expression des génes : la traduction ou biosynthèse des protéines

MÉCANISMES MOLÉCULAIRES DE
L ’EXPRESSION DES GÉNES : LA TRADUCTION
OU BIOSYNTHÈSE DES PROTÉINES
I-Introduction - définition
gène
5 ’
A
B
3 ’
C
transcription
tRNA
mRNA
rRNA
Traduction
AA1-AA2-AA3…AAn Protéines fonctionnelles
Protéine de structure (collagène)
Enzymes (métabolisme)
Protéine signal (hormone)
Traduction = processus de biosynthèse des protéines
1 : transfert de l ’information 2 : attachement des acides aminés
Problème : ARN messager = code à 4 lettres (AUCG)
Protéines = codes à 20 lettres (20 acides aminé différents) II- Code génétique
4 bases
1ère possibilité : code à 1 lettre 2ème possibilité : code à 2 lettres 3ème possibilité : code à 3 lettres 20 AA différents ?
41 = 4
42 = 16
43 = 64
Code génétique
5 ’
Triplet = codon
AUC CGA GUC
AA1 - AA2 - AA3
AUC : 3 nucléotides (AMP, UMP, CTP)
3 ’ mRNA
protéine
64 codons ≠
Caractéristiques du code génétique ➥ Code universelle
➥ Code non chevauchant
AA1 - AA2 - AA3 - AA4
A B C D E F G H I J K L
AA1
AA2
AA3
➥ Pas de ponctuation
➥ Code dégénéré : 64 codons et 20 AA ≠
Plusieurs codons pour un même AA
Déchiffrage du code génétique (Khorana et Nirenberg: prix Nobel 1968)
Stratégies de déchiffrage :
UUUUUUUUU... + Système acellulaire Phe-Phe-Phe-..
UUU = Phe.
AAAAAAAAA... + Système acellulaire Lys-Lys-Lys-..
AAA= Lys
1er nucléotide
(en 5 ’)
U
C
A
G
2ème nucléotide
3ème nucléotide
(en 3 ’)
U
C
A
G
Phe
Phe
Leu
Leu
Leu
Leu
Leu Leu
Ser
Ser
Ser
Ser
Pro
Pro Pro Pro
Tyr
Tyr
Stop
Stop
His His
Gln
Gln
Cys
Cys
Stop
Trp
Arg
Arg
Arg
Arg
U
C
Ile
Ile
Thr
Thr
Asn
Asn
Ser
Ser
U
C
Ile
Thr
Lys
Arg
A
Met
Thr
Lys
Arg
G
Val
Val
Ala
Ala
Asp
Asp
Gly
Gly
U
C
Val
Ala
Glu
Gly
A
Val
Ala
Glu
Gly
G
UAA, UAG, UGA = codons stop (codon non sens)
AUG = codon initiateur
dégénérescence ++ (3ème base)
A
G U
C
A
G
III- Mécanismes biochimiques de la traduction
1- Lieu de la biosynthèse des protéines : ribosomes N
Ribosomes libres
- protéines du cytoplasme
- protéines du cytosquelette
Ribosomes liés au RE - protéines de sécrétion (hormones,
matrice extracellulaire)
tRNA (adaptateur)
AA
codon
mRNA
2- Éléments nécessaires
Acides aminés
H2N-CH-COOH
H2O
H2N-CH-COOH
R1
R2
AA1
AA2
H2N-CH-CO-NH-CH-COOH
R1
R2
peptide
ARN de transfert : tRNA
Acide aminé (Phe)
Extrémité 5 ’
Extrémité 3 ’
Bras T
Bras D
Feuille de trèfle
anticodon
Acide aminé
ACC 3 ’
5 ’
Phe
ACC 3 ’
X Y Z
5 ’
3 ’
mRNA
mRNA 5 ’
5 ’
Trp
A A G
A C C
U U C
U G G
3 ’
DNA 5 ’ TTC 3 ’ (sens, codant)
61 codons (20 AA) : 32 tRNA (Wobble)
ACC 3 ’
5 ’
3 ’
5 ’
DNA 5 ’ TGG 3 ’
3 ’ AAG 5 ’ antisens, non codant)
3 ’ ACC 5 ’
Établissement de la liaison t-RNA avec un acide aminé
Mg 2+
Acide aminé + tRNA + ATP aminoacyl-tRNA + AMP + PPi
aminoacyl-tRNA synthétase
1 : acide aminé + ATP
aminoacyl-AMP + PPi
+
+ PPi
