Expression génique: Notes sur la régulation de l'expression génique

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L'expression génique est le mécanisme au niveau moléculaire par lequel un gène est capable de s'exprimer dans le phénotype d'un organisme.

Courtoisie d'image: upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/11/Gene_expression_control.png

Le mécanisme d'expression des gènes implique la génétique biochimique. Il s'agit de la synthèse d'ARN spécifiques, de polypeptides, de protéines structurelles, de produits biochimiques protéiques ou d'enzymes qui contrôlent la structure ou le fonctionnement de caractères spécifiques. La formation d'ARN à partir de gènes s'appelle la transcription. Certains gènes forment des ARNr, des ARNt et d'autres petits ARN.

D'autres gènes transcrivent des ARNm contenant des informations codées pour la synthèse de polypeptides. Parmi les deux brins d'ADN, un seul brin est efficace pour la production d'ARNm dans un cistron donné. C'est ce qu'on appelle un brin antisens. L'ARNm transmet les informations aux ribosomes et les traduit en séquence d'acides aminés d'un polypeptide à l'aide d'ARNt. Le polypeptide exprime le gène en formant une protéine structurelle, une protéine biochimique protéique ou une enzyme.

Colinéarité de la structure du gène et du polypeptide:

Les codons d'un gène (cistron) et les acides aminés d'un polypeptide sont disposés dans une séquence linéaire. Il existe une colinéarité ou une similarité dans l'arrangement linéaire de codons d'un gène et dans la séquence d'acides aminés dans un polypeptide produit par celui-ci. Le brin antisens du cistron transfère ses informations codées au brin d'ARNm en cours de transcription.

Pendant la traduction, le brin d'ARNm dicte l'arrangement des acides aminés dans un polypeptide en fonction de l'arrangement de ses codons. Etant donné qu'un codon est constitué de trois nucléotides ou bases azotées consécutifs, un polypeptide de 100 acides aminés, par exemple, sera déterminé par un cistron ou un gène de 300 nucléotides de longueur.

Tout changement ou altération de la disposition des nucléotides dans un gène est également démontré par la modification de la disposition des acides aminés dans un polypeptide. Yanofsky et autres (1965) l'ont tout d'abord prouvé dans le cas d'Escherichia coli.

Régulation de l'expression génique:

Le contrôle du fonctionnement des gènes est appelé régulation de l'expression génique. On constate que chez Escherichia coli, certaines protéines n’ont que 5 à 10 copies alors que d’autres peuvent en avoir jusqu’à 1 000 000. La régulation de l'expression des gènes peut être exercée à quatre niveaux:

(i) niveau de transcription au cours de la formation du transcrit primaire,

(ii) traitement tel qu’épissage, ajouts ou modifications de terminaux,

(iii) Transport des ARN du noyau au cytoplasme et

(iv) Niveau de traduction. L'expression des gènes est de trois types: inductible, constitutif et répressible.

La régulation peut être sous contrôle négatif ou positif,

a) Inductible:

C'est une régulation qui est activée en réponse à la présence de substrat. On sait depuis 1900 que dans la levure, les enzymes métabolisant le lactose ne se développent que lorsque le champignon est cultivé dans le milieu contenant du lactose. Plus tard, il a également été démontré que les bactéries synthétisaient des enzymes en fonction du substrat,

b) constitutif:

Un règlement est absent. Les gènes et donc leurs enzymes restent opérationnels tout au long,

c) répressible:

C’est une régulation dans laquelle le produit de l’activité du gène, s’il est déjà présent, arrête l’activité dudit gène,

d) Contrôle négatif:

Le produit d'un gène régulateur coupe l'expression des gènes sous son contrôle,

e) Contrôle positif:

Le produit du gène régulateur active l'expression des gènes sous son contrôle. Par conséquent, l'expression des gènes est régulée par des conditions métaboliques, physiologiques et environnementales.