1

La traduction

1 triplet de nucléotide sur l’ARNm(codon) → 1 acide aminé

Le mécanisme et les éléments :

polypeptide ribosome

ARN de transfert

acide aminé

Synthèse des protéines:La machinerie

• Composition des ribosomes procaryotes

– Protéines ribosomales

– ARNs ribosomiques

• ARNs de transfert

• L’aminoacyl-ARNt synthétase

• Le code génétique

Composition des ribosomes procaryotes

→ les plus grosses structures de la cellule

→ formés de protéines et d’ARN (ribosomiques)

Ribosome

Sous unité 50S(grosse sous unité)

Sous unité 30S(petite sous unité)

Modern Genetic Analysis, Griffithset al, 1999

Proc

aryote

s

Eucary

otes

Les ribosomes : procaryotes versus eucaryotes

Les protéines ribosomales

Plusieurs gènes codant pour les protéines ribosomales→ organisation en opérons

Protéines indispensables à la structuration du ribosome

2

Les ARNs ribosomiques

Synthèse d’un large ARN précurseur contenant les 3 espèces d’ARN ribosomiqueset souvent également 1 ou plusieurs ARN de transfert

Clivage de l’ARN précurseur (Pre-ARNr )→ séparation des ARNr et des ARNt

Bactéries : soit 1 seule copie soit plusieurs copies (dispersées sur le chromosome)de cet ADNr

Pre-ARNr

Maturation du Pre-ARNr

Lafontaine and Tollervey (2006) Encyclopedia of Life Sciences

Escherichia coli

Eucaryotes

Formation de structures tige-boucleClivage par ribonucléase (RNaseIII)

Clivage par plusieurs ribonucléases(Processus plus complexe)

Les principales fonctions des ribosomes sont attribuées à des domaines spécifiques des ARNr

Les sites A P, E du ribosomeLes ARNs de transfert

→ Représentent 10-15% des ARNs totaux chez E. coli

→ Longueur : 75 à 95 nucléotides

Structure secondaire (en trèfle) :

Structure primaire :

3

Les ARNs de transfert

→ Contiennent un triplet de nucléotides (anticodon) complémentairedu codon sur l’ARNm

ARNm

ARNt

→ Fixation de l’acide aminé correspondant au niveau du ribose du résidu adenine situé en 3’ (modification post-transcriptionnelle)

→ 20 familles d’ARNt (1 famille contenant tous les ARNt correspondant un acide aminé donné = famille d’isoaccepteur)

→ Extrémité 3’ se termine avec une séquence CCA (appelée « bras accepteur »)

→ Assurent la correspondance entre ARNm et acides aminés

Transcrits en un ARN plus long que la molécule finale

Présence de nucléotides inhabituels

Les ARNs de transfert

→ maturation par clivage par des ribonucléases

Couplage entre l’ARNt et l’acide aminé

Les Aminoacyl-(aa-) ARNt synthétases

ARNt non chargé ARNt chargé

Processus en 2 étapes :

Activation : aa +ATP ↔ aa~AMP + PPi

Transfert : aa~AMP + ARNt ↔ aa~ARNt + AMPReconnaissance très spécifique → important pour la fidélité de la traduction

Reconnaissance de l’ARNt (en vert) par l’ARNt synthétase (en bleu)

Le code génétique

Il est……

→ Correspondance entre les différents triplets de nucléotides (codons) et les 20 acides aminés

4

Universel → le même dans tous les organismes

Ex : La seule exception connue chez les bactérie est : UGAUGA: codon stop dans la plupart des casUGA: tryptophane chez les Mycobactéries

Redondant:

→ quelques exceptions :

→ souvent plus d’un codon pour 1 acide aminé

Le « Wobble »

Appariement d’un ARNt avec plusieurs codons sur l’ARNm

Appariement entre la 3ème base du codon et la 1ère base de l’anticodon → pas très strict

Appariement non aléatoire → règle du Wobble

L’usage des codons

→ Un même acide aminé peut être préférentiellement codé par un codon différent en fonction des organismes

Exemples de codons rares chez E. coli

Arginine: AGG, AGAIsoleucine: AUALeucine: CUAPhenyalanine: CCCGlycine:GGA

→ Tous les codons correspondants à un même acide aminéne sont pas utilisés avec la même fréquence d’un organisme à l’autre

→ Relation avec la composition en bases de l’ADN de l’organisme ?

(ex : Organisme avec fort % GC → utilisation pour chaque acide aminé des codons ayant le plus de C et de G)

Ribosome

Région d’initiation Codon stop

initiation

élongation

terminaison

ARNm

séquence codante

5’P 3’ OH

La traduction

N C Protéine

Traduction: le mécanisme

L’initiation de la traduction- L’ARN t initiateur- Les facteurs d’initiation

L’élongation de la traduction- La liaison peptidique- Les facteurs d’élongation

Terminaison de la traduction

Les polysomes

Traduction d’un ARNm cassé

Couplage transcription/traduction

Inhibiteurs de la traduction

L’initiation de la traduction(chez les procaryotes)

La séquence de fixation des ribosomes (RBS)

Le codon initiateur :

→ 2 éléments :