2 : aminoacyl-AMP + t RNA
Extrémité
3 ’ du
tRNA
5 ’
tRNA
aminoacyl-tRNA + AMP
+ AMP
aminoacyl-AMP
5 ’
aminoacyl-tRNA
3- Les différentes étapes de la traduction (chez les procaryotes)
Initiation, élongation et terminaison : N terminale C terminale
+ AA2
NH2-AA1-COOH + AA3
NH2-AA1-AA2-COOH NH2-AA1-AA2-AA3-COOH
Débute par la formylmethionine (fMet)
a - Formation du complexe d ’initiation
fMet
5 ’
mRNA fMet-tRNA
Sous unité 30S
Facteurs
GTP 5’
d ’initiation
Site
peptidyl P
Site
Aminoacyl A
fMet
Sous unité 50S
A U G
3’
A U G
mRNA
complexe d ’initiation 30 S
complexe d ’initiation 70 S
b- Phase d ’élongation
Site P libre
Facteur fMet
d ’élongation
AA1-tRNA
AA1
fMet-AA1
Peptidyl transférase
GTP
GDP + Pi
A U G
tRNA
5’
3’
1
2
fMet-AA1
A U G
5’
3’
1
2
AA2
translocation
c - Terminaison
Codon stop : UAA, UAG, UGA
GTP
GDP + Pi
A U G
Libération de la chaîne
5’
3’
1
2
3
Dissociation ribosome
Bilan énergétique de la traduction
Aminoacyl-tRNA : 2 liaisons riches en énergie
2 GTP
2 GDP + 2Pi (élongation) 4 liasons riches en énergie / liaison peptidique
Comparaison procaryotes et eucaryotes ( fmet ≠ met)
noyau
DNA
cytoplasme
5 ’
transcrit
primaire
3 ’
mRNA
mature
mRNA
ribosome
5 ’
Protéine
naissante
5 ’
Procaryote
3 ’
Eucaryote
Inhibition de la biosynthèse protéique par les antibiotiques
Streptomycine : fMet-tRNA
Tétracyclines : liaison à la sous-unité 30S
Érythromycine : liaison à la sous-unité 50S (inhibe la translocation)
Chloramphénicol : inhibe la peptidyl-transférase
IV - Adressage des protéines et modifications post-traductionnelles
cytosol (ribosomes libres)
Membrane plasmique
protéine
Ribosomes liés (RE) : séquence signal (extrémité
N-terminale) = 20 AA (hydrophobes) sécrétion
Réticulum
endoplasmique
translocation
NH2
Séquence
signal
5 ’
3 ’
SRP = particule de reconnaissance du signal
(cytosol + ribosome) + récepteur sur RE
Dans le RE : modifications post-traductionnelles
- repliement de la protéine (rôle des protéines chaperonnes)
- glycosylation, hydroxylation ...
Les différents niveaux de régulation possibles
Noyau
ADN
1
Contrôle de
l’initiation de la
transcription
Transcrit
d ’ARN
primaire
Cytoplasme
ARNm
inactif
5
ARNm
2
Contrôle de la
maturation du
transcrit (épissage
alternatif)
3
ARNm
4
Protéine
Contrôle de la traduction
par les micro ARN
6
Protéine
inactive
Les différents ARN
Les micro ARN = ARN mi et ARN si (A. Fire et C. Mello,
prix Nobel en 2006)
Dans le noyau
Sortie du noyau
Dans le cytoplasme
Association à une endonucléase (DICER)
Coupure et libération d’un court fragment
linéaire d’environ 20 à 25 nt (ARNmi ou ARNsi)
Formation d’un complexe RISC (association avec
des protéines = RNA induced silencing complex)
association avec ARN m
Si association parfaite : ARNm est détruit =
silencing
Si appariement imparfait : blocage de la
traduction