Spécialité SVT, Première • Fiche de révision à Montréal
Cette fiche accompagne le chapitre « L'expression du patrimoine génétique » du programme de spécialité SVT de Première : la transcription dans le noyau, le pré-ARNm et l'ARNm, la traduction dans le cytoplasme, le code génétique universel, et le phénotype qui dépend du génotype et de son expression.
Elle ne redit pas le cours. Elle dit ce qui fait perdre des points dans un devoir de SVT sur ce chapitre, comment écrire un ARNm et une protéine sans erreur, et comment exploiter un document jusqu'à la conclusion. Les processus moléculaires de la transcription et de la traduction, avec les ARN de transfert et ribosomiques, sont hors programme et n'y figurent pas.
Le fil du chapitre
Un gène est une information, pas un ordre : on ne lit un phénotype qu'après avoir suivi l'information du brin transcrit à l'ARNm, puis de l'ARNm à la protéine, dans le bon cadre de lecture et dans la bonne cellule.
Notions couvertes
Le tableau du chapitre
Une colonne par molécule de l'expression d'un gène. Avant de répondre à une question, situez la molécule dont elle parle : c'est la moitié des erreurs du chapitre.
| Critère | ADN le gène | pré-ARNm première copie | ARNm le messager | protéine le produit |
|---|---|---|---|---|
| Faite de | nucléotides A, T, G, C | nucléotides A, U, G, C | nucléotides A, U, G, C | acides aminés (20 sortes) |
| Sucre, brins | désoxyribose, deux brins | ribose, un brin | ribose, un brin | pas de sucre, une chaîne |
| Où | noyau, toujours | noyau | noyau puis cytoplasme | cytoplasme (où elle est fabriquée) |
| Formée par | réplication, en phase S | transcription du brin transcrit | maturation du pré-ARNm | traduction de l'ARNm |
| Combien | deux exemplaires du gène par cellule diploïde | de nombreuses copies | de nombreuses copies, de durée de vie limitée | souvent des milliers de molécules |
Seul l'ADN reste dans le noyau toute la vie de la cellule : la cellule n'envoie au cytoplasme que des copies de ses gènes.
L'intermédiaire ARN permet de régler l'expression : un gène présent en deux exemplaires peut être transcrit des milliers de fois, ou pas du tout.
Le code est la règle de lecture, l'information est la séquence d'un gène particulier. Un alphabet ne dit pas ce que dit le texte.
Les erreurs ci-dessous sont celles que je corrige le plus souvent en séance. Chacune coûte des points sur une copie, même quand le raisonnement est juste.
Ce qu'il ne faut pas écrire
« Brin transcrit 3′ TAC CAC GTG 5′, donc ARNm 5′ UAC CAC GUG 3′. »
Ce qu'il faut écrire
« L'ARNm est complémentaire du brin transcrit : 5′ AUG GUG CAC 3′, la séquence du brin codant avec U à la place de T. »
Pourquoi : Remplacer T par U sur le brin transcrit donne la séquence complémentaire de l'ARNm ; la traduction qui suit est entièrement fausse.
Ce qu'il ne faut pas écrire
« Je découpe l'ARNm en triplets à partir de la première base écrite, même si elle précède le AUG. »
Ce qu'il faut écrire
« Je repère le premier AUG, puis je lis de trois en trois à partir de lui, jusqu'au premier codon stop. »
Pourquoi : Un décalage d'une seule base change tous les codons qui suivent : la protéine obtenue n'a plus rien à voir avec la vraie.
Ce qu'il ne faut pas écrire
« AUG GCA UAA GGC donne Met Ala Stop Gly : quatre acides aminés. »
Ce qu'il faut écrire
« AUG GCA UAA GGC donne Met Ala : la lecture s'arrête au codon stop UAA, qui ne code aucun acide aminé. »
Pourquoi : Un codon stop n'est pas un acide aminé : le nombre d'acides aminés est le nombre de codons lus AVANT le stop.
Ce qu'il ne faut pas écrire
« Le code est dégénéré : un codon peut donner plusieurs acides aminés. »
Ce qu'il faut écrire
« Le code est redondant : plusieurs codons désignent le même acide aminé, mais chaque codon n'en désigne qu'un seul. »
Pourquoi : Avec 64 codons pour 20 acides aminés, il y a des synonymes, jamais d'ambiguïté : sinon une même séquence donnerait plusieurs protéines.
Ce qu'il ne faut pas écrire
« Le neurone ne fabrique pas d'hémoglobine parce qu'il n'a pas le gène HBB. »
Ce qu'il faut écrire
« Le neurone possède le gène HBB, comme toutes les cellules issues de la cellule-œuf, mais il ne l'exprime pas. »
Pourquoi : Les mitoses sont des reproductions conformes : les cellules d'un individu ont, à quelques exceptions près, les mêmes gènes. Elles diffèrent par les gènes qu'elles expriment.
