La traduction - WebSelf
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La traduction : expression d’un gène
ADN
ARNm
protéine
http://www.nature.com/nature/journal/v443/n7107/images/nature05002-f1.2.jpg
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Transcription Traduction
Protéine en cours de synthèse
La traduction : expression d’un gène
5’…CCATCGTAAGGCAAATGGTGCA3’
3’…GGTAGCATTCCGTTTACCACGT5’TTACCA
AAUGGUACGGAAU
5’…
5’…CCAUCGUAAGGCAAAUGGU…
3’
GCUACC
Gly
Asn
Ala
Lys
Arg
His
ADN
ARNm : transcrit primaire
en cours d’élongation
ARNm
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Code génétique
Stop
Tryptophane
Les partenaires de la traduction :
• Les ARNt
• Ribosomes
particules sphériques de PM # 3 000 000, formés d'1/3 de
protéines et de 2/3 d'ARNr (ARN 16S, ARN 23S et ARN 5S).
L'ARNr ne contient pas d'information génétique.
• L’ ARNm
La traduction procaryote
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5’AUG
3’
AA
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Activation des AA et formation des aminoacyl-tARN
2 réactions catalysées par l’AminoacyltARN
synthétase:
1 - AA est activé par l’ATP
2 - l’enz reconnait l’ARNt spécifique et permet la
fixation de l’AA dessus
Étape 1
1 - AA est activé par l’ATP
Étape préliminaire de la synthèse protéique :
fixation de l’acide aminé sur l’ARNt
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Activation des AA et formation des aminoacyl-tARN (suite)
Étape 2
-chargement de l’AA activé sur l’ARNt
approprié
-Très haute spécificité requise pour éviter
les erreurs dans la biosynthèse des protéines
: une fois l’aminoacylARNt chargé, il n’y a plus
de mécanisme de contrôle.
Après l’étape 2 : intervention de la partie
polynucléotidique de l’AA-ARNt seule!
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Codon d’initiation : AUG
ARNt d’initiation : ARNtfMét
Polysome : ensemble de ribosomes
reliés entre eux par un ARN messager
ARNtfMét
O
C = O
NH – CH
CH2
CH2
S
CH3
H
C –
O
Les 3 étapes de la synthèse protéique (procaryote)
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Les 3 étapes de la synthèse protéique (procaryote)
Début : codon AUG (codon d'initiation)
En amont, courte séquence (de "Shine-Dalgarno") complémentaire de l'extrémité 3' de l'ARNr 16S.
1 - Initiation
…5’UUCACACAGGAGACAGCUAUGACCAUGAUU3’… ARNm
A
U
UUCCUC
CAC
AG…
3’
Séquence de
Shine Dalgarno
UAC
Extrémité 3’ de
l’ARNr 16S
Anticodon du fMét-ARNtfMét
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Initiation de la traduction (procaryotes)
Sous-unité 30 S
IF3 IF1
GTP IF1IF3 IF2
IF1
f-Met
GTP
IF2
UACUAC
f-Met-ARNt
AUG5’ 3’
Région
complémentaire
de l’ARNr 16SARNm
Complexe
d’initiation 30S
Sous-unité 50S
IF1IF3 IF2
GDP + Pi
UAC
AUG5’ 3’
Complexe
d’initiation 70S
f-Met
SITE P SITE A
IF3
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Addition séquentielle des acides aminés en fonction de l'ordre des codonssur l'ARNm.
o Appariement de l’ARNt chargé de son acide aminé au codon de l'ARNmexposé au site A.
o Formation de la liaison peptidique
o Translocation
Le site A est alors libre et peut accepter un nouvel aminoacyl ARNt et lecycle d'élongation peut recommencer.
