RIBOSOMES: CARACTÉRISTIQUES, TYPES, STRUCTURE, FONCTIONS - LA BIOLOGIE - 2025

Les ribosomes sont les organites cellulaires les plus abondants et sont impliqués dans la synthèse des protéines. Ils ne sont pas entourés d'une membrane et sont constitués de deux types de sous-unités: une grande et une petite, en règle générale la grande sous-unité est presque deux fois la petite.

La lignée procaryote possède des ribosomes 70S composés d'un grand 50S et d'une petite sous-unité 30S. De même, les ribosomes de la lignée eucaryote sont composés d'une grande sous-unité 60S et d'une petite sous-unité 40S.

Le ribosome est analogue à une usine en mouvement, capable de lire l'ARN messager, de le traduire en acides aminés et de les relier par des liaisons peptidiques.

Les ribosomes représentent près de 10% des protéines totales d'une bactérie et plus de 80% de la quantité totale d'ARN. Dans le cas des eucaryotes, ils ne sont pas aussi abondants par rapport aux autres protéines mais leur nombre est plus élevé.

En 1950, le chercheur George Palade a d'abord visualisé des ribosomes et cette découverte a reçu le prix Nobel de physiologie ou de médecine.

Caractéristiques générales

Les ribosomes sont des composants essentiels de toutes les cellules et sont liés à la synthèse des protéines. Ils sont de très petite taille et ne peuvent donc être visualisés qu'à la lumière d'un microscope électronique.

Les ribosomes se trouvent libres dans le cytoplasme de la cellule, ancrés dans le réticulum endoplasmique rugueux - les ribosomes lui donnent cet aspect «ridé» - et dans certains organites, comme les mitochondries et les chloroplastes.

Les ribosomes liés à la membrane sont responsables de la synthèse des protéines qui seront insérées dans la membrane plasmique ou qui seront envoyées à l'extérieur de la cellule.

Les ribosomes libres, qui ne sont couplés à aucune structure du cytoplasme, synthétisent des protéines dont la destination est à l'intérieur de la cellule. Enfin, les ribosomes des mitochondries synthétisent des protéines à usage mitochondrial.

De la même manière, plusieurs ribosomes peuvent se rejoindre et former des "polyribosomes", formant une chaîne couplée à un ARN messager, synthétisant la même protéine, plusieurs fois et simultanément

Ils sont tous composés de deux sous-unités: l'une appelée grande ou grande et l'autre petite ou plus petite.

Certains auteurs considèrent les ribosomes comme des organites non membranaires, car ils ne disposent pas de ces structures lipidiques, bien que d'autres chercheurs ne les considèrent pas comme des organites eux-mêmes.

Structure

Les ribosomes sont de petites structures cellulaires (de 29 à 32 nm, selon le groupe d'organismes), arrondies et denses, composées d'ARN ribosomique et de molécules protéiques, associées les unes aux autres.

Les ribosomes les plus étudiés sont ceux des eubactéries, des archées et des eucaryotes. Dans la première lignée, les ribosomes sont plus simples et plus petits. Les ribosomes eucaryotes, quant à eux, sont plus complexes et plus gros. Chez les archées, les ribosomes sont plus similaires aux deux groupes à certains égards.

Les ribosomes vertébrés et angiospermes (plantes à fleurs) sont particulièrement complexes.

Chaque sous-unité ribosomale est composée principalement d'ARN ribosomal et d'une grande variété de protéines. La grande sous-unité peut être constituée de petites molécules d'ARN en plus de l'ARN ribosomal.

Les protéines sont couplées à l'ARN ribosomal dans des régions spécifiques, suivant un ordre. Au sein des ribosomes, plusieurs sites actifs peuvent être distingués, tels que des zones catalytiques.

L'ARN ribosomal est d'une importance cruciale pour la cellule et cela peut être vu dans sa séquence, qui a été pratiquement inchangée au cours de l'évolution, reflétant les pressions sélectives élevées contre tout changement.

Fonctions du ribosome

Les ribosomes sont responsables de la médiation du processus de synthèse des protéines dans les cellules de tous les organismes, étant une machinerie biologique universelle.

Les ribosomes - avec l'ARN de transfert et l'ARN messager - parviennent à décoder le message d'ADN et à l'interpréter en une séquence d'acides aminés qui formeront toutes les protéines d'un organisme, dans un processus appelé traduction.