- Le codon initiateur

- Le Shine Dalgarno (SD)

AUG : 83% → le plus courantGUG : 14%UUG : 3%

chez E. coli

5’ NNNNNAGGAGGU -N5-10-AUGNNNNNN 3’

Codon initiateur

ShineDalgarno

5

Le Shine Dalgarno

Présent chez les procaryotes(Absent chez les eucaryotes)

Complémentaire de courtes séquences présentes dans l’ARN 16S de la petite sous unité du ribosome

Localisé en 5’ du codon initiateur (« upstream » ; en amont)

N N N N N A G G A G G U - N5-10- A U G N N N N N N 3’

U C C U C C A

5’

AU

3’ 5’

ARNm

ARN 16S

Codon initiateur

ShineDalgarno

L’ARN t initiateur :

* fMet-ARN t : un groupement formyl sur la méthionine

* Se fixe sur le site Pde la petite sous unité

* Structure différente des ARNt de l’élongation

L’initiation de la traduction

1èreétape : Fixation de la sous-unité 30S sur le site RBS de l’ARNm

2èmeétape : Fixation de l’ARNt initiateur sur le site P de la sous unité 30S

3èmeétape : Fixation de la sous unité 50S → formation du complexe 70S

NH

C COOHH

(CH2)2

S

CH3

CO

H

formyl

ARNt initiateur

ARNt élongation

Les facteurs d’initiation (IFs)*Accélèrent la formation du complexe initiateur 30S * Influencent l’interaction entre les codon et anticodon initiateurs

L’initiation de la traduction Initiation de la traduction d’un messager polycistronique

(chez les procaryotes)

6

L’élongation de la traduction Formation de la liaison peptidique

→ Réaction réalisée par l’ARN 23S

Les facteurs d’élongation

EF-Tu : Temperature unstable

Association avec aa-ARNt et le GTPLe complexe aa-ARNt/EF-Tu/GTP se fixe au site A

EF-G : GTP hydrolysisCatalyse la translocation du A vers P et P/ETransition du ribosome de l’état PRE (avant translocation) à POST (après translocation)

EF-Ts : Temperature stableReconnaît EF-Tu/GDP et échange le GDP en GTP

Les cycles de l’élongation

1/ Fixation du complexe aminoacyl-ARNt/EF-TU/GTP au site ANécessité d’énergie (GTP)/ Relargage de EF-Tu/GDP

2/ Régénération du complexe EF-Tu/GTP par EF-TS/GTP

3/ Formation de la liaison peptidiqueLors de la 1ère élongation, le groupe NH2 de la Met est bloquépar le groupe formyl (HCO): la synthèse est orientée du NH3+ terminal vers le COO- terminal

4/ Translocation : fixation du complexe EF-G/GTP sur le ribosome,hydrolyse du GTP, relargage de l’ARNt non chargé du site P, Glissement du ribosome sur l’ARNm, transfert du peptidyl-ARNtdu site A au site P. Relargage de EF-G/GDP

5/ Un nouveau cycle commence par la fixation de l’aminoacyl-ARNt

au site A libéré.

Terminaison de la traduction

Les composants

→ Les codons « stop » (ou « non-sens ») : UAA, UGA et UAG

Les événements

Reconnaissance du codon stop par RF1/RF2

7

Les événements

Et cela repart….

Hydrolyse de la liaison ester entre le dernier acide aminé et l’ARNt

Libération de la protéine

Relargage de l’ARNt

Dissociation du ribosome

Polysomes

Traduction d’un ARNm cassé Couplage transcription/traduction chez les procaryotes

Inhibiteurs de la synthèse protéique Schéma d’un gène et de son expression

promoteur

terminateur

ADN

5’P 3’ OHARN

messager

Protéine

5’ 3’

3’ 5’

gène

+1-10-35 SD ATG TAG

Séquence codante

SD AUG UAG

NH2 COOHRégion transcrite

non traduite

Brin matrice

Brin codant(Brin complémentaire)

8

promoteur

terminateur

ADN

5’P 3’ OH

ARN polycistronique

Protéines

5’ 3’

3’ 5’

opéron

+1-10-35 SD ATG TAG

N C

SD ATG TAG

SD ATG TAG SD ATG TAG

N C

Expression d’un opéron (chez les procaryotes) Cadre ouvert de lecture(Open Reading Frame : ORF)

Définition : une séquence d’ADN contenant une suite de codons non interrompue par un codon stop

→ ne correspond pas nécessairement à un gène

ATG XXX XXX XXX XXX XXX TAA → séquence potentiellement codante

Attention : une autre définition est une séquence d’ADN contenant une suite de codons comprise entre deux codons stop → cf cours de bioinformatique

→ 6 phases de lecture pour un fragment d’ADN

Les phases de lecture

AATGGGXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXTGAAXXXCATX

TTACCCXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXACTTXXXGTAX

5’

3’ 5’

3’ADN

Sens de lecture

Sens de lecture

AATGGGXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXTGAAXXXCATX5’ 3’

ATG TGAstop

1

2

3

TTACCCXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXACTTXXXGTAX3’ 5’

stopGTA

4

5

6

Une région d’ADN sur le chromosome d’Escherichia coli