Transcription et ARN polymérases chez les eucaryotes

Introduction à la Biologie Moléculaire - CM2

• La biologie moléculaire étudie les processus biologiques à l'échelle moléculaire.
• Le dogme central de la biologie moléculaire décrit le flux unidirectionnel de l'information génétique : ADN → ARN → Protéines.
• La réplication est le processus de copie de l'ADN.
• La transcription est le processus de copie d'une séquence d'ADN en ARN.
• La traduction est le processus de conversion d'un message codé en ARN (ARNm) en une protéine.
• L'information génétique est contenue dans les gènes, des segments d'ADN.

Définition et structure d'un gène

• Un gène est une région d'ADN située sur un chromosome. Il contient les instructions pour la fabrication d'un ARN, qui peut coder une protéine.
• Il comprend le promoteur, important pour l'initiation de la transcription.
• Les gènes procaryotes sont continus.
• Les gènes eucaryotes sont morcelés en exons et introns.

Structure générale d'un gène

• Les exons sont des séquences codantes.
• Les introns sont des séquences non codantes.
• Les séquences UTR sont des régions non codantes, qui se trouvent aux extrémités 5' et 3' d'un gène dans un ARNm, ces séquences ne sont pas traduites.
• La séquence codante comprend le codon START (AUG) et le codon STOP (les codons STOP sont UAA, UAG et UGA).

Structure des gènes procaryotes

• Les gènes procaryotes sont monocistroniques : un gène = une protéine.
• La structure comprend le promoteur, une séquence codante, et une séquence UTR.
• Le ribosome se lie au site Shine-Dalgarno (SD) lors de la traduction.

Structure des gènes eucaryotes

• Les gènes eucaryotes sont morcelés.
• Les exons sont reliés entre eux après le traitement de l'ARN.
• Les introns sont enlevés du transcrit primaire.
• Les gènes eucaryotes sont monocistroniques : un gène = une protéine.

Répartition des gènes sur l'ADN

• L'ADN est une double hélice.
• Les gènes sont répartis sur les deux brins de l'ADN, souvent dans une proportion 50/50.
• Les gènes sont lus dans le sens 5’ vers 3’.

La molécule d'ARN

• L'ARN est un acide nucléique composé de quatre types de bases azotées (A, U, C, G).
• L'ARN est généralement simple brin.
• Le ribose est le sucre dans l'ARN.
• L'uracile est la base azotée présente dans l'ARN, mais pas dans l'ADN.

L'ARN polymérase

• L'ARN polymérase est l'enzyme responsable de la synthèse de l'ARN.
• L'ARN polymérase est ADN-dépendante.
• L'ARN polymérase synthétise l'ARN à partir de l'ADN matrice dans le sens 5' → 3'.
• L'ARN polymérase se déplace le long de la molécule d’ADN, ajoutant des nucléotides correspondants un par un.

Mécanisme de la transcription

• La transcription commence à un site spécifique appelé promoteur.
• L'ARN polymérase se lie au promoteur et déroule l'ADN bicaténaire.
• L'ARN polymérase utilise un brin d'ADN comme matrice pour fabriquer un brin d'ARN complémentaire.
• La transcription se termine à un signal de terminaison spécifique.

La transcription chez les procaryotes

• Chez les procaryotes, la transcription se déroule en plusieurs étapes : l'initiation, l'élongation, et la terminaison.
• La sous-unité σ de l'ARN polymérase se fixe à un site de promoteur spécifique pour initier la transcription.
• La bulle de transcription se déplace le long de l'ADN dans le sens 5' à 3'.
• L'activation correspond à la fixation de plusieurs facteurs sigma sur la molécule d’ARN.
• La synthèse de l’ARN terminée, le facteur σ est libéré et l’ARN polymérase se déplace le long de la molécule d’ADN puis s’arrête au niveau d’un site de terminaison. L’ARN est libéré et l’ARN polymérase se dissocie de l’ADN, et l’ADN se referme.

La transcription chez les eucaryotes

• Chez les eucaryotes, plusieurs ARN polymérases sont impliquées dans la transcription.
• Différents facteurs de transcription sont nécessaires à l'initiation de la transcription.
• La fin / terminaison de la transcription chez les eucaryotes est marquée par la reconnaissance d’un signal de terminaison, et la séparation de l’ARN-matrice, et des enzymes.

Maturation de l'ARNm

• La maturation de l'ARNm chez les eucaryotes comprend plusieurs étapes :
• Le capping : ajout d'un nucléotide modifié au début de l'ARNm.
• L'épissage : excision des introns et jonction des exons.
• La polyadénylation : ajout d'une queue poly(A) à la fin de l'ARNm.

L'épissage alternatif

• L'épissage alternatif permet à un seul gène de coder plusieurs protéines différentes.
• Différents protéines sont produites en fonction de la façon dont les exons sont assemblés.
• Cela contribue à la grande diversité protéique observée chez les eucaryotes.

Inhibiteurs de la transcription

• Certaines molécules peuvent inhiber la transcription en se liant à l'ARN polymérase ou en perturbant d'autres étapes du processus.

Régulation génétique

• L'expression des gènes est régulée afin de contrôler la production de protéines en fonction des besoins cellulaires.
• De nombreux mécanismes contribuent à cette régulation, agissant à différentes étapes du processus d'expression des gènes.