À la lumière de la biologie, le mot traduction fait référence au changement de "langage" des triplets nucléotidiques en acides aminés.

Ces structures sont la partie centrale de la traduction, où la plupart des réactions se produisent, telles que la formation de liaisons peptidiques et la libération de la nouvelle protéine.

Traduction de protéine

Le processus de formation des protéines commence par l'union entre un ARN messager et un ribosome. Le messager traverse cette structure à une extrémité spécifique appelée «codon initiateur de chaîne».

Lorsque l'ARN messager passe à travers le ribosome, une molécule protéique se forme, car le ribosome est capable d'interpréter le message codé dans le messager.

Ce message est codé en triplets de nucléotides, toutes les trois bases indiquant un acide aminé particulier. Par exemple, si l'ARN messager porte la séquence: AUG AUU CUU UUG GCU, le peptide formé sera constitué des acides aminés: méthionine, isoleucine, leucine, leucine et alanine.

Cet exemple montre la «dégénérescence» du code génétique, puisque plus d'un codon - dans ce cas CUU et UUG ​​- codent pour le même type d'acide aminé. Lorsque le ribosome détecte un codon d'arrêt dans l'ARN messager, la traduction se termine.

Le ribosome a un site A et un site P. Le site P contient le peptidyl-ARNt et l'aminoacyl-ARNt entre dans le site A.

Transfert d'ARN

Les ARN de transfert sont responsables du transport des acides aminés vers le ribosome et ont la séquence complémentaire du triplet. Il existe un ARN de transfert pour chacun des 20 acides aminés qui composent les protéines.

Étapes chimiques de la synthèse des protéines

Le processus commence par l'activation de chaque acide aminé avec la liaison de l'ATP dans un complexe d'adénosine monophosphate, libérant des phosphates à haute énergie.

L'étape précédente aboutit à un acide aminé avec un excès d'énergie et la liaison se produit avec son ARN de transfert respectif, pour former un complexe acide aminé-ARNt. Ici, la libération d'adénosine monophosphate se produit.

Dans le ribosome, l'ARN de transfert rencontre l'ARN messager. A ce stade, la séquence de l'ARN de transfert ou anticodon s'hybride avec le codon ou triplet de l'ARN messager. Cela conduit à l'alignement de l'acide aminé avec sa séquence appropriée.

L'enzyme peptidyl transférase est chargée de catalyser la formation de liaisons peptidiques qui lient les acides aminés. Ce processus consomme de grandes quantités d'énergie, car il nécessite la formation de quatre liaisons à haute énergie pour chaque acide aminé attaché à la chaîne.

La réaction supprime un radical hydroxyle à l'extrémité COOH de l'acide aminé et supprime un hydrogène à l'extrémité NH ₂ de l'autre acide aminé. Les régions réactives des deux acides aminés se réunissent et créent la liaison peptidique.

Ribosomes et antibiotiques

La synthèse des protéines étant un événement essentiel pour les bactéries, certains antibiotiques ciblent les ribosomes et les différentes étapes du processus de traduction.

Par exemple, la streptomycine se lie à la petite sous-unité pour interférer avec le processus de traduction, provoquant des erreurs dans la lecture de l'ARN messager.

D'autres antibiotiques, tels que les néomycines et les gentamicines, peuvent également provoquer des erreurs de traduction, de couplage à la petite sous-unité.

Types de ribosomes

Ribosomes chez les procaryotes

Les bactéries, comme E. coli, possèdent plus de 15 000 ribosomes (dans des proportions cela équivaut à près d'un quart du poids sec de la cellule bactérienne).

Les ribosomes des bactéries ont un diamètre d'environ 18 nm et sont constitués de 65% d'ARN ribosomal et de seulement 35% de protéines de différentes tailles, entre 6 000 et 75 000 kDa.

La grande sous-unité est appelée 50S et la petite 30S, qui se combinent pour former une structure 70S avec une masse moléculaire de 2,5 × 10 ⁶ kDa.

La sous-unité 30S est de forme allongée et non symétrique, tandis que la 50S est plus épaisse et plus courte.

La petite sous-unité d'E. Coli est composée d'ARN ribosomiques 16S (1542 bases) et de 21 protéines, et la grande sous-unité contient des ARN ribosomaux 23S (2904 bases), 5S (1542 bases) et 31 protéines. Les protéines qui les composent sont basiques et le nombre varie selon la structure.

