Génétique et expression de l'information génétique

Exercice 1 — Transcription et séquences
Corrigé :
1) Brin matrice 3'-ATGCGATCGAAT-5' → ARNm 5'-UACGCUAGCUUA-3' (A↔U, T↔A, G↔C, C↔G).
2) 12 nucléotides ÷ 3 = 4 codons.
3) Premier codon : UAC → code la tyrosine (Tyr). Note : UAC n'est pas AUG donc ce n'est pas un codon initiateur ; la traduction démarrerait au premier AUG rencontré.
4) Brin matrice muté 4ème base C→A : 3'-ATGAGATCGAAT-5'. ARNm muté : 5'-UACUCUAGCUUA-3'.

Exercice 2 — Lecture du code génétique et traduction
Corrigé :
1) AUG-CGA-UGC-AAU-UAA → Met–Arg–Cys–Asn (STOP). Protéine : Met–Arg–Cys–Asn (4 acides aminés).
2) 4 acides aminés → 3 liaisons peptidiques (n−1 liaisons pour n acides aminés).
3) AAU (Asn) → UAU (Tyr) : c'est une mutation faux-sens. La protéine est modifiée : la 4e position passe de Asn à Tyr. La fonctionnalité dépend de l'importance de cet acide aminé pour la structure 3D.
4) UGC (Cys) → UGA (Stop) : c'est une mutation non-sens. La traduction s'arrête prématurément à la 3e position → protéine tronquée : Met–Arg seulement. La protéine est probablement non fonctionnelle.

Exercice 3 — Épissage et gènes eucaryotes
Corrigé :
1) Un intron est une séquence non codante éliminée lors de l'épissage ; un exon est une séquence codante conservée dans l'ARNm mature.
2) Après épissage classique : les introns A et B sont excisés, les exons 1, 2 et 3 sont joints → ARNm mature = exon 1 – exon 2 – exon 3.
3) Si l'exon 2 est exclu, l'ARNm mature = exon 1 – exon 3. La protéine produite est différente (séquence d'acides aminés modifiée), potentiellement avec une fonction différente ou altérée.
4) L'épissage alternatif permet de produire plusieurs protéines différentes à partir d'un seul gène, augmentant ainsi la diversité du protéome sans augmenter le nombre de gènes.

Exercice 4 — Mutations et maladies génétiques
Corrigé :
1) GAG (Glu) → GUG (Val) : c'est une mutation faux-sens (substitution qui change l'acide aminé codé).
2) Non, cette mutation ne modifie pas le cadre de lecture. Une substitution remplace une base par une autre sans changer le nombre total de nucléotides : les codons en aval restent inchangés.
3) Bien qu'un seul acide aminé sur 146 soit modifié, cet acide aminé est en surface de la protéine et participe aux interactions entre sous-unités. La Val, hydrophobe, favorise l'agrégation des molécules d'HbS en longues fibres sous faible tension en O₂, déformant les globules rouges en faucille, bloquant les capillaires et causant des crises douloureuses et une anémie sévère.
4) L'insertion de 3 nucléotides = 1 codon entier supplémentaire. Le cadre de lecture des codons suivants n'est pas décalé (3 est un multiple de 3). Cela entraîne l'insertion d'un acide aminé supplémentaire, mais sans frameshift.

Exercice 5 — Régulation de l'expression génique
Corrigé :
1) Les deux cellules possèdent le même génome mais expriment des sous-ensembles de gènes différents selon leur spécialisation : c'est la régulation différentielle de l'expression génique. Des facteurs de transcription, des signaux hormonaux ou des modifications épigénétiques déterminent quels gènes sont actifs dans chaque type cellulaire.
2) Le facteur de transcription agit comme un répresseur : il bloque l'ARN polymérase et empêche la transcription du gène X. Aucun ARNm de X n'est produit → la protéine X n'est pas synthétisée. C'est une régulation transcriptionnelle négative.
3) Exemple : la méthylation de l'ADN (ajout de groupements -CH₃ sur des cytosines au niveau du promoteur). Cette modification compacte la chromatine et empêche l'ARN polymérase d'accéder au promoteur → le gène est silencé (réprimé). Cette modification peut être héritée lors des divisions cellulaires (épigénétique héréditaire).