La traduction - L`UNF3S en 2015, c`est
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UE1 : Biochimie – Biologie moléculaire Chapitre 6 : La traduction Professeur Joël LUNARDI Année universitaire 2011/2012 Université Joseph Fourier de Grenoble - Tous droits réservés. Chapitre 6. La traduction Plan I. Le code génétique II. Les molécules informationnelles de la traduction III. La traduction La traduction ---GTGCACCTGACTCCTGAG-----CACGTGGACTGAGGACTC--- --- GUGCACCUGACUCCUGAG --- --val-his-leu-thr-pro-glu--- I. Le code génétique I. Le code génétique 1. Mise en évidence - 4 bases vs 20 acides aminés lecture des bases 1 à 1 : 41 = 4 combinaisons lecture des bases 2 à 2 : 42 = 16 combinaisons lecture des bases 3 à 3 : 43 = 64 combinaisons -mise en évidence expérimentale avec des polynucléotides de synthèse et des systèmes de traduction in vitro motif élémentaire de lecture : le codon formé par 3 nucléotides 2. Propriétés 2ème position 1ère position (5 ’) U C A G I. Le code génétique U 3ème position (3 ’) U U U U C A G C C C C U C A G A A A A U C A G G G G G U C A G 2ème position 1ère position (5 ’) UPropriétés C A G I. Le code génétique U UCU U U U UCC UCA UCG 3ème position (3 ’) U C A G C C C C U C A G A A A A U C A G G G G G U C A G 2ème position 1ère position (5 ’) U C A Propriétés G 3ème position (3 ’) U U U U UUU UUC UUA UUG UCU UCC UCA UCG UAU UAC UAA UAG UGU UGC UGA UGG U C A G C C C C CUU CUC CUA CUG CCU CCC CCA CCG CAU CAC CAA CAG CGU CGC CGA CGG U C A G A A A A AUU AUC AUA AUG ACU ACC ACA ACG AAU AAC AAA AAG AGU AGC AGA AGG U C A G G G G G GUU GUC GUA GUG GCU GCC GCA GCG GAU GAC GAA GAG GGU GGC GGA GGG U C A G 2ème position 1ère position (5 ’) code spécifique 1 codon = 1 aa U C A Propriétés G 3ème position (3 ’) U U U U UUU phe UCU UAU tyr UGU cys UUC UCC ser UAC UGC UUA leu UCA UAA stop UGA stop UUG UAG UCG UGG trp U C A G C C C C CUU CCU CAU his CGU CUC CCC pro CAC CGC arg leu CUA CCA CAA gln CGA CUG CCG CAG CGG U C A G A A A A ACU AAU asn AGU ser AUU AUC ile ACC thr AAC AGC AUA ACA AAA lys AGA arg AUG met ACG AAG AGG U C A G G G G G GCU GAU asp GGU GUU GGC gly GUC val GCC ala GAC GCA GAA glu GGA GUA GCG GGG GUG GAG U C A G 2ème position 1ère position (5 ’) code spécifique 1 codon = 1 aa code dégénéré 1 aa = 1 à 6 codons U C A Propriétés G 3ème position (3 ’) U U U U UUU phe UCU UAU tyr UGU cys UUC UCC ser UAC UGC UUA leu UCA UAA stop UGA stop UUG UAG UCG UGG trp U C A G C C C C CUU CCU CAU his CGU CUC CCC pro CAC CGC arg leu CUA CCA CAA gln CGA CUG CCG CAG CGG U C A G A A A A ACU AAU asn AGU ser AUU AUC ile ACC thr AAC AGC AUA ACA AAA lys AGA arg AUG met ACG AAG AGG U C A G G G G G GCU GAU asp GGU GUU GGC gly GUC val GCC ala GAC GCA GAA glu GGA GUA GCG GGG GUG GAG U C A G 2ème position 1ère position (5 ’) code spécifique 1 codon = 1 aa code dégénéré 1 aa = 1 à 6 codons code ponctué - codon initiateur - 3 codons stop U C A Propriétés G 3ème position (3 ’) U U U U UUU phe UCU UAU tyr UGU cys UUC UCC ser UAC UGC UUA leu UCA UAA stopUGA stop UUG UAG UCG UGG trp U C A G C C C C CUU CCU CAU his CGU CUC CCC pro CAC CGC arg leu CUA CCA CAA gln CGA CUG CCG CAG CGG U C A G A A A A ACU AAU asn AGU ser AUU AUC ile ACC thr AAC AGC AUA ACA AAA lys AGA arg AUG met ACG AAG AGG U C A G G G G G GCU GAU asp GGU GUU GGC gly GUC val GCC ala GAC GCA GAA