Régulation génique 3BIOS02 2023

18.1 Les bactéries s’adaptent souvent aux fluctuations de leur milieu en régulant la transcription

ch18 - Campbell 9e éd. - pp407-412

Dans le cadre de l’étude de la régulation de l’expression génique, vous répondrez par groupes de deux à toutes les questions indépendamment des réponses qui seront déjà inscrites par les autres élèves de la classe.

Dans un deuxième temps, chaque groupe définira en choisissant parmi les réponses données la réponse définitive qui restera dans le document final.

Dans un troisième temps, une fois le document imprimé, vous organiserez une discussion en classe pour renforcer les connaissances et s'assurer que les points ont bien été compris.

Questions:

Définissez le concept d’adaptabilité chez les bactéries.

Le concept d’adaptabilité chez les bactéries, se base sur la régulation métabolique qui leur laisse s'adapter à leur milieu. Cette régulation du à la sensibilité des grands nombres d'enzymes qui réagissent à de nombreux stimulus chimiques qui accroît ou réduisent l`activité métabolique aux fonctions du milieu.OmerG (discussion) 13 novembre 2023 à 12:50 (CET)

Le concept d'adaptabilité bactérienne repose sur une régulation métabolique qui permet l'adaptation à l'environnement. Cette régulation repose sur la sensibilité de nombreuses enzymes qui répondent à de nombreux stimuli chimiques augmentant ou diminuant l'activité métabolique en réponse à des caractéristiques environnementales. LorenzoSM (discussion) 16 novembre 2023 à 18:47 (CET)

Une bactérie qui vit dans un milieu très variable doit s'adapter aux différents changements dus aux fluctuations (variations successives) du milieu de vie. Lorsqu'un composé est soudainement en manque, la bactérie va s'adapter afin de synthétiser elle même ce composé à partir d'un autre. EmilieWY (discussion) 19 novembre 2023 à 21:11 (CET)

L'adaptabilité chez les bactéries est leur capacité à réguler leur expression génétique selon leur milieu, afin d'utiliser leur énergie efficacement. FinnR (discussion) 20 novembre 2023 à 12:38 (CET)

Quelles sont les deux voies de régulation de l’expression génique ?

GhaliaO (discussion) 13 octobre 2023 à 11:21 (CEST)
la régulation métabolique s'exerce de deux manières :
- les cellules peuvent agir sur l'activité des enzymes déjà présentes b. C'est un mode de régulation immédiat qui rend un grand nombre d'enzymes sensibles à un stimulus chimique qui renforcent ou réduisent l'activité catalytique -les celluls adaptent le niveau de la production de certaines enzymes qu'elles synthétisent , c'est-à-dire qu'elles peuvent réguler l'expression des gènes qui codent pour ces enzymes GhaliaO (discussion) 13 novembre 2023 à 13:13 (CET)GhaliaO (discussion) 13 novembre 2023 à 13:13 (CET)

Premièrement, les cellules ont la capacité d'agir sur l'activité des enzymes présentes dans leur environnement. Grâce à la rétroinhibition, la cellule répond à des stimulus externes pour s'adapter aux fluctuations de la réserve d'une molécule qu'elle a besoin. Dans ce cas ci, la forte concentration de tryptophane, dont elle a besoin qui est régulée en inhibant l'activité de la première enzyme de la voie.AlexS (discussion) 13 novembre 2023 à 12:54 (CET)MayaB (discussion) 13 novembre 2023 à 13:09 (CET)

La première voie de régulation est une rétro-inhibition, c'est à dire que dès qu'un composé est présent en grande quantité, la production de celui-ci sera stoppée. Il mettra fin à sa propre synthèse car la forte concentration de ce composé inhibe l'activité de la première enzyme de sa voie de synthèse. La deuxième voie : Lorsqu'un composé est présent en quantité suffisante, la cellule va réguler l'expression des gènes qui codent pour les enzymes de celui-ci. C'est-à-dire qu'elle va arrêter ou diminuer la production des enzymes de ce composé. Pour ceci, elle va inactiver les gènes permettant la transcription de l'ARN messager qui code pour ces enzymes. EmilieWY (discussion) 19 novembre 2023 à 21:48 (CET)

Quelles sont les différences fondamentales entre ces deux voies de régulation ?

