ADN
publicité
PACES UE1-3 Biologie Moléculaire Transfert de l'information génétique ADN ARN TRANSCRIPTION REPLICATION ARN TRADUCTION PROTEINES MODIFICATIONS POST TRADUCTIONNELLES PROTEINES ACTIVES Réplication de l’ADN Biosynthèse d’une double chaîne d'ADN identique au double brin d'ADN parental Eléments nécessaires Mécanisme Caractères Marc DENIS 1/27 PACES UE1-3 Biologie Moléculaire Réplication : éléments nécessaires ADN qui sera répliqué (copié) = ADN matrice sous forme simple brin Polynucléotide qui sera prolongé = ARN amorce Enzymes : complexe "réplicase" principales : ADN polymérases ADN dépend. autres : primase gyrase (topo-isomérase) hélicase ligase RNase (exonucléase 5' → 3') Cosubstrats (ou coenzymes) = désoxyribonucléosides tri P dATP, dGTP, dCTP, dTTP l'élément transféré est le reste Nucléotidyl Protéines auxiliaires spécifiques • protéines de reconnaissance •protéines de stabilisation de l'ADN monobrin •protéines de la fourche de réplication Marc DENIS 2/27 PACES UE1-3 Biologie Moléculaire ADN – polymérases Différentes chez procaryotes et eucaryotes Caractères toutes nécessitent un modèle-support simple brin une amorce avec un groupt 3’ OH libre toutes assurent la synthèse de la chaîne dans le sens 5’ vers 3’ certaines ont une activité de relecture - correction ADN polymérase 5’ 5’ 3’ Amorce ARN ADN nouvellement synthétisé 5’ 3’ Topoisomérases Caractères – Agissent sur l’enroulement ou le désenroulement – 2 possibilités – Coupure d’un brin - Coupure des 2 brins Topoisomérase I Marc DENIS Topoisomérase II 3/27 PACES UE1-3 Biologie Moléculaire Double hélice Double hélice Liaison Topo I 3 super tours Coupure ADN Passage du brin 3’ sous le monobrin intact suite Dissociat° Topo I 2 super tours Intermédiaire ADN-enzyme Topoisomérase II Coupure du double brin Topoisomérase I Passage par devant et ligation Réplication : mécanisme Energie dépendant : ATP Importance des interactions ADN-protéines 7 étapes Reconnaissance de(s) l'origine(s) de la réplication, intervention de protéines d’initiation origine Protéines d’initiation Marc DENIS 4/27 PACES UE1-3 Biologie Moléculaire gyrase Détorsion et séparation des brins par la gyrase et hélicase l’hélicase protéines SSB Stabilisation des simples brins par des protéines spécifiques polymérase ARN Synthèse des amorces d’ARN par la primase primase Addition des désoxyribonucléosides = polymérisation de l'ADN RNase Hydrolyse des amorces ARN et remplact par des dXTP ligase Soudure et assemblage des fragments Marc DENIS 5/27 PACES UE1-3 Biologie Moléculaire Réplication : caractères Fidélité - complémentarité des bases - auto-correction Semi-conservative Caractère semi-conservatif Replication → 2 ADN double brin constitué de 1 brin parental et 1 brin néosynthétisé = mécanisme semi-conservatif Marc DENIS 6/27 PACES UE1-3 Biologie Moléculaire Réplication : caractères Fidélité - complémentarité des bases - auto-correction Semi-conservative Sens d'élongation 5' 3' Bidirectionnelle 3' 5' Brin direct 5' 3' Brin indirect 3' 5' 3' 5' 5' 3' Fragments Continue sur 1 brin (brin 3'vers 5') 3' 5' = brin précoce ou direct Discontinue sur 1 brin (brin 5'vers 3') = brin retardé ou indirect Intervalle Amorce ARN Caractère bidirectionnel ADN circulaire : 1 origine ADN linéaire : n origines Origines tous les 150 kb Progression dans les deux directions Fusion des boucles brin direct 5’ 3’ brin retardé 5’ 3’ 5’ 3’ 3’ 5’ 3’ 5’ 3’ 5’ - au niveau d’une origine, 2 fourches de réplication progressant dans des directions opposées. - au niveau de chaque fourche, un brin direct et un brin indirect Marc DENIS 7/27 PACES UE1-3 Biologie Moléculaire Fourche de réplication Brin ADN parental Brin indirect Brin direct Direction de progression de la