glu GGA GUA GCG GGG GUG GAG U C A G 2ème position 1ère position (5 ’) code spécifique 1 codon = 1 aa code dégénéré 1 aa = 1 à 6 codons code ponctué - codon initiateur - 3 codons stop U C A G 3ème position (3 ’) U U U U UUU phe UCU UAU tyr UGU cys UUC UCC ser UAC UGC UUA leu UCA UAA stop UGA stop UUG UAG UCG UGG trp U C A G C C C C CUU CCU CAU his CGU CUC CCC pro CAC CGC arg leu CUA CCA CAA gln CGA CUG CCG CAG CGG U C A G A A A A ACU AAU asn AGU ser AUU AUC ile ACC thr AAC AGC AUA ACA AAA lys AGA arg AUG met ACG AAG AGG U C A G G G G G GCU GAU asp GGU GUU GGC gly GUC val GCC ala GAC GCA GAA glu GGA GUA GCG GGG GUG GAG U C A G code « universel » : codon UGA (stop) = trp dans la mitochondrie… = sélénocystéine « 21ème aa) 2ème position 1ère position (5 ’) U C A Propriétés G 3ème position (3 ’) U U U U UUU phe UCU UAU tyr UGU cys UUC UCC ser UAC UGC UUA leu UCA UAA stop UGA stop UUG UAG UCG UGG trp U C A G CUA : 6,2 % C C C C CUU CCU CAU his CGU CUC CCC pro CAC CGC arg leu CUA CCA CAA gln CGA CUG CCG CAG CGG U C A G CUG : 42,5 % A A A A ACU AAU asn AGU ser AUU AUC ile ACC thr AAC AGC AUA ACA AAA lys AGA arg AUG met ACG AAG AGG U C A G G G G G GCU GAU asp GGU GUU GGC gly GUC val GCC ala GAC GCA GAA glu GGA GUA GCG GGG GUG GAG U C A G la fréquence d’utilisation des codons dans les gènes est variable 3. Code génétique et mutations Code génétique et mutations* le cadre de lecture détermine la nature du message 5’ - CCUAUUAACGCC cadre de lecture 1: -CCUAUUAACGCC- = pro-ile-asn-ala cadre de lecture 2: -CCUAUUAACGCC-= leu-leu-thr cadre de lecture 3: -CCUAUUAACGCC- = tyr-stop * Les variations affectant l’ADN sont retrouvées au niveau de l’ARN lorsque l’ADN modifié est transcrit. Une variation de type: AUG > ACG au niveau de l’ARN sera équivalente à la variation ATG > ACG au niveau de l’ADN génomique… mutations ponctuelles de substitution Mutations ponctuelles de substitution --- UGG UGC UCC --- = -- trp-cys-ser-C>U C>G C>A = --trp-cys-ser-= --trp-trp-ser-= --trp-stop : mutation isosémantique : mutation faux sens : mutation non sens mutations par délétion ou insertion --- UGG UGC UCC UUA GUU AGA trp cys ser phe val arg + --- UG-U GC U CC U UA G UU --cys ala pro stop --- UGG UGC AUC C UU A GU U AG trp cys ile ile ser stop décalage du cadre de lecture Positionnement des mutations au niveau des acides aminés et des nucléotides le codon AUG de début de traduction sert de référence pour le positionnement des mutations au niveau des acides aminés et des nucléotides de la séquence codante début de la transcription début de la traduction le premier nucléotide du codon = nucléotide +1 1 22 AACUGCUUACGUUUAAUGUACUAUAUUGCUGGGUUUAUUCAG… met 1 tyr 2 Exemple de nomenclature d’une variation : -10 tyr 3 ile 4 ala 5 gly 6 phe ile 7 8 gln 9 la base A en position +22 de l’ADN codant (c.) est substituée par la base C c.22 A>C 1 5’ AACUGCUUACGUUUAAUGUACUAUAUUGCUGGGUUUCUUCAG… met 1 leu p.ile8leu l’acide aminé ile en position 8 de la protéine (p.) est substitué par l’acide aminé leu II. II. LesLes molécules informationnelles molécules informationnelles de la traduction de la traduction 1. Les ARNm - synthèse rapide par ARN pol II - présence de précurseurs nucléaires ( RNPhn ) - nombre, taille et durée de vie des transcrits variable - association fonctionnelle avec ARNr et ARNt 2. Les