Ce qu'il ne faut pas écrire
« Les protéines sont fabriquées dans le noyau, là où est l'ADN. »
Ce qu'il faut écrire
« Chez un eucaryote, la transcription a lieu dans le noyau et la traduction dans le cytoplasme, par les ribosomes. »
Pourquoi : C'est précisément parce que l'ADN reste dans le noyau qu'un intermédiaire, l'ARNm, est nécessaire.
Ce qu'il ne faut pas écrire
« L'allèle S fabrique des hématies en faucille. »
Ce qu'il faut écrire
« L'allèle S code une bêta-globine modifiée ; cette hémoglobine forme des fibres quand le dioxygène manque, et ce sont elles qui déforment l'hématie. »
Pourquoi : Un gène ne fait que porter l'information d'un ARN et d'une protéine ; chaque échelle du phénotype découle de la précédente, et le milieu intervient.
Ce qu'il ne faut pas écrire
« Les bactéries qui ont reçu le plasmide de la GFP sont fluorescentes, donc le code est universel. »
Ce qu'il faut écrire
« Les bactéries qui ont reçu le plasmide avec la séquence de la GFP sont fluorescentes, contrairement à celles qui ont reçu le plasmide sans cette séquence ; leur GFP a la séquence de celle de la méduse : elles lisent les codons de la méduse comme la méduse. »
Pourquoi : Sans le témoin qui ne diffère que par la séquence étudiée, on ne sait pas ce qui cause l'effet ; sans la comparaison des protéines, on ne prouve pas l'identité de lecture.
Regardez d'abord le nom du brin et le sens 5′ 3′ écrits dans la marge, puis la question posée.
Si on donne le brin codant (5′ vers 3′) → l'ARNm a la même séquence, U à la place de T
Exemple : ATG GTG donne AUG GUG
Si on donne le brin transcrit (3′ vers 5′) → écrire le complémentaire base par base, avec U en face de A
Exemple : TAC CAC donne AUG GUG
Si on donne l'ARNm et on demande la protéine → repérer AUG, découper en codons, lire le tableau, s'arrêter au stop
Exemple : AUG UUU UGA donne Met Phe
Si on demande la protéine à partir de l'ADN → passer TOUJOURS par l'ARNm écrit en entier, puis traduire
le tableau du code génétique se lit en codons d'ARN, jamais en triplets d'ADN
Si on compare deux allèles → aligner les séquences, repérer la base qui change, comparer les deux codons concernés
Exemple : GAG devient GTG : Glu devient Val
Sur la copie, écrivez les extrémités 5′ et 3′ de chaque séquence : le correcteur y voit que vous avez choisi le bon brin.
Le verbe dit ce qui rapporte les points, avant même de lire le document.
Si « Relevez » ou « Indiquez la valeur » → une valeur lue, avec son unité et la condition (le temps, le lot)
Si « Comparez » → les deux valeurs, l'écart chiffré, et ce qui seul diffère entre les deux situations
Si « Interprétez » ou « Expliquez » → je vois, je sais, j'en déduis, en trois phrases
Si « Montrez que » → la conclusion est donnée : on apporte les preuves tirées des documents, une par document
Si « Expliquez comment » sans document à analyser → un exposé structuré : introduction, parties, conclusion
Une réponse qui décrit le document sans conclure sur le problème posé perd la moitié des points.
Le correcteur coche des étapes. Les voici dans l'ordre, avec la phrase de conclusion qu'il attend mot pour mot.
Quand l'utiliser : « Exploitez le document », « Interprétez », « Que montre le document ? »
Phrase de conclusion
« Je vois que la fluorescence du lot C (860) est 61 fois celle du lot B (14), qui ne diffère que par l'absence de la séquence de la GFP ; or je sais que... ; j'en déduis que... »
Le piège : S'arrêter à « je vois » : décrire n'est pas interpréter.
Barème : Sur un document : un tiers pour la saisie, un tiers pour la mise en relation, un tiers pour la conclusion.
Quand l'utiliser : « Expliquez comment... », documents fournis comme une aide
Phrase de conclusion
« Toutes ces cellules possèdent les mêmes gènes ; elles diffèrent par ceux qu'elles expriment, ce que règlent le développement et l'environnement. »
Le piège : Analyser longuement les documents : ils sont une aide, le correcteur note l'organisation, l'exactitude et les exemples.
Cinq minutes de vérification récupèrent plus de points qu'un exercice de plus commencé à la hâte.
L'ARNm a-t-il la bonne longueur et aucun T ?
Comptez : l'ARNm a autant de nucléotides que le fragment d'ADN, et ne contient aucune thymine.
Un fragment de 18 nucléotides donne un ARNm de 18 nucléotides ; un T dans l'ARNm signale une copie ratée.
L'ARNm ressemble-t-il au brin codant ?
Comparez votre ARNm au brin codant, s'il est donné : ils doivent être identiques, U à la place de T.