2 - Elongation
Les 3 étapes de la synthèse protéique (procaryote)
Association de l’ARNt avec la Phénylalanine
et interaction avec l’ARNm
12www.cellbiol.net/layout/imagesHER/03-transcription-traduction.jpg&imgrefurl=
A
Formation de la liaison peptidique, élongation,
translocation
translocase ou facteur d'élongation EF-G : permet le déplacement du peptidylARNt du
site A au site P. Il se forme un complexe (EF-G--GTP--ribosome). La translocation est
couplée à l'hydrolyse de GTP en GDP + Pi et à la libération de EF-G
CGU
GCA GUU 5’ 3’
SITE P SITE A
Formation de la
liaison peptidique
Ef-Tu L’ARNt chargé
avec la valine
est apporté par
EF-TuCAA
GTP
CGU
GCA GUU 5’ 3’CAA
GCA GUU 5’ 3’
P A
GUU UUU 5’ 3’CAA
P A
P A
TRANSLOCATION
ELONGATION
GTP+ PiGDP
GTP
EF-G
AlaVal
Met aai Aai+1 Gly Ser
Met aai Aai+1 Gly Ser
Ala
Val
Met aai Aai+1 Gly Ser
Ala
Val
CAA
Met aai Aai+1 Gly Ser
Ala
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Les 3 étapes de la synthèse protéique :
3 - Terminaison
AGG UGA5’ 3’UCC
P A
Arg
RF2
AGG UGA5’ 3’UCC
P A
RF2
Sous-unité 30 S
Sous-unité 50 S
RF2
ARNt
ARNm
Met aai Aai+1 Gly Ser
Ala
Val
Met aai Aai+1 Gly Ser
Ala
Val
Arg
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Bilan énergétique de la synthèse protéique
(procaryote)
C’est le processus de biosynthèse qui consomme le plus d’énergie :
1- Fixation de l’acide aminé à l’ARNt : 2 liaisons riches en énergie (ATP AMP + P-P et P-P 2 P)
2- Initiation (1 GTP utilisé) 1 liaison riche en énergie
3- Élongation, 2 liaisons riches en énergie
1 GTP pour la fixation de l’ARNt sur le ribosome ,
1 GTP pour la translocation
4- Terminaison (1 ATP utilisé) 1 liaison riche en énergie
Bilan : 4 liaisons riches en énergie pour chaque liaison peptidique
+ 1 liaison riche en énergie pour l’initiation
+ 1 liaison riche en énergie pour la terminaison
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Composés nécessaires aux principales
étapes de la synthèse protéique chez E. Coli
Activation des
acides aminésInitiation Élongation Terminaison
20 acides aminés ARMm Ribosome 70 S Codon stop
20 AA-ARNt
synthétases
N-formyl Met-ARNt AA-ARNt RF1, RF2, RF3
20 ARNt (au moins) Codon init. (AUG)EF-Tu, EF-Ts,
EF-GATP
ATP Sous-unité 30 S
Mg2+ Sous-unité 50 S GTP
IF-1, IF-2, IF-3 Mg2+
GTP
Mg2+
Quelques antibiotiques agissant au niveau de la
traduction des eucaryotes
o Perturbation de la sous-unité 30STétracyclines : empêchent la fixation de l’ARNt chargé de son AA sur
le complexe ARNm/ribosome
o Perturbation de la sous-unité 50sMacrolides (érythromycine, josamycine…) empêchent la translocation,
antibiotique à large spectre
Chloramphénicol inhibe la peptidyltransférase
antibiotique à large spectre MAIS inhibe aussi la synthèse protéique
ces cellules hématopoïétiques de mammifères
Acide fusidique se fixe sur EF-G => empêche la fixation de l’ARNt
particulièrement efficace contre Staphylococcus aureus
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La traduction eucaryote
Les partenaires de la traduction :
• ARNt
• Ribosomes
• ARNm
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5’
coiffe
3’
AA
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Comparaison des ribosomes pro- et eucaryotes
ARNr 23S ARNr
28S
ARNr 5,8S
50S
70S
30S
PROCARYOTE
ARNr 5S ARNr 5S 60S
80S
40S
Site A
33 protéines 40 protéines
21 protéines 30 protéines
ARNr 16S ARNr 18S
EUCARYOTE
ARNm
Site P
ARNt
chargé
avec un