fourche Synthèse du brin indirect Synthèse des amorces ARN Amorce ARN Elongation des amorces par ADN Fragment d’Okazaki ADN Hydrolyse des amorces Fermeture par ligase Ligation Schéma Brin matrice du brin direct Brin direct Point de départ du prochain fragment d’Okazaki Amorce d’ARN Fragment d’Okazaki ADN polymérase ADN double brin parental Hélicase ADN primase Protéines stabilisant l’ADN simple brin Brin matrice de la chaîne retardée ADN polymérase Marc DENIS 8/27 PACES UE1-3 Biologie Moléculaire Organisation Brin matrice du brin direct Nouveau brin direct ADN polymérase (coté direct) Protéines stabilisant l’ADN simple brin Double hélice ADN parental Primase Hélicase Amorce ARN Fragment d’Okazaki ADN plymérase (coté retardé) d’après MBoC 3, B. Alberts et al, ed. Garland inc. Brin matrice du brin retardé Nouveau brin retardé Réplication : spécificités chez les eucaryotes Initiation simultanée en de nombreux sites ADN polymérases (α, β, γ, δ, ε) Nécessité pour le brin retardé de reconstituer les extrémités Marc DENIS 9/27 PACES UE1-3 Biologie Moléculaire Protéines de la fourche de réplication P r o c a r y o t e s E u c a r y o t e s Hélicase 3’ 5’ Pol III 5’ 3’ G Protéines stabilisant ADN simple brin Primasome C Ligase B Pol III Gyrase = topoisomerase II Pol I Hélicase Brin direct PCNA pol δ 3’ 5’ 5’ 3’ 5’-3’ Protéines stabilisant exonucléase ADN simple brin topoisomérases I & II pol ε Brin retardé Ligase Pol α activité primase associée à pol α Transcription de l’ADN Biosynthèse d'un brin d'ARN complémentaire d'un fragment d'ADN ou gène Eléments nécessaires Mécanisme Caractères Marc DENIS 10/27 PACES UE1-3 Biologie Moléculaire Gène codant pour une protéine (ARNm) début de transcription région adjacente en 5' région adjacente en 3' début de traduction 5' 3' promoteur (+1) exon transcrit et traduit intron transcrit non traduit exon transcrit et non traduit Eléments nécessaires Un modèle : ADN qui sera copié (transcrit) ADN matrice sous forme simple brin Des enzymes a. ARN polymérases ADN dépendantes ARN pol I ARN pol II ARN pol III certains ARNr ARNm ARNt b. Autres enzymes (hélicases) Les co-substrats = ribonucléotides triphosphates ATP, GTP, CTP, UTP transfert d’un reste nucléotidyl Des protéines auxiliaires Marc DENIS 11/27 PACES UE1-3 Biologie Moléculaire Les différentes étapes de la transcription CONVENTION : Le brin d'ADN transcrit est appelé brin antisens / (-) / 3’ 5’ Le brin d'ADN non transcrit est appelé brin sens / (+) / 5’ 3’ (+) 5’ ACTGCATCATGTAGATCTACGCTACTCAG 3’ 3’ TGACGTAGTACATCTAGATGCGATGAGTC 5’ (-) Brin transcrit Les différentes étapes de la transcription 1. Initiation a. Procaryotes Liaison des protéines à action régulatrice Principaux points de contact de l'ARN polymérase Organisation des promoteurs de procaryotes Promoteur Région codante du gène Brin sens ADN Séquence consensus Séquence consensus Début transcription Brin antisens ARNm Marc DENIS 12/27 PACES UE1-3 Biologie Moléculaire b. Eucaryotes Organisation des promoteurs d’eucaryotes Séquence consensus Séquence consensus Région codante du gène Séquence initiation Région régulatrice Brin aval sens ADN Brin antisens Région Promoteur régulatrice amont régions reconnues par l'ARN polymérase II Début transcription ARNm 5' 3' Liaison du complexe transcriptionnel Principaux points de contact de l'ARN polymérase 2. Elongation a. Formation des liaisons esters entre nucléotides Brin ARN Brin ADN antisens Extrémité 5’ triphosphate ARN polymérase Formation liaison phosphodiester Ribonucléoside triP rentrant Sens d’élongation ’élongation Marc DENIS 13/27 PACES UE1-3 Biologie Moléculaire 2. Elongation b. Progression Promoteur Unité de transcription Brin sens Séquence transcrite Initiation Point