Génétique - cloudfront.net

Génétique
La transcription
Généralité
L’ADN est une molécule double brin qui constitue le génome ; elle est
véhiculée par l’ARN.
Un polypeptide est une chaine d’acide aminé mais sous une forme inactive.
Les modifications post-traductionnelles rendent les polypeptides actifs ce qui
donne une protéine.
Composition et structure des ARN
5’
3’
3’
5’
ARN polymérase (enzyme
intervenant dans la transcription)
5’
3’
Il existe plusieurs catégories d’ARN :
ARN
ARN Codant
ARNm
petit ARN
2 à 10%
Chez eucaryotes
uniquement
ARN non codant
ARNr
50 à 85 %
ARNt
18 à 30 %
Il y a beaucoup de gènes qui codent pour les ARN codant, mais il y a une faible
production.
A l’inverse, peu de gènes codent pour les ARN non codant, mais la production est
forte.
Rq : Les ARN ribosomiques (ARNr) ne sont pas transcrit.
-
Brin codant et brin matrice
L’ADN est constitué de 2 brins, un gène se trouve alors en double exemplaire, un
sur chaque brin.
Cet ADN est transcrit par L’ARN polymérase.
L’ARN polymérase produit toujours un brin de sens
5’- 3’.
La polymérase a donc besoin d’une matrice qui est le brin 3’-5 ‘.
On appelle donc le brin 3’-5’ : brin matrice (brin transcrit, non codant ou
antisens)
On appelle l’autre brin (brin 5’-3’) : brin codant (brin sens, brin non transcrit)
Rq : Le brin codant à la même séquence que l’ARN (sauf U remplace T)
- Par convention, quand on donne l’ADN, c’est le brin codant.
Attention : Il peut y avoir des gènes sur les 2 brins donc le brin matrice peut
être différents selon le gène.
-
Etapes de la transcription
Pour fabriquer une protéine, il faut chercher dans le génome le gène
correspondant et plus précisément les séquences d’initiation. Il y a 3 étapes :
- L’initiation
- L’élongation
- La terminaison
Gène
Initiation
terminaison
5’
3’
3’
5’
Unité de transcription
ARN
-
5’
Transcription
3’
Différences entre ADN et ARN
L’ADN est en double brin alors qu’un l’ARN est composée d’un unique brin.
Au niveau des sucres, l’ADN est composé d’un désoxyribose alors que l’ARN
est composé d’un ribose.
A noter aussi que la thymine (T) est propre à l’ADN tandis que l’uracile (U)
est propre à l’ARN.
Transcription chez les procaryotes
Une cellule procaryote est composée d’un seul compartiment où se fait tout.
La transcription va très vite (plus vite que chez les eucaryotes).
On a une seul forme d’enzyme chez les procaryotes, l’ARN polymérase.
L’ARN polymérase est formée de 4 sous unités : α; β; β’; σ.
Le cœur de l’enzyme est : α2ββ’.
Cependant, il manque la sous unité σ pour que l’enzyme soit active. On l’appelle
l’holoenzyme :
α2ββ’σ.
ARN polymérase :
β
Β’
α
σ
Le site actif, soit l’activité catalytique de l’enzyme est portée par le peptide β et
β’.
Le peptide σ a une activité régulatrice de l’initiation de la transcription.
Entre autre le facteur σ70 reconnait la majorité des gènes.
Initiation
Le site d’initiation est appelé +1. En amont, on a une région régulatrice qui
s’appelle le promoteur.
Il est nécessaire et suffisant pour l’initiation.
Rq : Selon la séquence du promoteur, on n’a pas la même efficacité de
transcription.
Dans un promoteur procaryote, on retrouve 2 séquences conservées, ou
séquences consensus.
Ce sont des séquences clés avec notamment la boite de Pribnow (vers-10) et
une autre (vers-35).
Les séquences des promoteurs qui varie d’un gène à l’autre et donc font varier la
transcription.
L’ARN polymérase n’a pas besoin d’amorce, il a juste besoin d’un brin matrice. Il
y a alors l’ajout de ridonucléotides.
Nucléoside triphosphate
polymérisés + PPi
Nucléoside monophosphate
ARN pol.