acide aminé
Tunnel
Chaîne peptidique
en croissance
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-Choix du codon
Le premier rencontré sur la séquence
Pas de séquence Shine Dalgarno mais séquence KOZAK:
Consensus: .gccRccAUGG, avec R =A ou G en -3 du codon de départ + G en +4
mutation dans la séquence de Kozak
Famille italienne souffrant de thalassémie, avec mutation silencieuse en -6 (G>C)
Thalassémie: maladie génétique qui résulte en un taux de synthèse réduit d’unedes chaines de la Globine (qui composent l’hémoglobine). Formation de moléc. d‘Hb anormales > anémie
La traduction eucaryote
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Initiation de la traduction (eucaryotes)
Sous -unité 60 S
sous-unité 40 S
eIF3
UAC
eIF3
Met
SITE P SITE A
5' 3'
AAAn
complexe d'initiation 80 S
"coiffe"
5' 3'AAAAn
eIF4A
eIF4B
ARNtinit
eIF2GTP
eIF2
ARNtinit
ARNtinit
UAC
eIF4B
ATPADP
Région
complémentaire
de l’ARN 18S
eIF4A
ARNm
UAC
AUG
eIF4A
eIF3
eIF4B
eIF5
eIF2
GDP + Pi
UAC
AUG
Met
Met
Met
Association complexe + psu
eIF4A reconnait la coiffe
Déroulement de l’ARNm
avec eIF4B (ATP)
Association de la gsu+dissociation
eIF5 hydrolyse le
GTP lié à eIF2, et
relâche eIF2, eIF3,
eIF4A et eIF4B
Association de l’ARNm
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Les facteurs de traduction (procaryotes/eucaryotes)
Procaryote Eucaryote
initiation IF1, IF2,IF3 eIF2, eIF3, eIF4A, eIFAB, eIF5
élongation EF-Tu, EF-G eEF1, eEF2
terminaison RF Rf et eIF3
Chez les procaryotes, 15 aa sont liés par secondeChez les eucaryotes, 2 aa sont liés/seconde (une protéine de 300aa et de PM # 30 000 est donc synthétisée en 150 sec).
Mais, dans une cellule de mammifère, il se produit plus d'unmillion de liaisons peptidiques par seconde (rendementaugmenté grâce aux polysomes).
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Toxine diphtérique
(fragment A)
nicotinamide
ADPribosylation du facteur d’élongation EF-2 => inhibition de son activité translocase
=> arrêt de la synthèse protéique24
Blocage de la synthèse protéique par la toxine diphtérique
Résidu ADP-ribosyl diphtamide
- ADP-ribosylation du diphtamide (diphtérie)
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Différents niveaux de régulation de la
synthèse protéique
2% seulement de notre ADN est « codant »
Inhibition de la synthèse protéique
-Certains antibiotiques empêchent la prolifération bactérienne en inhibant la
formation des liaisons peptidiques
Ex : puromycine : 3'-deoxy-N,N-dimethyl-3'-[(O-methyl-L-tyrosyl)amino]adenosine
str. semblable à celle de l’extrémité 3’ d’un AA-ARNt.
occupation du site A du rib.
peptidyl-transférase transfère la chaine polypeptidique
sur l’extr. NH2 de la puromycine
qui est faiblement attachée au site A
se détache du rib fin de la synthèse protéique
-Blocage de la synthèse protéique chez les procaryotes et
les eucaryotes
puromycine
Autres antibiotiques
Actifs chez les procaryotes seulement ( mitochondrie et choroplaste eucaryotes)
Streptomycine > sur une des prot rib de la su 30S, pas de démarrage de la trad.
Chloramphénicol > s’attache à 50S, inhibe le transfert du gr. Peptidyl
Tétracycline > s’attache à 30S, empêche la fixation des AAARNt au niveau du site A
Erythromycine > s’attache à 30S, empêche la translocation
Actif chez les eucaryotes seulement
Cycloheximide > inhibiteur de la phase d'initiation et d'élongation dans la synthèse
protéique.
