3 ` ACC 5 `

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
Protéine de structure (collagène)
AA1-AA2-AA3…AAn Protéines fonctionnelles
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
20 AA différents ?
1ère possibilité : code à 1 lettre
41 = 4
2ème possibilité : code à 2 lettres
42 = 16
3ème possibilité : code à 3 lettres
43 = 64
Code génétique
Triplet = codon
5’
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
ABCDEFG HI JKL
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
AAAAAAAAA... + Système acellulaire
Phe-Phe-Phe-..
Lys-Lys-Lys-..
UUU = Phe.
AAA= Lys
1er nucléotide
2ème nucléotide
3ème nucléotide
(en 3 ’)
(en 5 ’)
U
C
A
G
U
Phe
Phe
Leu
Leu
Ser
Ser
Ser
Ser
Tyr
Tyr
Stop
Stop
Cys
Cys
Stop
Trp
U
C
A
G
C
Leu
Leu
Leu
Leu
Pro
Pro
Pro
Pro
His
His
Gln
Gln
Arg
Arg
Arg
Arg
U
C
A
G
A
Ile
Ile
Ile
Met
Thr
Thr
Thr
Thr
Asn
Asn
Lys
Lys
Ser
Ser
Arg
Arg
U
C
A
G
Val
Val
Val
Val
Ala
Ala
Ala
Ala
Asp
Asp
Glu
Glu
Gly
Gly
Gly
Gly
U
C
A
G
G
UAA, UAG, UGA = codons stop (codon non sens)
AUG = codon initiateur
dégénérescence ++ (3ème base)
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 ’
XYZ
5’
3’
mRNA
mRNA 5 ’
5’
Trp
AA G
ACC
UUC
UGG
3’
DNA 5 ’ TTC 3 ’ (sens, codant)
61 codons (20 AA) : 32 tRNA (Wobble)
ACC 3 ’
5’
3’
5’
DNA
3 ’ AAG 5 ’ antisens, non codant)
5 ’ TGG 3 ’
3 ’ ACC 5 ’
Établissement de la liaison t-RNA avec un acide aminé
Acide aminé + tRNA + ATP
Mg 2+
aminoacyl-tRNA + AMP + PPi
aminoacyl-tRNA synthétase
1 : acide aminé + ATP
aminoacyl-AMP + PPi
+
+ PPi
2 : aminoacyl-AMP + t R NA
AMP
Extrémité
3 ’ du
tRNA
5’
tRNA
aminoacyl-tRNA +
+ AMP
aminoacyl-AMP
5’
aminoacyl-tRNA
3- Les différentes étapes de la traduction (chez les procaryotes)
Initiation, élongation et terminaison :
N terminale
+ AA2
NH2-AA1-COOH
C terminale
+ 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
AUG
3’
AUG
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
AUG
tRNA
5’
3’
1
2
fMet-AA1
AUG
5’
3’
1
2
AA2
translocation
c - Terminaison
Codon stop : UAA, UAG, UGA
GTP
GDP + Pi
AUG
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
4 liasons riches en énergie / liaison peptidique
2 GDP + 2Pi (élongation)
Comparaison procaryotes et eucaryotes ( fmet ≠ met)
noyau
DNA
cytoplasme
5’
transcrit
primaire
3’
mRNA
mature
mRNA
ribosome
Protéine
naissante
5’
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
3’
5’
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 ...