JessG (discussion) 13 octobre 2023 à 11:19 (CEST)
La cellule arrive à se réguler automatiquement grâce aux enzymes sensibles aux stimulus chimiques dans la solution environnante.La rétro-inhibition est lorsque la cellule mets fin à sa propre synthèse en inhibant l'activité de l'enzyme. La cellule peut s'adapter aux fluctuations (présence ou non de l'acide aminé dans le milieu) de l'approvisionnement d'une substance dont elle a besoin. Les fluctuation de l'état métabolique de la cellule active et inactivent de nombreux gènes. Le modèle de l'opéron est un mécanisme fondamentale de ce mode de régulation de l'expression génétique. Les fluctuations de l'état métabolique de la cellule activent et inactivent de nombreux gènes. Les cellules peuvent adapter le niveau de production de certaines enzymes, réguler l'expression des gènes qui codent pour ces enzymes. La régulation de la production ds enzymes s'exerce au niveau de la transcription, lors de la synthèse de l'ARNm qui codent pour ces enzymes.JessG (discussion) 20 novembre 2023 à 12:44 (CET)
La première des deux voies a l'air de demander moins d'énergie que la seconde car la cellule se régule toute seule selon la quantité de l'acide aminé (la rétro-inhibition) alors que la seconde (modèle de l'opéron) voie nécessite une activation ou inactivation de certains gènes. De plus, la première voie de régulation est immédiate alors que la deuxième demande plus de temps (car c'est une réaction à plus long terme). EmilieWY (discussion) 19 novembre 2023 à 22:02 (CET)

Décrivez le modèle de l’opéron.

Un opéron est est un ensemble formé par les gènes, l'opérateur et le promoteur nécessaires à la production des enzymes de la voie du tryptophane qui se trouve chez les procaryotes sur un chromosome et qui régule lui même l'expression de ses gènes pour la transcription. Il en existe deux types : Le répressible et l'inductible. Définition du tryptophane EliasCF (discussion) 13 octobre 2023 à 11:22 (CEST)

Le modèle de l'opéron est un ensemble de gènes qui sont regroupés sur un chromosome et qui sont commandés par un promoteur commun. Ils forment une unité de transcription : les différents gènes qui appartiennent à la même unité de transcription sont traduits à partir d'un unique ARN messager qui code donc pour ces gènes-là. EmilieWY (discussion) 19 novembre 2023 à 22:21 (CET)

Définissez les termes suivants :

opérateur:

Un segment qui se lie aux séquences régulatrices de l'ADN et bloque la liaison de l'ARN polymérase au promotteur EmilieWY (discussion) 13 novembre 2023 à 12:56 (CET) je vais ecrire Il fait parti de l'opéron et se situe généralement dans le promoteur. L'opérateur est un "interrupteur" qui commande tout les gènes qui ont des fonctions connexes (proches) et qui appartiennent à la même unité de transcription.

L'opérateur est un segment d'ADN situé à l'intérieur du promoteur. Il peut aussi se trouver entre le promoteur et et les gènes codant. L'opérateur va donc pouvoir contrôler l'accès que les ARN polymérase ont aux gènes. Il fonctionne comme un interrupteur dans le système. LorenzoSM (discussion) 16 novembre 2023 à 18:34 (CET)

L'opérateur est l'interrupteur de l'opéron responsable de la régulation de la transcription. C'est un segment d'ADN. AndreiA (discussion) 20 novembre 2023 à 12:58 (CET)

répresseur:

EmilieWY (discussion) 13 octobre 2023 à 11:22 (CEST) Protéine qui inactive les opérons d'un certain acide aminé qui est naturellement activé. Il empêche l'ARN polymérase de se lier au promoteur et permet ainsi d'arrêter la transcription des gènes. EmilieWY (discussion) 13 novembre 2023 à 12:49 (CET) Chaque répresseur est spécifique à un certain opéron donc il n'a pas d'effet sur les autres opérons du génome. MayaB (discussion) 20 novembre 2023 à 10:18 (CET)

régulateur:

Le régulateur est un gène exprimés continuellement, mais lentement. Il ne fait pas partie de l'opéron et a son propre promoteur. DaymonT (discussion) 13 novembre 2023 à 13:11 (CET) GhaliaO (discussion) 13 octobre 2023 à 11:23 (CEST)

Le régulateur, trpR, est un gène continu séparé de l'opéron, a son propre promoteur et avance à rythme plus lent. LorenzoSM (discussion) 16 novembre 2023 à 18:43 (CET)

