Livret n° 4 - Traduction Biologie Moléculaire - UE5 - 2024-2025 PDF

UE5 BIOLOGIE MOLÉCULAIRE LIVRET N°4 TRADUCTION Année 2024-2025 🎥🎥 Focus Fiche 1  I. PROTAGONISTES DE LA TRADUCTION Traduction : Processus permettant la lecture de l’information génétique contenue dans un ARNm pour produire la (ou les) protéines co...

UE5 BIOLOGIE MOLÉCULAIRE LIVRET N°4 TRADUCTION Année 2024-2025 🎥🎥 Focus Fiche 1  I. PROTAGONISTES DE LA TRADUCTION Traduction : Processus permettant la lecture de l’information génétique contenue dans un ARNm pour produire la (ou les) protéines correspondantes au code génétique. Acteurs Ribosomes ARNm ARNt Acides aminés Code génétique A. ARN messager ARNm - Le code génétique est porté par la partie codante, site d’initiation AUG : Plusieurs AUG peuvent se trouver sur la séquence d’ARN (ATG sur la séquence d’ADN) : Site d’initiation o Un AUG en particulier initie la traduction. o Code pour une méthionine et est entouré d’une séquence spécifique lui permettant d’être reconnu comme codon d’initiation. o Cette région spécifique est nommée : séquence Kozak. - L’ARNm comprend une partie codante : exons. - La structure des régions non codantes en 5' et 3' Composition UTR (UnTranslated Region) peut avoir un impact sur l'accès à la partie codante : Participent grandement à la régulation de la traduction. Structure - Pseudo-nœuds, épingles à cheveux. secondaire et - L’ARNm est capable de créer des motifs qui vont, en liaison avec tertiaire des protéines, accélérer ou retarder la traduction. Facteurs de - Modulent la traduction. régulation 2  B. Ribosomes Rôle - Machinerie catalytique de la traduction. - Particules cytoplasmiques libres ou liées à la face cytosolique du Localisation réticulum endoplasmique. Ils sont le siège de la traduction. - 2 sous-unités constituées de protéines ribosomales et d’ARNr : Petite sous-unité ARNr 18S + 33 protéines. Structure Grande sous-unité 3 ARNr (5S, 5.8S, 28S) + 49 protéines. - Assemblage de chaque sous-unité dans le noyau. - Transfert des sous-unités du noyau vers le cytoplasme. - Assemblage des 2 sous-unités au cours de la traduction : Petite sous-unité : se fixe en premier, puis scan l’ARNm pour trouver la séquence Kozak et se positionner au site d’initiation, ce qui permet de recruter la grande sous-unité. Elle Fonctionnement sert d’échafaudage, et permet la correspondance entre l'ARNt et le codon de l'ARNm. Grande sous-unité : catalyse les liaisons peptidiques entre les AA (activité peptidyl-transférase). - Lorsque les 2 sous unités sont liées, il y a formation de cavités dans lesquelles on distingue 3 sites distincts pour la gestion des ARNt : Site A : Aminoacyl ARNt, accueille l’ARNt portant l’acide Sites aminé. Site P : Peptidyl ARNt, catalyse la liaison peptidique. Site E : Exit, sortie de l’ARNt. - Il y a ensuite dissociation après la traduction et recyclage. - La traduction est très conservée au cours de l’évolution. - Il existe une grande similarité de structure entre les ribosomes bactériens (mitochondriaux) et eucaryotes : Similarité Séquences conservées. Addition de protéines et d'ARN : différentes fonctionnalités aux ribosomes. 3  Schéma C. ARNt ARNt - Transportent les acides aminés jusqu'au ribosome. - Assurent l'incorporation de Rôle l'acide aminé dans la chaîne protéique en cours de synthèse. - Commune à tous les ARNt : "feuille de trèfle" : De 60 à 100 nucléotides, un seul brin, structure secondaire à 3 épingles à Structure cheveux (dont une comprend l’anticodon) nommée structure palindromique. - Chaque AA entrant dans la composition des protéines a 1 ou plusieurs codons correspondants et donc 1 ou plusieurs ARNt correspondants. - La reconnaissance du codon est assurée par l'anticodon de l'ARNt. - Les aminoacyl-ARNt synthétases catalysent la fixation de l'acide aminé à Fonctionnement I'ARNt porteur de son anticodon : Chaque AA a donc une aminoacyl-ARNt synthétase qui reconnaît les différents ARNt synonymes. Certaines pathologies graves sont dues à un déficit de ces enzymes. 4  D. Acides aminés et codons 1. Acides aminés protéinogènes Les acides aminés protéinogènes sont ceux qui entrent dans la constitution des protéines : 22 AA protéinogènes : - 20 AA standards : codés par des codons. - 2 autres AA : codés indirectement par des codons stops modifiés par des séquences d'insertion : Sélénocystéine, Pyrrolysine. Pour qu’un variant représente les bases moléculaires d’une pathologie, il faut que son introduction ait des conséquences sur la fonction de la protéine (ex : dosage de l’activité enzymatique). Les AA sont activés par liaison à leur ARNt : - ARNt joue le rôle d'adaptateur entre l'acide aminé et le codon. Rappel : pour 1 AA : - Plusieurs ARNt. - 1 seule aminoacyl-ARNt synthétase (qui reconnait les différentes ARNt synonymes). 