Les molécules d'ARN ribosomal, ainsi que les protéines, sont regroupées dans une structure secondaire similaire à d'autres types d'ARN.

Ribosomes chez les eucaryotes

Les ribosomes chez les eucaryotes (80S) sont plus gros, avec une teneur plus élevée en ARN et en protéines. Les ARN sont plus longs et sont appelés 18S et 28S. Comme chez les procaryotes, la composition des ribosomes est dominée par l'ARN ribosomal.

Dans ces organismes, le ribosome a une masse moléculaire de 4,2 × 10 ⁶ kDa et est décomposé en sous-unités 40S et 60S.

La sous-unité 40S contient une seule molécule d'ARN, 18S (1874 bases) et environ 33 protéines. De même, la sous-unité 60S contient les ARN 28S (4718 bases), 5,8S (160 bases) et 5S (120 bases). De plus, il est composé de protéines basiques et de protéines acides.

Ribosomes dans les archées

Les archées sont un groupe d'organismes microscopiques qui ressemblent à des bactéries, mais qui diffèrent par tant de caractéristiques qu'ils constituent un domaine distinct. Ils vivent dans des environnements divers et sont capables de coloniser des environnements extrêmes.

Les types de ribosomes trouvés dans les archées sont similaires aux ribosomes des organismes eucaryotes, bien qu'ils aient également certaines caractéristiques des ribosomes bactériens.

Il possède trois types de molécules d'ARN ribosomal: 16S, 23S et 5S, couplées à 50 ou 70 protéines, selon l'espèce étudiée. En termes de taille, les archées ribosomes sont plus proches des ribosomes bactériens (70S avec deux sous-unités 30S et 50S) mais en termes de structure primaire, ils sont plus proches des eucaryotes.

Comme les archées ont tendance à habiter des environnements avec des températures élevées et des concentrations élevées de sel, leurs ribosomes sont très résistants.

Coefficient de sédimentation

Le S ou Svedbergs, fait référence au coefficient de sédimentation de la particule. Il exprime la relation entre la vitesse constante de sédimentation et l'accélération appliquée. Cette mesure a des dimensions de temps.

Notez que les Svedberg ne sont pas additifs, car ils prennent en compte la masse et la forme de la particule. Pour cette raison, chez les bactéries, le ribosome composé de sous-unités 50S et 30S n'ajoute pas jusqu'à 80S, de même que les sous-unités 40S et 60S ne forment pas un ribosome 90S.

Synthèse du ribosome

Toute la machinerie cellulaire nécessaire à la synthèse des ribosomes se trouve dans le nucléole, une région dense du noyau qui n'est pas entourée de structures membraneuses.

Le nucléole est une structure variable selon le type de cellule: il est volumineux et bien visible dans les cellules à besoins protéiques élevés et c'est une zone presque imperceptible dans les cellules qui synthétisent peu de protéines.

Le traitement de l'ARN ribosomal se produit dans cette zone, où il se couple avec des protéines ribosomales et donne lieu à des produits de condensation granulaires, qui sont les sous-unités immatures qui forment des ribosomes fonctionnels.

Les sous-unités sont transportées à l'extérieur du noyau - à travers les pores nucléaires - vers le cytoplasme, où elles sont assemblées en ribosomes matures qui peuvent commencer la synthèse des protéines.

Gènes d'ARN ribosomal

Chez l'homme, les gènes qui codent pour les ARN ribosomiques se trouvent sur cinq paires de chromosomes spécifiques: 13, 14, 15, 21 et 22. Les cellules nécessitant un grand nombre de ribosomes, les gènes sont répétés plusieurs fois sur ces chromosomes..

Les gènes nucléolus codent pour les ARN ribosomaux 5.8S, 18S et 28S et sont transcrits par l'ARN polymérase en un transcrit précurseur 45S. L'ARN ribosomal 5S n'est pas synthétisé dans le nucléole.

Origine et évolution

Les ribosomes modernes doivent être apparus à l'époque de LUCA, le dernier ancêtre commun universel, probablement dans le monde hypothétique de l'ARN. Il est proposé que les ARN de transfert étaient fondamentaux pour l'évolution des ribosomes.

Cette structure pourrait se présenter sous la forme d'un complexe avec des fonctions d'auto-réplication qui acquiert plus tard des fonctions pour la synthèse d'acides aminés. L'une des caractéristiques les plus remarquables de l'ARN est sa capacité à catalyser sa propre réplication.

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