Ce gène produit le répresseur et le fait en continu afin qu'il y a toujours des molécules de répresseur. MayaB (discussion) 20 novembre 2023 à 10:23 (CET)

inducteur:

Les inducteurs servent à déclencher l'expression d'un gène spécifique. AurélienM (AurélienM) 13 octobre 2023 à 11:26 (CEST)
L'inducteur est une petite molécule spécifique qui inactive le répresseur. C'est-à-dire, le répresseur de lac est de nature actif : il se lie à l'opérateur et inactive l'opéron. GhaliaO (discussion) 13 novembre 2023 à 13:12 (CET)

activateur:

FinnR (discussion) 13 novembre 2023 à 13:04 (CET)
Protéine de régulation positive qui peut s'attacher à un indicateur qui l'active et ensuite se fixer au promoteur d'un opéron pour favoriser la présence de l'ADN polymérase sur ce dernier, augmentant ainsi l'utilisation d'un gène. Si l'indicateur est absent, le gène est lu à la fréquence habituelle.
Un activateur est une protéine régulatrice appelée protéine activatrice du catabolisme (CAP) qui se lie à l'ADN et stimule la transcription d'un gène GhaliaO (discussion) 20 novembre 2023 à 12:43 (CET)

molécule allostérique:

Une molécule allostérique est une molécule qui a pour but de modifier la forme de la protéine et donc sa fonction. DaymonT (discussion) 16 novembre 2023 à 20:17 (CET) Cette modification de la fonction est due à l'augmentation ou à la diminution de l'activité enzymatique.AnnabelleTF (discussion) 20 novembre 2023 à 12:55 (CET) L'allostérie est la capacité que possède une enzyme pour se transformer quand sa structure spatiale est soumise à une modification par une molécule organique située dans une zone différente de celle de l'enzyme. AurélienM (discussion)

Quelles sont les différences entre un opéron répressible et un opéron inductible ?

Un opéron est un groupe de gènes contigus qui se trouve chez les procaryotes sur un chromosome et qui régule lui même l'expression de ses gènes pour la transcription. Il en existe deux types : Le répressible et l'inductible.

L'opéron répressible est actif, c'est à dire qu'il est apte à faire la transcription. Il peut aussi être inhibé par un répresseur lorsqu'il est activé par une liaison allostérique d'une petite molécule, empêchant la transcription de se faire.

A l'inverse l'opéron inductible est inhibé par un répresseur empêchant la plus grande partie du temps la transcription. Elle se produit lorsque ce répresseur est inactivé par sa combinaison avec une petite molécule spécifique, un inducteur. AnnabelleTF (discussion) 13 novembre 2023 à 13:02 (CET)

Quelles sont les différences entre une régulation génique négative et une régulation génique positive ?

La régulation génique est un processus permettant le contrôle des gènes de l'ADN des cellules. Selon les besoins certains gènes sont activés et d'autres ne le sont pas, permettant ou non la transcription.

Lors de la régulation génique positive, un activateur (protéine régulatrice) se lie à l'ADN et permet la transcription de se faire. Lorsque la liaison d'ARN polymérase avec le promoteur est favorisée, l'expression génique positive est stimulée.

Lors de la régulation génique négative, un répresseur actif se lie à l'ADN et désactive l'opéron du gène, empêchant la transcription.
AnnabelleTF (discussion) 16 novembre 2023 à 22:34 (CET)

Comment la bactérie régule l’expression de l’opéron lac quand le glucose et le lactose sont rares ?

Dans l'absence du lactose, le gène régulateur lacI va produire une protéine qui est le répresseur actif qui va désactiver l'opéron en se liant à l'operateur. Comme l'opérateur est désactivé le métabolisme n'aura pas lieu.
Le métabolisme du lactose commence par l'hydrolyse en deux composantes: le glucose et le galactose. y à une enzyme, le b-galactosidase, qui vient catalyser la réaction.
Quand il y a peu de lactose, il n'a que quelques molécules de cette enzyme. par contre si on ajoute du lactose, il suffit de 15 minutes pour que le nombre d'enzymes, catalyseurs, soit multiplié par mille. Ceci constitue la régulation dans les grandes lignes.
Il y a la trois gènes dans l'opéron lac à tenir en compte: lacZ qui code pour la B-galactosidase, lacY qui code pour la perméase, une protéine, qui va assurer le transport du lactose à l'intérieur de la cellule et,lacA qui code pour le transacétylase(fonction inconnu). TommyB (discussion) 13 novembre 2023 à 12:39 (CET)

Comment la bactérie adapte-t-elle son métabolisme lorsque le milieu contient du lactose et peu de glucose ?