Brin codant ATG GTG, ARNm AUG GUG : juste. ARNm UAC CAC : vous avez recopié le brin transcrit.
Le nombre d'acides aminés est-il cohérent ?
Nombre de codons lus de AUG jusqu'au stop exclu ; ce nombre ne dépasse jamais le nombre de nucléotides divisé par 3.
18 nucléotides et un stop en sixième codon : 5 acides aminés au plus. En trouver 6 signale qu'on a traduit le stop.
La conclusion répond-elle au problème ?
Relisez la consigne, puis votre dernière phrase : elle doit en reprendre les mots.
Consigne « montrez que le code est universel » : la conclusion dit « universel », pas « la bactérie est fluorescente ».
Le document donne un fragment du brin transcrit d'un gène fictif, nommé gène G pour l'exercice.
1) Écrivez l'ARNm, puis la protéine codée par ce fragment.
2) Dans un allèle de ce gène, le septième nucléotide du brin transcrit, un C, est remplacé par un A. Déterminez la protéine produite et prévoyez l'effet sur le phénotype.
Étape 1
ARNm (complémentaire du brin transcrit) : 5′ AUG CCU GAA AGU UCC UAA 3′
Pourquoi
On ne traduit jamais l'ADN directement : le tableau du code est écrit en codons d'ARN. Écrire l'ARNm en entier rapporte déjà des points.
Étape 2
Codons à partir de AUG : AUG Met, CCU Pro, GAA Glu, AGU Ser, UCC Ser, UAA stop.
Pourquoi
Le premier AUG fixe le cadre ; la lecture se fait de trois en trois, sans chevauchement.
Étape 3
Protéine : Met Pro Glu Ser Ser, soit 5 acides aminés.
Pourquoi
Le stop n'est pas compté : 6 codons lus, 5 acides aminés. Deux codons différents (AGU, UCC) donnent la sérine : le code est redondant.
Étape 4
Allèle muté : le septième nucléotide CTT devient ATT, donc le troisième codon de l'ARNm GAA devient UAA.
Pourquoi
On repère le codon touché : le nucléotide 7 est le premier du troisième codon ().
Étape 5
Protéine de l'allèle : Met Pro, puis arrêt.
Pourquoi
UAA est un codon stop : la protéine est raccourcie à 2 acides aminés au lieu de 5.
Étape 6
Vérification : l'ARNm a 18 nucléotides comme le fragment, aucun T, et son premier codon est AUG.
Pourquoi
Trois contrôles de cinq secondes qui attrapent l'erreur du brin et l'erreur de cadre.
Conclusion rédigée
Le fragment code Met Pro Glu Ser Ser ; l'allèle muté fait apparaître un codon stop et donne une chaîne de deux acides aminés, très probablement non fonctionnelle, ce qui peut modifier le phénotype aux échelles cellulaire et de l'organisme.
L'erreur classique sur cet exercice : Remplacer seulement T par U sur le brin transcrit : on obtient UAC GGA CUU..., qui commence sans AUG, et toute la suite est fausse.
Repérez d'abord quel brin est donné. Si c'est le brin codant, l'ARNm a la même séquence, avec U à la place de T. Si c'est le brin transcrit, écrivez la base complémentaire de chaque nucléotide : A en face de T, U en face de A, G en face de C, C en face de G. Vérifiez à la fin que l'ARNm commence par AUG et ne contient aucun T.
Le code génétique est la règle de lecture : la table qui associe chacun des 64 codons à un acide aminé ou à l'arrêt, la même chez presque tous les êtres vivants. L'information génétique est le contenu : la séquence particulière des nucléotides d'un gène. Le code est un alphabet, l'information est le texte écrit avec lui.
Parce qu'une cellule n'exprime qu'une partie de ses gènes. Tous sont présents, mais seuls certains sont transcrits en ARNm puis traduits en protéines. Un érythroblaste exprime le gène de l'hémoglobine, une cellule du pancréas celui de l'insuline. Cette expression est réglée par le développement et par le milieu, comme les UV pour les cellules de la peau.
Parce que la même correspondance entre codons et acides aminés est utilisée par les bactéries, les plantes et les animaux, à de rares variantes près. La preuve la plus parlante est la transgénèse : une bactérie qui reçoit la séquence codante d'une protéine de méduse fabrique exactement la même protéine, avec les mêmes acides aminés dans le même ordre.
La transcription a lieu dans le noyau, au contact de l'ADN, qui n'en sort jamais. L'ARN formé subit éventuellement une maturation, puis l'ARN messager sort du noyau par les pores de l'enveloppe nucléaire. La traduction a lieu ensuite dans le cytoplasme, où les ribosomes lisent l'ARN messager codon par codon.
© Ahmed Squalli Houssaini. Fiche publiée sur www.letuteurscientifique.ca/fiches/1svt-expression-genetique. Libre pour l'usage personnel et en classe ; sa republication ailleurs demande une autorisation écrite (mentions légales).