2. Codon Le codon est un triplet nucléotidique représentant soit un AA (codon sens) soit un signal stop (codon non-sens) : - 61 codons sens. - 3 codons non-sens. L'anticodon correspond au triplet porté par I'ARNt qui s'hybride avec le codon de l'ARNm correspondant à l'acide aminé porté (environs 3 codons /AA). 5  E. Code génétique Code génétique Le code génétique est : - Un code à 3 lettres. - Constitué par l’assemblage des 4 Composition bases distinctes (A, U, G, C). - Codant pour les 20 AA standards. (Code à 3 lettres  64 possibilités). - Il est donné par la position du codon d'initiation. - La lecture s'arrête au niveau du codon non-sens. - Un décalage de ce cadre peut provoquer des pathologies. Cadre de lecture Exemple : si délétion ou insertion d’une ou deux base(s), décalage du cadre de lecture, modification des AA composant la protéine et non reconnaissance du codon stop. - Le code génétique est universel : même code pour tous les eucaryotes. - Cependant, le code génétique de l'ADN mitochondrial est légèrement différent et ressemble à celui des procaryotes (le codon d’initiation n’est pas le Caractéristiques même). - Il y a 61 codons codants pour 20 AA : 1 acide aminé peut posséder plusieurs codons (de 1 à 6 codons). - 1 à 6 codons par AA. Exemples : MET, TRP  1 codon. GLY  4 codons. LEU, ARG, SEP  6 codons. - Le code génétique étant redondant, une substitution d’une base par une autre Code redondant n’entrainera pas forcément de modification de la séquence d’AA. ou dégénéré Exemple : Si GGG devient GGA, l’acide aminé codé restera la glycine. Pas de modification de la séquence mais possible pathologie si la substitution s’avère être sur un site de régulation. Ces variations autrefois appelées « silencieuses » sont désormais plus justement nommées « synonymes ». 6  On trouve même plus de codons que d’ARNt : - Chez l'Homme 48 ARNt pour 61 anticodons. Particularité Or, 1 ARNt spécifique ne peut porter qu'1 seul AA : 1 ARNt peut potentiellement reconnaître plusieurs codons codant pour le même AA. Cela s’explique par le fait que, bien que l'appariement entre les 2 premières bases du codon et de l'anticodon soit parfait, l'appariement entre la 3ème base du codon et la 1ère de l'anticodon est faible : bases wobble (base fluctuante). La base wobble permet la redondance ou dégénérescence du code génétique. Exemple : Inosine de l'anticodon peut Base wobble reconnaitre C ou A ou U ; Uracile de l'anticodon peut reconnaitre A ou G. Les bases wobble permettent : - Économie  moins d’ARNt produits. - Facilitent le détachement de l’ARNt  augment la vitesse de la synthèse protéique. - Préviennent les effets délétères des variants génétiques. 1. Codon d’initiation : codon start Le codon d'initiation AUG code pour le 1er AA à l'extrémité N-terminale : - Code pour une méthionine chez les eucaryotes. - Code pour une N-formyl-MET chez procaryotes et la mitochondrie. Le codon start sera reconnu par le complexe d’initiation et l’ARNt initiateur. Si un autre codon AUG est rencontré, il donnera une MET, chez les eucaryotes comme les procaryotes. Chez les eucaryotes, toutes les protéines ont une MET sur leur extrémité N-ter qui sera souvent clivée au cours des modifications post-traductionnelle. 2. Codon de terminaison : codon stop, non-sens Il existe 3 codons de terminaison : UAA, UAG et UGA. Ils doivent être en phase de lecture avec le codon start pour être reconnus. II.ETAPES DE LA TRADUCTION La traduction comprend 3 étapes : - Initiation - Élongation - Terminaison 7  A. Initiation Étapes de l’initiation L’ARNt initiateur et un facteur d’initiation elF2 lié au GTP Etape 1 s’associent à la petite sous-unité sous forme libre dans le cytosol. Au niveau de la coiffe 5’ (méthyl 7-guanine) plusieurs Etape 2 RBP sont recrutées. Cela induit le recrutement de la petite sous-unité du Etape 3 ribosome (portant l’ARNt initiateur + l’elF2). Déplacement de la petite sous-unité, de 5’  3’ de Etape 4 l’ARNm scan de l’ARNm repérage du codon start dans le bon environnement (séquence Kozak). Reconnaissance du codon AUG par l’anticodon de Etape 5 l’ARNt initiateur. Hybridation. Hydrolyse du GTP et GDP. Etape 6 Dissociation de RBP dont elF2. Recrutement d’autres RBP (qui attirent la grande sous- unité). Association de la grande sous unité du ribosome au Etape 7 niveau de l’ARNm. Début de la traduction. 