ARNr gènes (> 200 copies / génome ) 5’ 3’ ARNpol III ARNpol I 18s su 40s 5,8s 28s su 60s 5s 3. Les ARNt Les ARNt 3.1. Structure Site d ’attachement de l ’acide aminé 5’ 3’ 3’ 5’ boucle DHU acide aminé boucle TC 8 nm amino-acyl ARNt synthétase boucle anticodon ’ - 70 à 95 nt avec de nombreuses bases modifiées - ≈ 50 % des bases « appariées » - Pi en 5 ’, boucles DHU, anticodon, TC, CCA en 3 ’, sites de reconnaissance par l’amino-acyl ARNt synthétase anticodon Représentation des interactions entres l’aminoacyl-ARNt synthétase, l’ARNt, l’ATP et l’acide aminé ARNt aminoacyl-ARNt synthétase ATP acide aminé 3.2. Fonctions a. appariement à l ’ARNm 3.2. Fonctions b. fixation des acides aminés phase d ’activation: la synthétase reconnaît et active 1 seul AA phase de fixation: la synthétase reconnaît l ’ARNt correspondant à l ’AA ARNt --CCA-O-CO-CHR-NH2 3.3. Reconnaissance codon vs acide aminé 3.3. Reconnaissance codon vs acide alanine cystéine aminé la reconnaissance de l’acide aminé est indépendante de l ’anticodon mutation de l’ARNtcys GCA GCA anti-codon cystéine position « wobble », ARNt iso-accepteurs alanine alanine AGC GGC --UCG-- 5 ’ --CCG-- 5 ’ alanine IGC --UCG-- 5 ’ --CCG-- 5 ’ ARNt suppresseurs codon STOP ARN suppresseur ARNttyr une mutations d’un ARNt au niveau de la séquence anticodon peut former un ARNt suppresseur capable de reconnaître un codon stop et de permettre ainsi la poursuite de la traduction + La mutation 3243 A>G du gène mitochondrial codant l’ARNt leu (UUR) est responsable d’une encéphalopathie mitochondriale MELAS (Myoclonic epilepsy with lactic acidosis and strokes : épilepsie myoclonique avec acidose lactique et accidents vasculo-cérébraux) Les mutations des ARNt La mutation a pour conséquence une absence de synthèse de taurino-méthyl uridine au niveau de la boucle anti-codon. Ceci entraine une altération de la reconnaissance des codons de l’ ARNm (effet « wobble ») et modifie la traduction des protéines codées par l’ADN mitochondrial (complexes de la chaîne respiratoire) leucine leucine 3243 A>G U* : taurino-méthyluridine --AUU-- 5 ’ U*AA UAA --GUU-- 5 ’ situation normale --AUU-- 5 ’ --GUU-- 5 ’ MELAS III. La traduction - le complexe ribosome-ARNm : expérience de Brenner, Jacob et Meselson III. La traduction - synthèse protéique dans des systèmes acellulaires 1. Activation des a.a par les amino-acyl ARNt synthétases 2. Mécanisme de la synthèse protéique dans le ribosome grande sous-unité : 60s petite sous-unité : 40s sites A, P, E 2.1. Phase d’initiation Phase d’initiation eIF2 Chez les procaryotes: - les différents facteurs n’ont pas de préfixe e- (IF2, IF3…) - le codon initiateur AUG code pour une formyl-méthionine Motif de Kozak 2.1. Phase d’initiation Procaryotes: le motif d’accrochage du ribosome est appelé séquence de Shine-Delgarno 2.1. Phase d’initiation ATP 2.1. Phase d’initiation 2.2. Phase d ’élongation eEF-1 Phase d ’élongation 5’ eEF-1 eEF2 2 5’ eEF2 2.3. Phase de terminaison Phase de terminaison GTP GDP + RRF eRF 3. Coût énergétique de la synthèse protéique 3. Coût énergétique de la synthèse Synthèse de l’ARNt-acide aminé : 1 ATP protéique initiation: eIF , ARNt , site P, 2 GTP, 1 ATP i élongation : eEF , site A, 2 GTP terminaison : eRF , 2 GTP exemple d’une protéine de 100 acides-aminés : [1 ATP x 100] + [ (2 