Toxique chez l’Homme !
Cycloheximide
Devenir de la chaine protéique
- Repliement de la chaine au fur et à mesure de son élongation en structure de protéine native
- Pendant le repliement, enzymes qui vont « retoucher » les protéines:= modifications co-traductionnellesCelles qui sont après sont dites post-traductionnelles
-Modifications courantes:
-Protéolyse : signal-peptide (peptide d’adressage N-term des protéines sécrétées, riche en AA hydrophobes ; passage dans le RE puis dans le Golgi; excrétion par des vésicules sécrétoires-Glycosylation Ser-O; Asn-N-Phosphorylation (Ph-Ser, Ph-Tyr, P-Thr, Ph-His)-Acylation (farnésyl, géranyl, myristyl, palmityl)-Hydroxylation OH-Pro, OH-Lys, OH-Asp)-Méthylation (CH3-His)-Carboxylation (CO-Glu)-Désamination-Liaison d’un cofacteur : métal, hème…-Blocage des extrémités (pyroGlu, carboxylamide)(protection contre l’action des protéases)- Déformylation de la Met Nterm chez les procaryotes
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ARN interférent (historique)
1994 : Wassenger : introduction ARN double brin dans cellules
d’Arabidopsis thaliana =>inactivation de l’ADN correspondant
1998 : A. Fire et C. Mello : réduction spécifique de l’expression
protéique dans des cellules du nématode Caenorhabditis
elegans en introduisant de l’ARN double brin.
L’ARNi se lie à l’ARNm => dégradation de l’ARNm
inhibition de la synthèse protéique
2006 : Prix Nobel de Physiologie et Médecine
2001 : S. Elbashir (Nature) : petits ARN inhibent spécifiquement
l’expression de gènes de cellules humaines.
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ARN interférent (action)
L’ARNdb est reconnu par un complexe contenant une ribonucléase
cytoplasmique (Dicer) => découpage en fragments de 21 à 25 pb
(en 3’, 2 nucléotides sortants) = siRNA (Small Interfering RNA).
Les siRNA s’associent au complexe RISC (RNA-Induced Silencing
Complex).
Élimination d’un des brins du siRNA.
Association à l’ARNm complémentaire (spécifique).
L’ARNm est alors clivé.
Espoir de thérapie anticancéreuse, antivirale ou contre les maladies
neurodégénératives.
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RISC (RNA-Induced
Silencing Complex).
ribonucléase
cytoplasmique
(Dicer)
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Résumé :
ADN ADN = RÉPLICATION
ADN polymérase III (procaryotes) ou α (eucaryotes) lit le brin 3’5’
synthétise le brin 5’3’
ADN ARN = TRANSCRIPTION
ARN polymérase lit une des chaînes de l’ADN pour la transcrire en ADN.
Le choix de la chaîne lue diffère d’un gène à l’autre.
la chaîne d’ ADN est lue 3’5’
la chaîne d’ARN est synthétisée 5’3’
93% des ARN d’une cellule différenciée n’est pas transcrit
ARN PROTÉINE = TRADUCTION
La protéine est synthétisée NH2 COOH
ADN lu 3’ 5’
ARN synthétisé 5’ 3’
Protéine synthétisée N C
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1) SUBSTITUTION (+) UUC UGU CGU GAU U Phe Cy s Arg Asp (m1) UUC UGC CGU GAU U Phe Cy s Arg Asp (m2) UUC UGG CGU GAU U Phe Trp Arg Asp (m3) UUC UGA CGU GAU U Phe stop
C
2) ADDITION (+) UUC UGU CGU GAU U Phe Cy s Arg Asp (m) UUC CUG UCG UGA UU Phe Leu Ser stop 3) DELETION (+) UU UGU CGU GAU U Phe Cy s Arg Asp (m) UUU GUC GUG AUU Phe Val Val Ile
C
Mutations ponctuelles
Les mutations ponctuelles
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