8  B. Élongation Au cours de l’élongation, une fois qu’ont été recrutés les petite et grande sous-unités du ribosome autour de l’ARN, il y a intervention de facteurs d'élongation mRNA Binding Proteins (RBP, EF). Étapes de l’élongation EF-Tu (EF1A ou EF1-𝛼𝛼) : responsable de la sélection et de la liaison de l’aminoacyl- Etape 1 ARNt correspondant au site A (site accepteur). EF-Ts (EF1B ou EF1-𝛽𝛽/𝛾𝛾/𝛿𝛿) : facteur d’échange de nucléotides qui régénère EF1A-GDP Etape 2 en sa forme active EF1A-GTP. EF2 (EF-G) : permet la translocation du peptidyl-ARNt du site A au site P (site peptidyl- Etape 3 ARNt), libère le site A pour l’aminoacyl-ARNt suivant. EF-Tu-GTP se fixe et délivre un aminoayl-ARNt au site A du ribosome. Adéquation codon-anticodon Non adéquation codon-anticodon Conformation particulière au Activité « proofreading » : retour en arrière et ribosomestabilisation. correction. Etape 4 Hydrolyse EF-Tu-GTP  EF-Tu-GDP Rejet de l’aminoacyl-ARNt avant la formation Départ de EF-Tu. de la liaison peptidique. L’ARNt prend une position favorable pour permettre la liaison peptidique (accomodation). Une fois que l’on a recruté un ARNt et qu’il y a adéquation, il faut qu’il y ait une formation Etape 5 de la liaison peptidique entre le groupement aminé de l'acide aminé lié à l'ARNt et le groupement carbonyle de l'acide aminé du polypeptide naissant. Translocation : Le ribosome déplace un codon vers l'avant sur l'ARNm. Le codon suivant de l'ARNm est disponible pour fixer un nouveau aminaoacyl-ARNt au site A. Etape 6 Simultanément : L'ARNt sans AA est décalé du site P vers le site E (il sort ainsi du processus et va être recyclé). Le peptidyl-ARNt est transloqué du site A au site P. Ce processus nécessite la présence du facteur d'élongation EF2 et du GTP. 9  C. Terminaison La terminaison a lieu quand l'un des codons stop (UAG, UAA ou UGA) occupe le site A : - Aucun ARNt correspondant. Les codons stop sont reconnus par le complexe RF1/RF3 (Releasing Factor) : - RF1 est activé par RF3 - Recrutement de ABCE/Rli1 - Clivage de la liaison entre le peptide et l'ARNt - Dissociation. III. FACTEURS INFLUENCANT LA TRADUCTION A. Maturation Cette étape est indispensable au bon fonctionnement de la protéine. Modifications co et post traductionnelles Programme majeur Programme de contrôle qualitatif et quantitatif des protéines : une protéine non fonctionnelle ou fonctionnelle mais produite en trop grande quantité est recyclée et dégradée immédiatement. Plusieurs sites concernés. Plusieurs modifications : glycosylation, acétylation, phosphorylation, ubiquitination… Conformation tridimensionnelle : très dépendante des propriétés physicochimiques des acides aminés et groupements ajoutés en co/post traductionnel. Adressage, activité… Ces différents éléments de maturation sont espèces-, tissu- et cellule-spécifiques. B. Inhibiteurs de la traduction 4 mécanismes Analogie de structure Inhibition de l'activité Blocage de la liaison Blocage/inactivation avec un aminoacyl- peptidyl transférase entre le codon de de facteurs d'initiation ARNt (Blocage du (Blocage de la I'ARNm et ceux des ou site A). liaison entre AA et aminoacyl-ARNt. d'élongation de la chaîne polypeptidique). traduction. 10  Ces mécanismes inhibiteurs sont le principe d’action de plusieurs antibiotiques. Molécule Cible Mécanismes d’action Analogie de structure avec un aminoacyl-ARNt. Liaison site A, peptidyl puromycine ne peut Puromycine Bactérie et eucaryotes s’engager dans le site P et induit la dissociation du ribosome. Fixation site A. Tétracycline Procaryotes Bloque la liaison des aminoacyl-ARNt. Procaryotes, Chloremphenicol mitochondries et Bloque l’activité peptidyl-transferase. chloroplastes Bloque l’activité peptidyl-transferase et la Cycloheximide Eucaryotes translocation. Suivant sa concentration bloque l’initiation ou induit Streptomycine Procaryotes anomalies de lecture du code génétique. Toxine Eucaryotes Bloque l’élongation par inactivation de EF2. diphtérique Ricine Eucaryotes Se fixe à la SU 60 du ribosome inactivation. C. Régulation de la traduction : régulation post-traductionnelle Le contrôle de la qualité des protéines fait intervenir plusieurs mécanismes et permet la régulation de la dégradation des protéines. Exemple : Protéasome La protéine à dégrader fixe des chaines d’ubiquitines : - Reconnaissance par le système protéasome. - Dégradation de la protéine en petits peptides. - Processus nécessitant de l'énergie. - Les molécules d'ubiquitine sont libérées et recyclées. 11