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La traduction
1 triplet de nucléotide sur l’ARNm(codon) → 1 acide aminé
Le mécanisme et les éléments :
polypeptide ribosome
ARN de transfert
acide aminé
Synthèse des protéines:La machinerie
• Composition des ribosomes procaryotes
– Protéines ribosomales
– ARNs ribosomiques
• ARNs de transfert
• L’aminoacyl-ARNt synthétase
• Le code génétique
Composition des ribosomes procaryotes
→ les plus grosses structures de la cellule
→ formés de protéines et d’ARN (ribosomiques)
Ribosome
Sous unité 50S(grosse sous unité)
Sous unité 30S(petite sous unité)
Modern Genetic Analysis, Griffithset al, 1999
Proc
aryote
s
Eucary
otes
Les ribosomes : procaryotes versus eucaryotes
Les protéines ribosomales
Plusieurs gènes codant pour les protéines ribosomales→ organisation en opérons
Protéines indispensables à la structuration du ribosome
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Les ARNs ribosomiques
Synthèse d’un large ARN précurseur contenant les 3 espèces d’ARN ribosomiqueset souvent également 1 ou plusieurs ARN de transfert
Clivage de l’ARN précurseur (Pre-ARNr )→ séparation des ARNr et des ARNt
Bactéries : soit 1 seule copie soit plusieurs copies (dispersées sur le chromosome)de cet ADNr
Pre-ARNr
Maturation du Pre-ARNr
Lafontaine and Tollervey (2006) Encyclopedia of Life Sciences
Escherichia coli
Eucaryotes
Formation de structures tige-boucleClivage par ribonucléase (RNaseIII)
Clivage par plusieurs ribonucléases(Processus plus complexe)
Les principales fonctions des ribosomes sont attribuées à des domaines spécifiques des ARNr
Les sites A P, E du ribosomeLes ARNs de transfert
→ Représentent 10-15% des ARNs totaux chez E. coli
→ Longueur : 75 à 95 nucléotides
Structure secondaire (en trèfle) :
Structure primaire :
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Les ARNs de transfert
→ Contiennent un triplet de nucléotides (anticodon) complémentairedu codon sur l’ARNm
ARNm
ARNt
→ Fixation de l’acide aminé correspondant au niveau du ribose du résidu adenine situé en 3’ (modification post-transcriptionnelle)
→ 20 familles d’ARNt (1 famille contenant tous les ARNt correspondant un acide aminé donné = famille d’isoaccepteur)
→ Extrémité 3’ se termine avec une séquence CCA (appelée « bras accepteur »)
→ Assurent la correspondance entre ARNm et acides aminés
Transcrits en un ARN plus long que la molécule finale
Présence de nucléotides inhabituels
Les ARNs de transfert
→ maturation par clivage par des ribonucléases
Couplage entre l’ARNt et l’acide aminé
Les Aminoacyl-(aa-) ARNt synthétases
ARNt non chargé ARNt chargé
Processus en 2 étapes :
Activation : aa +ATP ↔ aa~AMP + PPi
Transfert : aa~AMP + ARNt ↔ aa~ARNt + AMPReconnaissance très spécifique → important pour la fidélité de la traduction
Reconnaissance de l’ARNt (en vert) par l’ARNt synthétase (en bleu)
Le code génétique
Il est……
→ Correspondance entre les différents triplets de nucléotides (codons) et les 20 acides aminés
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Universel → le même dans tous les organismes
Ex : La seule exception connue chez les bactérie est : UGAUGA: codon stop dans la plupart des casUGA: tryptophane chez les Mycobactéries
Redondant:
→ quelques exceptions :
→ souvent plus d’un codon pour 1 acide aminé
Le « Wobble »
Appariement d’un ARNt avec plusieurs codons sur l’ARNm
Appariement entre la 3ème base du codon et la 1ère base de l’anticodon → pas très strict
Appariement non aléatoire → règle du Wobble
L’usage des codons
→ Un même acide aminé peut être préférentiellement codé par un codon différent en fonction des organismes
Exemples de codons rares chez E. coli
Arginine: AGG, AGAIsoleucine: AUALeucine: CUAPhenyalanine: CCCGlycine:GGA
→ Tous les codons correspondants à un même acide aminéne sont pas utilisés avec la même fréquence d’un organisme à l’autre
→ Relation avec la composition en bases de l’ADN de l’organisme ?