La bactérie ne va pas consommer le glucose et va utiliser le lactose comme une source énergétique. Quand elle est en présence de lactose, le sucre du lait, elle fabrique de la b-galactosidase, une enzyme qui coupe le lactose en glucose et en galactose, qui sont deux sucres immédiatement assimilables par la bactérie. LorenzoSM (discussion) 13 novembre 2023 à 12:39 (CET)

AlexandreP (discussion) 13 novembre 2023 à 12:54 (CET) E. coli ne consomme plus en priorité le glucose et va consommer désormais du lactose qui lui sert de source énergétique. Pour permettre ce processus, la bactérie synthétise des enzymes de voie métabolique de dégradation du lactose (la β-galactosidase) en grande quantité. Ce processus est enclenché de cette manière: Quand le milieu contient peu ou ne contient plus de glucose, de l'AMPc (AMP cyclique), une petite molécule organique, augmente en concentration et interagit avec une protéine activatrice du catabolisme (CAP), ce qui permet à cette dernière de retrouver sa conformation active et donc lui permet de s'attacher à un site spécifique en amont du promoteur nommé "lac". Cette attache permet de favoriser la liaison de l'ARN polymérase au promoteur et favorise donc la transcription. Le processus ira donc plus vite.
lorsque le glucose et le lactose sont tout les deux présents, la consommation du glucose est favorisée . Dans le cas ou le glucose est moins présent que le lactose, le lactose est utilisé comme source énergétique et à ce moment synthétises en quantité importante d'enzymes de dégradation du lactose GhaliaO (discussion) 20 novembre 2023 à 13:01 (CET)

Comment la bactérie adapte-t-elle son métabolisme lorsque le milieu contient du lactose et du glucose ?

Lorsque le milieu contient du lactose et du glucose la bactérie consomme prioritairement du glucose. Les enzymes de dégradation du glucose sont toujours présentes. LorenzoSM (discussion) 13 novembre 2023 à 13:09 (CET)
Lorsque la concentration de glucose est plus grance que celle de lactose l'AMPc se fait rare, du coup la protéine régulatrice CAP, qui est un activateur qui se lie à l'ADN et stimule la transcription d'un gène, devient inactive ce qui fait que l'ARN polymérase se lie moins efficacement au promoteur, en ralentissant la transcription de l'opéron. AlexS (discussion) 13 novembre 2023 à 13:13 (CET)

Elle va privilégier la consommation du glucose pour des raisons d'efficacité et ensuite la consommation du lactose.TommyB (discussion) 13 novembre 2023 à 13:11 (CET)

Émettez une hypothèse concernant la raison, pour la bactérie, de privilégier le glucose au lactose ?

La bactérie privilège le glucose car les enzymes de dégradation de ce dernier sont toujours présentes, et donc il est plus efficace par rapport au lactose. Le lactose à besoin que son enzyme de dégradation, b-galactosidase, soit produit. TommyB (discussion) 13 novembre 2023 à 13:04 (CET) AlexandreP (discussion) 13 novembre 2023 à 12:54 (CET) La bactérie contient toujours en elle les enzymes de dégradation du glucose, ce qui n'est pas le cas pour les enzymes de dégradation du lactose (la β-galactosidase) que la bactérie doit synthétiser pour permettre ce processus.

Quel est l’intérêt pour la bactérie de réguler plus de 100 gènes avec la protéine CAP?

L’intérêt pour la bactérie de réguler plus de 100 gènes avec la protéine CAP est d'accelerer la synthèse des enzymes nécessaires au catabolisme de substances autres que le glucose qui permet à la bactérie de survivre en l'absence de glucose. AndreiA (discussion) 13 novembre 2023 à 12:41 (CET) L'intérêt pour la bactérie de réguler plus de 100 gènes avec la protéine CAP est s'adapter plus rapidement aux changements environnementaux. La capacité à cataboliser d'autres composés, tels que la lactose permet à la cellule d’optimiser sa croissance en l'absence de glucose. Cette régulation par la protéine de CAP favorise l’efficacité métabolique chez les bactéries en fonction des conditions.OmerG (discussion) 20 novembre 2023 à 12:34 (CET)