Chaine polynucléotidique
Après l’ajout de quelques ribonucléotides, l’ARN polymérase se débarrasse de sa
sous unité σ est poursuit son chemin de le sens 5’-3’.
A noter que dans la bulle de transcription, l’hybride se fait sur une dizaine de
paires de bases.
Elongation
On a l’intervention de facteur d’élongation.
Dans la bulle de transcription, l’ARN polymérase doit dérouler d’abord l’ADN pour
trouver le brin matrice, puis après son passage, elle l’enroule.
Terminaison
Sans le facteur rho :
L’ARN polymérase s’arrête quand il y a un signal de terminaison.
Le signal de terminaison est une séquence nucléotidique spécifique, d’environ 40
nucléotides.
La séquence provoque le repliement du transcrit (ARN) sur lui-même. C’est ce
qu’on appelle une structure en épingle à cheveux. Ce repliement détache l’ARN
polymérase.
Avec le facteur rho :
Le facteur rho est une protéine hexamèrique qui se déplace le long du transcrit
en cours de synthèse.
Il provoque la dissociation de l’hybride ARN/ADN, puis l’ARN polymérase se
décroche.
Chez un procaryote, l’ARN est souvent polycistronique. C'est-à-dire que l’on
un promoteur pour plusieurs gènes. On a le même système d’arrêt.
On a donc un seul ARN pour plusieurs protéines différentes.
Cela permet un gain de temps et d’énergie, par contre, s’il y a une mutation,
plusieurs protéines sont affectées.
Rq : N’existe pas chez les eucaryotes.
Transcription chez les eucaryotes
Il existe 3 sortes d’ARN polymérase :
ARN polymérase I : transcription des gènes codant les ARNr (28s, 18s, 5,8s)
(Nucléole)
ARN polymérase II : transcription des gènes codant les protéines (ARNm)
(nucléoplasme)
ARN polymérase III : transcription des gènes codant les ARNt et l’ARNr 5s
(nucléoplasme)
Initiation et régulation de la transcription
Le mécanisme chez les eucaryotes est beaucoup plus complexe que chez les
procaryotes :
- Génome beaucoup plus grand avec gènes plus dispersés.
- Chromatine doit être déroulée pour que l’ADN soit accessible, il s’agit du
remodelage de la chromatine.
- Promoteur : beaucoup plus de séquences importantes avec plusieurs
facteurs protéiques.
- Autre séquence régulatrice en amont du site d’initiation de la transcription
à l’intérieur ou dans la partie 3’ du gène activateur.
Exemple d’un promoteur eucaryote : (promoteur gène β-globine)
• Boite TATA (-20,-30), même que chez le procaryote.
• Boite CAAT (~-80)
L’ARN polymérase II se fixe sur la boite TATA.
Facteur de transcription :
-
-
Facteurs de transcriptions généraux : Ils se trouvent dans tous les
gènes eucaryotes. Ils sont nécessaires à la fixation de l’ARN polymérase II
et l’initiation de la transcription ; ils forment alors un complexe d’initiation
de la transcription.
Facteurs de transcriptions spécifiques : Ils ne sont pas présents dans
tous les gènes. Ils contrôlent l’efficacité ou le taux de transcription.
On a plusieurs facteurs de transcriptions généraux : TFII (qui se lie a l’ADN et
participent à l’initiation de la transcription).
a) TFII D se fixe sur la boite TATA
b) Il recrute TFII B
c) L’ARN polymérase II est recruté et va venir sur le complexe de TFII. (Des
TFII se sont fixés sur l’ARN polymérase II).
Sur l’ARN polymérase II, on a des CTD qui se phosphorylises.
Dissociation du complexe d’initiation puis l’élongation peut commencer.
Les facteurs TFII peuvent être réutilisés pour faire d’autres complexes.
Il y a beaucoup d’ARN polymérase II qui transcrivent à la chaine.
L’élongation commence dans le sens 5’-3’ que si le complexe est bien stable.
L’ADN doit être assez long est assez lâche, c’est le rôle de la topoisomérase
(protéine).
Terminaison
Le mécanisme est encore mal défini (complexe devient instable, libération de
l’ADN et ARN).
