La traduction de l'ARNm par le ribosome

Thèmes abordés

traduction, ARNm, ribosome, protéines, molécules

Résumé du document

Les différents mécanismes aboutissant à la formation d'un ARNm, transcription, maturation donnent la traduction d'un ARNm en une chaîne peptidique formée de l'assemblage d'acides aminés.

Cette opération change la nature nucléotidique qui devient peptidique:
ADN 5'---ATG GTC GAT CGA TGC TAT AGC ---3'
3'---TAC CAG CTA GCT ACG ATA TCG ---5'

transcription:
ARNm 5'--- AUG GUC GAU CGA UGC UAU AGC --- 3'

traduction:
Protéines NH2--- Met - Val - Asp - Arg - Cys - Tyr - Ser ---COOH

Cette étape de traduction est également dénommée biosynthèse des protéines : elle a lieu dans le cytoplasme de la cellule.

Les éléments nécessaires pour son bon fonctionnement sont :
- un dico : le code génétique
- des acides nucléiques : un ARNm et des ARNt
- une machinerie : les ribosomes (ARNr + protéines)
- des enzymes : - aminoacyl-ARNt-synthétase
- peptidyl transferase: permet la formation de la liaison peptidique de la protéine
en cours de synthèse

Extraits

[...] Propriété Dans la cellule, chaque groupe de trois nucléotides désigne un acide aminé : Modification élémentaire de lecture : le codon (ou triplet) formé par 3 nucléotides 3 nucléotides 1 acide aminé Le code génétique contient 64 codons : 3 codons ne codent pas pour un acide aminé et sont donc appelés codons stop car ils correspondent à un signal de fin de traduction : UAA, UAG, UGA Pratiquement tous les autres acides aminés sont donc codés par plusieurs codons (de 2 à On parle alors de codons synonymes Le codons correspondant à la méthionine est appelé codon d'initiation car il débute la traduction Lecture et mutations le cadre de lecture Le cadre de lecture ou ORF (Open Reading Frame) détermine la nature du message génétique mutation ponctuelle de substitution codon stop : UAA, UAG, UGA mutation par délétion ou insertion Base Nucléoside Nucléotide Adénine Adénosine Adénylate Guanine Guanosine Guanylate Cytosine Cytidine Cytidylate Thymine Thymidine Thymidylate Uracile Uridine Uridylate Le codon AUG de début de traduction (Met) sert de point de référence pour la numérotation des acides aminés sert de point de référence pour le positionnement des mutations au niveau des acides aminés et des nucléotides de la séquence codante ex : la base C en position 17 est substituée par la base A L'acide aminé alanine en position 6 est substituée par le glutamate (mutation = ala6glu) Les molécules informationnelles Les ARNm Ils sont synthétisés par l'ARN polymérase II : transcription Leur nombre, leur taille et leur durée de vie sont variables Ils sont associés fonctionnellement aux ARNt et aux ARNr Ils sont lus dans le sens Contient des ORF (Open Reading Frame) qui délimite le début et la fin de la séquence d'ARNm qui va être traduite en peptide Avec un codon initiateur AUG (=Met : le plus souvent éliminé en fin de synthèse protéique) Les ARNr et les ribosomes L'unité de Svedberg : unité de temps = 10-13s, utilisé comme constante de sédimentation de tout composant cellulaire en solution sous l'effet de la force de gravité Ribosome = "machinerie" - au niveau du cytoplasme sortie des ARNm du noyau vers le cytosol - chez les eucaryotes, ribosome 80S avec deux sous-unités : une grande sous-unité 60S une petite sous-unité 40S Ce ribosome contient trois sites de fixation pour les ARNt ① le site A fixe le complexe aminoacyl-ARNt ② le site P fixe le complexe Peptidyl-ARNt ③ le site E (Exit) fixe l'ARNt libre Les ARNt = adaptateurs moléculaires structure Assure la liaison entre l'ARNm et l'acide aminé extrémité se termine par CCA et se lie à un acide aminé par une liaison ester Aspect général en forme de trèfle du à des appariements formés par des liaisons hydrogène entre les bases complémentaires 3 boucles Présence de nucléotides inhabituels : "I'inosine", dérivé de l'adénine DHU (UH2) = dihydro-uridine Ψ = pseudo-uridine Anticodon = zone formée de 3 nucléotides, site de reconnaissance par complémentarité du codon de l'ARNm lors de la traduction et appariement par des liaisons hydrogènes fonctions appariement à l'ARNm fixation des acides aminés Phase d'activation : la synthétase reconnaît et active un seul acide aminé Phase de fixation : la synthétase reconnaît l'ARNt correspondant à l'acide aminé (aminoacide ARNt) Le mécanisme d'activation des acides aminés : Mg2+ aminoacide + ARNt + ATP aminoacyl-t-ARN + AMP + PPi reconnaissance ARNt / acide aminé un ARNt ne transporte pas n'importe quel acide aminé ex: ARNt AAA transporte toujours l'acide aminé phénylalanine ARNt GAU transporte toujours l'acide aminé leucine l'acide aminé est attaché à l'ARNt correspondant par l'enzyme aminoacyl-ARNt synthétase correspondante ex: la cystéine se fixe sur son ARNt par la cysteinyl-ARNt synthétase la