfaisante pour rendre compte de la reconnaissance d'un acide aminé par l'anticodon (codon) correspondant
Interactions AA - a.nucléiques sont indiscutables
Cl. Hélène : AA peut se fixer sur un acide nucléique sans autre molécule pour l'y aider
critique de la conception "clef-serrure"
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Théorie du choix arbitraire L. Orgel
ARN : Pu Py Pu Py Pu Py...
Ce type d'ADN est mieux répliqué que :
Pu Pu Pu Pu Py Py Py
code actuel
(Pu Py Pu)n AA hydrophobes
(Py Pu Py) n AA hydrophiles
feuillet plissé
"vieilles protéines"
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Les théories de l'origine du code génétique
• Théorie (s) stéréochimique(s)
Affinité entre codon – AA
anticodon - AA
GAA GLU ?
Bouche anticodon AA ?
On ne connaît pas la structure des tRNA primitifs
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Utilisation du code
Si un mRNA est
UUC CGG UGG CCG GCU CUU
5'
3'
Le code peut être utilisé avec le code ARN
Si on a le code sous forme d'ADN il suffit
de remplacer U par T
Démonstration :
Faire le brin 3' vers 5'
Puis le brin 5' vers 3'
mRNA (U est remplacé par T)
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5' TTC CGG TGG CCG GCT CTT 3'3' AAG GCC ACC GGC CGA GAA 5‘
5' UUC CGG UGG CCG GCU CUU 3'
UUC = TTC PHE