d’initiation Complexe transcriptionnel Ecartement des 2 brins Signaux de terminaison P P P ADN écarté Point de terminaison Brin anti sens ARNm brin ADN matrice = antisens transcrit ADN réenroulé Déplacement de la polymérase P P P ARNm transcrit Terminaison P P P ARNm transcrit 3. Terminaison a. Procaryotes ADN mARN Région riche en paires AT → polyU Régions self complémentaires → repliement en épingle b. Eucaryotes : signal de fin AATAAA Marc DENIS 14/27 PACES UE1-3 Biologie Moléculaire Caractéristiques de la transcription Synthèse complémentaire par rapport à l'ADN Sens d'élongation 5' → 3' Unidirectionnelle Pas d'amorces nécessaires Brin sens (+) Ex.: ADN 5’-ATGTCACGTGCATGCACTGGCCCATCA-3’ 3’-TACAGTGCACGTACGTGACCGGGTAGT-5’ Brin antisens (-) ARNm 5’-AUGUCACGUGCAUGCACUGGCCCAUCA-3’ Pas d’auto-correction Complexe transcriptionnel facteurs de transcription de base (TFII) protéines régulatrices (activateur, répresseur…) protéines adaptatrices permettant le contact entre les protéines et le repliement de l’ADN. enhancer activateur ARN polymérase II adaptateur TATA box Amplification des informations contenues dans l'ADN 1 gène plusieurs copies de l’ARNm Marc DENIS 15/27 PACES UE1-3 Biologie Moléculaire Maturation post-transcriptionnelle (eucaryotes) ATP, GTP, CTP, UTP Polymérase I TRANSCRIT ARN mature hn ARN ARN r 28S ARN r 18S ARN r 5,8S ARNm précurseur sn ARN sn ARN ARN r 45S Polymérase II Polymérase III précurseur ARN 5S ARN t sn ARN Maturation post-transcriptionnelle des ARNm (eucaryotes) Synthèse pré-ARNm Addition d’une coiffe en 5’ Modification extrémité 3’ Protection d’une destruction enzymatique Fixation du ribosome Formation queue poly A n ATP (AMP)n + n PPi Maturation / épissage Marc DENIS 16/27 PACES UE1-3 Biologie Moléculaire Coiffe des ARNm eucaryotes Chapeau à l’extrémité 5’ O CH 3 N N H 2N + 7 méthylguanosine N N OH 2 C 3’ OH libre P Extrémité 5’ de l’ARNm O P O P A OH 2 C Liaison anhydride O OH 2 C G O Epissage des ARNm Jonction exon-intron 5’ Site donneur pré mRNA Coupure à la jonction exonintron 5’ et formation de la boucle lasso Point de branchement Jonction exon-intron 3’ Site accepteur Protéines Structure en lasso spliceosome snARN Point de branchement Séquence de reconnaissance Fermeture de la boucle par une liaison phosphodiester non conventionnelle 2’-5’ entre G (extrémité 5’ de l’intron et A de la séquence intronique de reconnaissance Marc DENIS Coupure à la jonction exon-intron 3’ et ligation des 2 exons 17/27 PACES UE1-3 Biologie Moléculaire Structure d'un ARNm type Signal AAUAAA n 313 % 62.6 AUUAAA 87 17.4 UAUAAA 12 2.4 AAUACA 6 1.2 AGUAAA 6 1.2 5 1 AAUAUA Other 30 6 none 41 8.2 Signal de polyadenylation Chapeau 7-methylguanine ATG UAG UGA UAA 10-30 bases AAAAAA Cadre de lecture Queue poly A (open reading frame ORF) 5‘ UTR 3‘ UTR UTR = région non traduite (untranslated region) Bilan = Transcriptome Environ 106 molécules d’ARNm dans une cellule Marc DENIS Classe de gènes % ARN ribosomiaux ARN de transfert ARN messagers snARN Autres ARN 70-80 10-15 3 1 <1 18/27 PACES UE1-3 Biologie Moléculaire LA TRADUCTION Définition Synthèse de la chaîne d'acides aminés conforme au message présent au niveau de l'ARNm Eléments nécessaires Code génétique Ribosomes Acides nucléiques Enzymes Protéines Energie Code génétique 3 bases = 1 codon qui spécifie un acide aminé caractéristiques : 3 lettres universel dégénéré non chevauché 2ème base Marc DENIS 3ème base 1ère base Message avec un code chevauchant Message avec un code non chevauchant 19/27 PACES UE1-3 Biologie Moléculaire Les ribosomes acides nucléiques (ARNr) + protéines ribosomales PROCARYOTES EUCARYOTES Site P (peptidyl) Site A (amino-acyl) Site sortie Grande sousunité Emplacement du mARN Petite