(ex : Organisme avec fort % GC → utilisation pour chaque acide aminé des codons ayant le plus de C et de G)
Ribosome
Région d’initiation Codon stop
initiation
élongation
terminaison
ARNm
séquence codante
5’P 3’ OH
La traduction
N C Protéine
Traduction: le mécanisme
L’initiation de la traduction- L’ARN t initiateur- Les facteurs d’initiation
L’élongation de la traduction- La liaison peptidique- Les facteurs d’élongation
Terminaison de la traduction
Les polysomes
Traduction d’un ARNm cassé
Couplage transcription/traduction
Inhibiteurs de la traduction
L’initiation de la traduction(chez les procaryotes)
La séquence de fixation des ribosomes (RBS)
Le codon initiateur :
→ 2 éléments :
- Le codon initiateur
- Le Shine Dalgarno (SD)
AUG : 83% → le plus courantGUG : 14%UUG : 3%
chez E. coli
5’ NNNNNAGGAGGU -N5-10-AUGNNNNNN 3’
Codon initiateur
ShineDalgarno
5
Le Shine Dalgarno
Présent chez les procaryotes(Absent chez les eucaryotes)
Complémentaire de courtes séquences présentes dans l’ARN 16S de la petite sous unité du ribosome
Localisé en 5’ du codon initiateur (« upstream » ; en amont)
N N N N N A G G A G G U - N5-10- A U G N N N N N N 3’
U C C U C C A
5’
AU
3’ 5’
ARNm
ARN 16S
Codon initiateur
ShineDalgarno
L’ARN t initiateur :
* fMet-ARN t : un groupement formyl sur la méthionine
* Se fixe sur le site Pde la petite sous unité
* Structure différente des ARNt de l’élongation
L’initiation de la traduction
1èreétape : Fixation de la sous-unité 30S sur le site RBS de l’ARNm
2èmeétape : Fixation de l’ARNt initiateur sur le site P de la sous unité 30S
3èmeétape : Fixation de la sous unité 50S → formation du complexe 70S
NH
C COOHH
(CH2)2
S
CH3
CO
H
formyl
ARNt initiateur
ARNt élongation
Les facteurs d’initiation (IFs)*Accélèrent la formation du complexe initiateur 30S * Influencent l’interaction entre les codon et anticodon initiateurs
L’initiation de la traduction Initiation de la traduction d’un messager polycistronique
(chez les procaryotes)
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L’élongation de la traduction Formation de la liaison peptidique
→ Réaction réalisée par l’ARN 23S
Les facteurs d’élongation
EF-Tu : Temperature unstable
Association avec aa-ARNt et le GTPLe complexe aa-ARNt/EF-Tu/GTP se fixe au site A
EF-G : GTP hydrolysisCatalyse la translocation du A vers P et P/ETransition du ribosome de l’état PRE (avant translocation) à POST (après translocation)
EF-Ts : Temperature stableReconnaît EF-Tu/GDP et échange le GDP en GTP
Les cycles de l’élongation
1/ Fixation du complexe aminoacyl-ARNt/EF-TU/GTP au site ANécessité d’énergie (GTP)/ Relargage de EF-Tu/GDP
2/ Régénération du complexe EF-Tu/GTP par EF-TS/GTP
3/ Formation de la liaison peptidiqueLors de la 1ère élongation, le groupe NH2 de la Met est bloquépar le groupe formyl (HCO): la synthèse est orientée du NH3+ terminal vers le COO- terminal
4/ Translocation : fixation du complexe EF-G/GTP sur le ribosome,hydrolyse du GTP, relargage de l’ARNt non chargé du site P, Glissement du ribosome sur l’ARNm, transfert du peptidyl-ARNtdu site A au site P. Relargage de EF-G/GDP
5/ Un nouveau cycle commence par la fixation de l’aminoacyl-ARNt
au site A libéré.
Terminaison de la traduction
Les composants
→ Les codons « stop » (ou « non-sens ») : UAA, UGA et UAG
Les événements
Reconnaissance du codon stop par RF1/RF2
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Les événements
Et cela repart….
Hydrolyse de la liaison ester entre le dernier acide aminé et l’ARNt
Libération de la protéine
Relargage de l’ARNt
Dissociation du ribosome
Polysomes
Traduction d’un ARNm cassé Couplage transcription/traduction chez les procaryotes
Inhibiteurs de la synthèse protéique Schéma d’un gène et de son expression
promoteur
terminateur
ADN
5’P 3’ OHARN
messager
Protéine
5’ 3’
3’ 5’
gène
+1-10-35 SD ATG TAG
Séquence codante
SD AUG UAG
NH2 COOHRégion transcrite
non traduite
Brin matrice
Brin codant(Brin complémentaire)
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promoteur
terminateur
ADN
5’P 3’ OH
ARN polycistronique
Protéines
5’ 3’
3’ 5’
opéron
+1-10-35 SD ATG TAG
N C
SD ATG TAG
SD ATG TAG SD ATG TAG
N C
Expression d’un opéron (chez les procaryotes) Cadre ouvert de lecture(Open Reading Frame : ORF)
Définition : une séquence d’ADN contenant une suite de codons non interrompue par un codon stop
→ ne correspond pas nécessairement à un gène
ATG XXX XXX XXX XXX XXX TAA → séquence potentiellement codante
Attention : une autre définition est une séquence d’ADN contenant une suite de codons comprise entre deux codons stop → cf cours de bioinformatique
→ 6 phases de lecture pour un fragment d’ADN
Les phases de lecture
AATGGGXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXTGAAXXXCATX
TTACCCXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXACTTXXXGTAX
5’
3’ 5’
3’ADN
Sens de lecture
Sens de lecture
AATGGGXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXTGAAXXXCATX5’ 3’
ATG TGAstop
1
2
3
TTACCCXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXACTTXXXGTAX3’ 5’
stopGTA
4
5
6
Une région d’ADN sur le chromosome d’Escherichia coli