GTP + 1 ATP) x 1] + [ 2 GTP x 99] + [ 2 GTP x 1] acylation des ARNt initiation élongation terminaison 4. Synthèse protéique: polyribosomes et amplification 4. Synthèse protéique: polyribosomes et amplification ARNm ribosomes 5. Synthèse des protéines dans la mitochondrie 5. Synthèse des protéines dans la Le mécanisme général est très proche de celui gouvernant la synthèse des protéines mitochondrie dans le cytosol, certains éléments sont cependant différents : ribosomes mitochondriaux : grande sous-unité (40s) contenant un ARNr 16s petite sous-unité (30s) contenant un ARNr 12s l’ARNt initiateur est associé à une formyl-méthionine : fMet-ARNti le code génétique est légèrement différent 6. Synthèse des protéines par insertion co-traductionnelle 6. Synthèse des protéines par insertion co-traductionnelle réticulum endoplasmique golgi noyau lysosomes mitochondries peroxysomes cytosol Le mécanisme d’insertion réticulumco-traductionnelle endoplasmique secrétion golgi lysosomes membrane plasmique mécanisme d’insertion co-traductionnelle Met-ARNt Le mécanisme d’insertion 6. Synthèse des protéines par ARNm co-traductionnelle 1 7 insertion co-traductionnelle Su 60s met peptidase du signal Su 40s 2 6 Peptide signal protéine naissante particule de reconnaissance du peptide signal (SRP) 5 3 ribophorine réticulum endoplasmique 4 récepteur de SRP membrane du RE cytosol Met-ARNt Le mécanisme d’insertion 6. Synthèse des protéines par ARNm co-traductionnelle 1 7 insertion co-traductionnelle Su 60s met peptidase du signal Su 40s 2 6 Peptide signal protéine naissante particule de reconnaissance du peptide signal (SRP) 5 3 ribophorine 4 récepteur de SRP membrane du RE cytosol Met-ARNt Le mécanisme d’insertion 6. Synthèse des protéines par ARNm co-traductionnelle 1 7 insertion co-traductionnelle Su 60s met peptidase du signal Su 40s 2 6 Peptide signal protéine naissante particule de reconnaissance du peptide signal (SRP) 5 3 ribophorine 4 récepteur de SRP membrane du RE cytosol Met-ARNt Le mécanisme d’insertion 6. Synthèse des protéines par ARNm co-traductionnelle 1 7 insertion co-traductionnelle Su 60s met peptidase du signal Su 40s 2 6 Peptide signal protéine naissante particule de reconnaissance du peptide signal (SRP) 3 ribophorine réticulum endoplasmique 4 récepteur de SRP membrane du RE cytosol Met-ARNt Le mécanisme d’insertion 6. Synthèse des protéines par ARNm co-traductionnelle 1 7 insertion co-traductionnelle Su 60s met peptidase du signal Su 40s 2 Peptide signal protéine naissante particule de reconnaissance du peptide signal (SRP) 5 3 ribophorine réticulum endoplasmique 4 récepteur de SRP membrane du RE cytosol Met-ARNt Le mécanisme d’insertion 6. Synthèse des protéines par ARNm co-traductionnelle 1 7 insertion co-traductionnelle Su 60s met peptidase du signal Su 40s 2 6 Peptide signal protéine naissante particule de reconnaissance du peptide signal (SRP) 5 3 ribophorine réticulum endoplasmique 4 récepteur de SRP membrane du RE cytosol Met-ARNt Le mécanisme d’insertion 6. Synthèse des protéines par ARNm co-traductionnelle 1 7 insertion co-traductionnelle Su 60s met peptidase du signal Su 40s 2 6 Peptide signal protéine naissante particule de reconnaissance du peptide signal (SRP) 5 3 ribophorine réticulum endoplasmique 4 récepteur de SRP membrane du RE