sousunité Acides nucléiques ARNm : message provenant du gène ARNt : transport des acides aminés vers les ribosomes Marc DENIS 20/27 PACES UE1-3 Biologie Moléculaire Enzymes a. Principale : aminoacyl-ARNt-synthétase ARNt b. Peptidyl transférase + Protéines + Energie (ATP ou GTP) Marc DENIS 21/27 PACES UE1-3 Biologie Moléculaire Mécanisme 4 étapes : Activation des acides aminés Initiation de la chaîne polypeptidique Elongation Terminaison Activation des acides aminés (synthèse des amino-acyl ARNt) acide aminé R ATP H2N C COOH H R HO 3’ ARNt Au plan chimique Adénine l ribose l H2N C CO O P O H PPi 2 étapes Activation a.a. Transfert amino-acyl AMP AMP NH2 C C N O R N A N N -O P O CH2 O O 3’ O O OH R NH Marc DENIS2 amino-acyl ARNt H2N C CO O ACC H Liaison ester – au niveau fonction alcool en 3’ – formée par transfert du reste amino-acyl – hydrolysable 22/27 PACES UE1-3 Biologie Moléculaire Traduction : sites du ribosome Sites de liaisons entre les sous-unités liaison à l’ARN messager liaison aux ARNt : Petite sous-unité peptidyl ARNt → site P amino acyl ARNt → site A Grande sous-unité Ribosome vide Ribosome « chargé » Activité peptidyltarnsférase Grande sous-unité Site de liaison à l’ARNm Petite sous-unité Peptidyl ARNt Aminoacyl ARNt UCA GCA GGG Site P Site A ARNm Initiation de la chaîne polypeptidique 1ère liaison peptidique ARNt Metinit Petite sous-unité Association ARNt initiation + petite sous-unité eIF2 GTP ATP Liaison à l’ARNm ARNm Formation de la liaison peptidique Reconnaissance du codon initiation Dissociation des facteurs eIF2 Liaison de la grande sous-unité ARNt init. dans site P Liaison du 2nd ARNt Grande sous-unité Marc DENIS 23/27 PACES UE1-3 Biologie Moléculaire Elongation Déplacement du ribosome Facteur EF1 d’élongation A Liaison de l’ARNt suivant Départ de l’ARNt vide EF2 Facteur d’élongation Formation de la liaison peptidique Traduction : réaction de transfert formation de la liaison peptidique Peptidyl tARN liè à l’extrémité carboxylique du peptide en croissance Chaîne peptidique(n+1) liée à l’extrémité carboxylique du peptide en croissance R" H2N Aminoacyl ARNt H C CO N H R CH CO R" H2N H C CO N H R CH NH2 R' CH Peptidyl transférase CH CO CO CO O O O ARNt ARNt Site P Site A Marc DENIS NH R' OH ARNt tARN libéré ARNt Site A 24/27 PACES UE1-3 Biologie Moléculaire Terminaison Dissociation des éléments Liaison du facteur de terminaison Facteur de terminaison Hydrolyse de la liaison peptide-ARNt H2 O Caractères de la traduction Polysomes Sens de lecture et de synthèse Pas d’auto-correction Double spécificité des aa-ARNt synthétases Erreur tolérable Rapidité Marc DENIS E. Coli ~5 aa/s Eucaryotes ~16 aa/s 25/27 PACES UE1-3 Biologie Moléculaire Polyribosome Start Stop Sens de synthèse Transcription 5’ Traduction sens 3’ ADN 5’ 3’ ARNm 3’ 5’ Chaîne polypeptidique 3’ ARNm 5’ Ext 5’ Ext 3’ Sens d’élongation Ext N terminale Ext C terminale Sens d’élongation d’après MBoC 3, B. Alberts et al, ed. Garland inc. Marc DENIS 26/27 PACES UE1-3 Biologie Moléculaire Traduction : fidélité du message Spécificité enzymatique vis à vis de l’acide aminé vis à vis de son ARNt Complémentarité codon-anticodon Gène Protéine assurent la concordance lors de la traduction Acide aminé (Trp) 3’ ARNtTrp Aminoacyl ARNt synthétase anticodon 3’ Liaison de l’acide aminé à l’ARNt d’après MBoC 3, B. Alberts et al, ed. Garland inc. 5’ Interaction de l’ARNt Trp chargé codon avec l’ARNm par 5’ complémentarité codon-anticodon 3’ Maturation des protéines Modifications co- ou posttraductionnelles Traduction Protéolyse Modif. extrémités Glycosylation Fixation lipides Protéine mature active Marc DENIS P Repliement Formation des ponts disulfure Phophorylation Addition grpts prosthétiques 27/27