reconnaissance de l'anticodon est indépendante de l'acide aminé Changement de conformation de l'ARNt Reconnaissance par l'ala-ARNt synthétase et non plus par la Cys-ARNt synthétase appariement anticodon / codon Théorie de WOBBLE : concept du flottement Les ARNt (positions 3 et 2 de l'anticodon) forment des appariements standards avec les deux bases du codon (positions 1 et de l'ARNm Pour la première position de l'anticodon : plusieurs appariements sont possibles avec la troisième position du codon de l'ARNm appariement des bases pour la troisième base du codon est plus flexible que pour les deux autres (par exemple : appariement possible entre G et U ou G et les ARNt iso-accepteurs Du fait de la position du flottement, au niveau de la troisième base du codon, un même ARNt peut se fixer à plusieurs codons Sens de lecture inverser ARNt ARNm Les étapes de la traduction chez les eucaryotes L'activation par les ARNr synthétase ATP) Le Ribosome Le site A ou site accepteur est le site de liaison de l'aminoacyl-ARNt entrant Le site P ou site peptidyl est le site occupé par le peptidyl-ARNt Le site E ou site exit est le site d'où l'ARNt sort à la fin du cycle d'élongation la phase d'initiation Fixation de l'aminoacyl-ARNt suivant : Coût énergétique global de l'initiation : 2 GTP ATP Le premier ARNt est retiré et le ribosome avance de 3 unités la phase d'élongation Synthèse du peptide avec la fixation des ARNt chargés d'acide aminé au site accepteur (site et du peptidyl au site peptidyl (site Positionnement d'un autre aminoacyl-ARNt au site A Le déplacement et l'attachement de l'ARNr au site A sont facilités par des facteurs EF-Tu et 1 GTP Formation de la liaison peptidique entre le peptidyl-ARNt au site P et l'aminoacyl-ARNt au site A par une enzyme peptidyl-transférase Participation de facteurs d'élongation EF-Tu et EF-Ts Formation de la liaison peptidique : liaison amide entre les groupements COOH de l'acide aminé n°1 (site et le groupement NH2 de l'acide aminé n°2 (site Déplacement de l'ARNm d'un codon par rapport au ribosome : translocation du peptidyl-ARNt du site A vers le site P avec la libération de l'ARNt au site E - participation de facteurs spécifique EF-G et 1 GTP - vitesse de la synthèse chez les eucaryotes = 16 acides aminés - coût énergétique global = 2 GTP de la phase d'élongation la phase d'élongation la traduction se termine au niveau du codon stop UAA, UAG ou UGA La terminaison se fait grâce à 3 facteurs de terminaison de nature protéique : eRF1, eRF2 et eRF3 qui ont une conformation structurale très proche de celle des ARNt (mimétisme structural) = eucaryote) - le complexe protéique RF (Release Factors ou Facteurs de Terminaison) reconnaît du codon stop de l'ARNm au site A (RF1) - RF3 fixe 1 GTP et stimule les activités de RF1 et RF2 (non apparent sur le schéma) - la fixation du complexe RF au codon stop transforme la peptidyl transferase en une hydrolase qui libère la chaîne peptidique de l'ARNt auquel elle est fixée (hydrolyse de la liaison ester) - l'hydrolyse d'1 GTP est nécessaire pour la dissociation du complexe RF des sous-unités ribosomiques et du peptide néosynthétisé Coût total, coût énergétique : 2 GTP Coût énergétique de la synthèse protéique Pour une protéine de 100 acides aminés Dégradation des ARNm Au terme de la traduction, l'ARNm est dégradé simultanément à partir de ses deux extrémités par des exonucléases et présentes dans le cytoplasme Facteurs protéiques de la traduction (récapitulatif) Facteurs procaryotes Facteurs eucaryotes fonctions IF1 eIF1 Aide la liaison d'IF3 IF2 eIF2 Liaison de l'ARNt-Met et au GTP IF3 eIF3 Libère l'ARNm et l'ARNt de la sous-unité 40S EF-Tu ᴓ EF-Ts EF1 Provoque le déplacement du ribosome par fixation et EF-G EF2 Hydrolyse d'un GTP RF1 eRF1 Reconnaissance des codons stop RF2 eRF2 Reconnaissance des codons stop RF3 eRF3 Stimule la libération de RF1 et RF2 et hydrolyse du GTP Polyribosomes ou polysomes protéines en formation ARNm circulaire, cap en (7méthyl guanosine) : polyadénylate en Présence de protéines (poly-ABP = système de protection contre l'hydrolyse enzymatique (exonucléases) Au moment de la synthèse d'une protéine, les ribosomes sont habituellement associés en chaînettes de 100 ou plus dont l'ensemble constitue ce que l'on appelle les polysomes (diminutif de polyribosomes) Ces polysomes sont attachés à la surface externe d'une structure tubulaire appelée le "réticulum endoplasmique granuleux" Contrôle de la traduction Tout phénomène qui module la traduction de l'ARNm va directement influencer la synthèse protéique apparition du codon stop anormal (mutation) dans l'ARNm A la fin de la transcription, des protéines (responsables de l'épissage) se fixent au niveau des points de jonction des exons et lors de la traduction, elles se déplacent à l'arrivée du ribosome. [...]