cytosol 7. Inhibiteurs de la traduction 7. Inhibiteurs de la traduction cycloheximide* chloramphénicol streptomycine initiation peptidyl transférase Met Phe 5’ Ala 5’ Phe tétracycline gentamycine néomycine site A P A translocation, élongation, sortie du peptide, sortie des facteurs EF… acide fusidique érythromycine hygromycine B kirromycine ricine* toxine diphtérique (eEF2)* * Antibiotiques actifs sur la traduction des cellules eucaryotes Que faut il retenir a : - savoir de que recouvre les termes codon, cadre de lecture - connaître les propriétés du code génétique (il est inutile d’apprendre la correspondance entre codons et acides aminés si ce n’est que comme exercice de mémorisation…) - connaître les différents types de mutations et leurs conséquences éventuelles, connaître la nomenclature affectant la position +1 au premier nucléotide de la séquence traduite et au premier acide aminé - connaître les caractéristiques des ARNt, les éléments qui définissent la reconnaissance de l’ARNm et des acides aminés, le mécanisme d’activation des acides aminés - connaître les différentes phases de la traduction, la nature et l’intervention des différentes molécules énergétiques. Il n’est pas demandé de savoir les noms de tous les facteurs impliqués mais il est utile de savoir à quel étape du mécanisme interviendra un facteur d’initiation, d’élongation ou de relâchement. Savoir ce qu’est un polyribosome. - connaître les principales étapes du mécanisme d’insertion co-traductionnelle et le rôle des éléments spécifiques de ce mécanisme (SRP, particule de reconnaissance de SRP, ribophorines, peptidase du signal) - savoir pourquoi la traduction est une cible potentielle pour les antibiotiques et certaines toxines (il n’est pas demandé de mémoriser le nom des différentes molécules) a : les exemples numériques et de pathologies sont destinés à illustrer le cours et à permettre une meilleure intégration des connaissances, de même les détails des séquences ou des protéines ainsi que les noms des médicaments cités à titre d’exemples ne sont pas à apprendre systématiquement Mentions légales L'ensemble de cette œuvre relève des législations française et internationale sur le droit d'auteur et la propriété intellectuelle, littéraire et artistique ou toute autre loi applicable. Tous les droits de reproduction, adaptation, transformation, transcription ou traduction de tout ou partie sont réservés pour les textes ainsi que pour l'ensemble des documents iconographiques, photographiques, vidéos et sonores. Cette œuvre est interdite à la vente ou à la location. Sa diffusion, duplication, mise à disposition du public (sous quelque forme ou support que ce soit), mise en réseau, partielles ou totales, sont strictement réservées à l’université Joseph Fourier (UJF) Grenoble 1 et ses affiliés. L’utilisation de ce document est strictement réservée à l’usage privé des étudiants inscrits à l’Université Joseph Fourier (UJF) Grenoble 1, et non destinée à une utilisation collective, gratuite ou payante. Ce document a été réalisé par la Cellule TICE de la Faculté de Médecine et de Pharmacie de Grenoble (Université Joseph Fourier – Grenoble 1)
![6. La synthèse des protéines [biologie cellulaire]](http://s1.studylibfr.com/store/data/002655458_1-7f252533d141d9bd8de010a3541ba2bb-300x300.png)