Différentes catégories d’ARN
-
ARN de transfert (ARNt) : 15 à 30 % des ARN
Adaptateurs entre l’ARNm et les acides aminés, servent à acheminer les
ARNm vers les acides aminés.
Il y a plusieurs boucle en forme de trèfle avec une boucle appelée
anticodon qui est une zone de reconnaissance de l’ARNm et de l’autre
coté une zone de fixation des acides aminés, appelée extrémité 3’.
La structure est similaire entre un procaryote et un eucaryote.
-
ARN ribosomique (ARNr) : 50 à 85% des ARN
Un ribosome est constitué d’ARNr en majorité pour peu de protéines (Elles
sont là pour assister l’ARNr qui fait beaucoup de travail) que se soit la
grande ou la petite sous unité.
Il existe plusieurs ARNr (ARNr 18s, ARNr 5,8s, ARNr 5s ; ARNr 28s)
-
ARN messager (ARNm) : 2 à 10% des ARN
Il est traduit en protéines par les ribosomes.
Caractéristiques des ARNm procaryotes et
eucaryotes
Chez un procaryote
L’information contenue dans le gène se retrouve de manière intégrale en
ARNm qui sera traduit.
La traduction se fait quasiment en même temps que la transcription.
Chez un eucaryote
L’ADN est composé d’introns et d’exons.
Dans la majorité des cas, les introns sont excisés et l’information des introns
n’est pas retrouvée dans l’ARNm et les protéines.
Seule l’information des exons se retrouve dans les ARNm.
Le site d’initiation est au début de l’exon 1, la fin de la transcription se fait
au dernier exon.
Avant d’avoir un ARNm mature, il y a un ARN pré-messager qui va subir des
modifications post-transcriptionnelle. Tout cela se déroule dans le noyau.
Ensuite, l’ARNm est exporté dans le cytoplasme pour être traduit en protéine.
La maturation et la transcription sont des mécanismes coordonnés par l’ARN
polymérase II.
Maturation des ARN eucaryotes
3 étapes :
-
ARN transcrit primaire
Ajout coiffe en 5’
-
Clivage en 3’
Ajout d’une queue poly A.
Début de l’épissage (excision des introns)
Ligature des exons (donne ARNm mature)
Coiffe :
C’est un groupement 7-méthylguanosine liée par une liaison triphosphate
5’-5’.
La coiffe permet de protéger l’ARNm pour éviter les dégradations par le
nucléase.
Elle a un rôle dans la maturation et transport du noyau au cytoplasme.
Il y a une reconnaissance par des facteurs d’initiations de la traduction.
Queue poly A :
Une protéine reconnait un signal de polyadénylation qui permet le clivage sur 20
paires de bases environ.
Ensuite, il y a l’ajout d’une queue poly A, c’est une suite d’adénine (jusqu'à 100
dans certain cas) à l’extrémité 3’.
La queue poly A à un rôle dans la stabilité de l’ARNm et évite une
dégradation de celle-ci.
Introns :
Dans certains gènes, il y en a beaucoup et ce sont de grandes séquences.
Ils ne sont pas transcris dans l’ARNm, il faut donc les exciser, c’est l’épissage.
On enlève donc les introns et on raboute les exons, ce qui donne l’ARNm mature.
En 5’ de l’intron, on à GGU et en 3’ de l’intron, on a AGG ;
Ces séquences sont reconnues par des molécules spécifiques, les
ribonucléoprotéines (composée de protéines et d’ARN nucléaire) qui élimine
les introns.
Une adénine est importante (entre 15 et 45 nucléotides en amont de 3’), c’est un
point de branchement du spliceosome (complexe essentiel à l’épissage).
Le spliceosome forme une structure (en forme de lasso) entre les 2 séquences.
L’épissage des introns fait intervenir une réaction de transesterification.
Epissage alternatif qui permet d’éliminer certain exons.
On peut alors fabriquer des protéines différentes à partir d’un même prémessager.
Toutes les séquences de l’ARNm ne forment pas des protéines.
L’AUG qui est le début de la traduction n’est pas forcément au début du premier
exon.
Le codon stop n’est pas forcément à la fin du dernier exon.
5’ UTR et 3’ UTR sont des séquences 5’ et 3’ non traduite.