[...] disparition du codon stop Si le codon stop n'est plus présent, la partie polyadénylate terminale du coté sera traduite, ce qui produira une protéine avec une séquence de polylysine du côté COOH terminal. [...]

[...] les ARN anti-sens Les ribosomes sont incapables de traduire les ARNm double brin et les ARNm hybridés dans une hélice ADN-ARN La traduction d'un ARNm donné peut donc être inhibée par un fragment d'ARN ou d'ADN complémentaire de sa séquence, dénommé ARN anti-sens ou oligodésoxynucléotide (ADN) anti-sens ou communément oligonucléotide anti-sens processus naturel de régulation de l'expression génique récemment découvert, utilisé en recherche pour supprimer l'expression d'un gène et ainsi caractériser son rôle. [...]

[...] La Traduction Intro On a déjà vu les différents mécanismes aboutissant à la formation d'un ARNm, transcription, maturation Traduction d'un ARNm en une chaîne peptidique formée de l'assemblage d'acides aminés Cette opération change la nature nucléotidique qui devient peptidique ADN 5'---ATG GTC GAT CGA TGC TAT AGC ---3' 3'---TAC CAG CTA GCT ACG ATA TCG ---5' Transcription ARNm 5'--- AUG GUC GAU CGA UGC UAU AGC 3' Traduction Protéines Met - Val - Asp - Arg - Cys - Tyr - Ser ---COOH Cette étape de traduction est également dénommée biosynthèse des protéines : elle a lieu dans le cytoplasme de la cellule Les éléments nécessaires pour son bon fonctionnement sont : un dico : le code génétique des acides nucléiques : un ARNm et des ARNt une machinerie : les ribosomes (ARNr + protéines) des enzymes : aminoacyl-ARNt-synthétase peptidyl transferase → permet la formation de la liaison peptidique de la protéine en cours de synthèse Le code génétique Mise en évidence Problématique : 4 bases pour 20 acides aminés Si on utilise un code à une lettre Code = correspondance entre les nucléotides et les acides aminés On pourrait attribuer un acide aminé à chaque couleur = A = B = C = D Problème : on ne peut pas désigner plus de la 4 acides aminés sur 20 Si on utilise un code à deux lettres En regroupant les billes 2 à 2 on peut désigner 16 acides aminés Si on utilise un code a trois lettres Si on regroupe les billes trois à trois : il y a 64 combinaisons possibles Mise en évidence expérimentale avec des polynucléotides de synthèse et des systèmes de traduction in vitro. [...]

[...] Dans le cas d'un codon stop anticipé (par mutation d'un codon) ces protéines ne se déplacent plus, ce qui va mobiliser des protéines Upf (Ubiquitine protein factor), d'où se recrutement d'enzymes qui vont hydrolyser la coiffe en Les ARNm ainsi fragilisés vont être dégradés par des exonucléases de la synthèse de la protéine. [...]