TRADUCTION DE L'ADN: PROCESSUS CHEZ LES EUCARYOTES ET LES PROCARYOTES - LA BIOLOGIE - 2025

La traduction de l'ADN est le processus par lequel l'information contenue dans l'ARN messager produit lors de la transcription (copie d'informations dans une séquence d'ADN sous forme d'ARN) est "traduite" en une séquence d'acides aminés par synthèse protéique.

D'un point de vue cellulaire, l'expression génique est une affaire relativement complexe qui se déroule en deux étapes: la transcription et la traduction.

Traduction d'ARN médiée par un ribosome (Source: LadyofHats / Domaine public, via Wikimedia Commons)

Tous les gènes qui sont exprimés (qu'ils codent ou non pour des séquences peptidiques, c'est-à-dire des protéines) le font initialement en transférant les informations contenues dans leur séquence d'ADN à une molécule d'ARN messager (ARNm) via un processus appelé transcription.

La transcription est réalisée par des enzymes spéciales appelées ARN polymérases, qui utilisent l'un des brins complémentaires de l'ADN du gène comme matrice pour la synthèse d'une molécule «pré-ARNm», qui est ensuite traitée pour former un ARNm mature.

Pour les gènes codant pour des protéines, les informations contenues dans les ARNm matures sont «lues» et traduites en acides aminés selon le code génétique, qui spécifie quel codon ou triplet de nucléotides correspond à quel acide aminé particulier.

La spécification de la séquence d'acides aminés d'une protéine dépend donc de la séquence initiale des bases azotées dans l'ADN qui correspond au gène puis dans l'ARNm qui transporte cette information du noyau au cytosol (dans les cellules eucaryotes); processus qui est également défini comme la synthèse de protéines guidée par l'ARNm.

Étant donné qu'il existe 64 combinaisons possibles des 4 bases azotées qui composent l'ADN et l'ARN et seulement 20 acides aminés, un acide aminé peut être codé par différents triplets (codons), c'est pourquoi on dit que le code génétique est "dégénéré" (sauf pour l'acide aminé méthionine, qui est codé par un codon AUG unique).

Traduction eucaryote (processus par étapes)

Schéma d'une cellule eucaryote animale et de ses parties (Source: Alejandro Porto via Wikimedia Commons)

Dans les cellules eucaryotes, la transcription a lieu dans le noyau et la traduction dans le cytosol, de sorte que les ARNm formés lors du premier processus jouent également un rôle dans le transport des informations du noyau vers le cytosol, où se trouvent les cellules. machinerie biosynthétique (ribosomes).

Il est important de mentionner que la compartimentation de la transcription et de la traduction chez les eucaryotes est vraie pour le noyau, mais il n'en est pas de même pour les organites avec leur propre génome comme les chloroplastes et les mitochondries, qui ont des systèmes plus proches de ceux des organismes procaryotes.

Les cellules eucaryotes ont également des ribosomes cytosoliques attachés aux membranes du réticulum endoplasmique (réticulum endoplasmique rugueux), dans lesquels se produit la traduction des protéines destinées à être insérées dans les membranes cellulaires ou nécessitant un traitement post-traductionnel qui se produit dans ledit compartiment..

- Traitement des ARNm avant leur traduction

Les ARNm sont modifiés à leurs extrémités au fur et à mesure de leur transcription:

- Lorsque l'extrémité 5 'de l'ARNm émerge de la surface de l'ARN polymérase II lors de la transcription, elle est immédiatement «attaquée» par un groupe d'enzymes qui synthétisent une «hotte» composée de 7-méthyl guanylate et qui est reliée au nucléotide terminal de l'ARNm via une liaison triphosphate 5 ', 5'.

- L'extrémité 3 'de l'ARNm subit un "clivage" par une endonucléase, ce qui génère un groupement hydroxyle libre 3' auquel est attaché une "chaîne" ou "queue" de résidus adénine (de 100 à 250). un à la fois par une enzyme poly (A) polymérase.

Le "capuchon 5 '" et la "queue poly A" remplissent des fonctions dans la protection des molécules d'ARNm contre la dégradation et, en outre, fonctionnent dans le transport des transcrits matures vers le cytosol et dans l'initiation et la terminaison du traduction, respectivement.

C orth et épissage

Après transcription, les ARNm "primaires" avec leurs deux extrémités modifiées, toujours présentes dans le noyau, subissent un processus "d'épissage" par lequel les séquences introniques sont généralement éliminées et les exons résultants sont joints (traitement post-transcriptionnel)., avec lesquels on obtient des transcriptions matures qui quittent le noyau et atteignent le cytosol.

L'épissage est réalisé par un complexe de riboprotéines appelé le spliceosome (anglicisme des spliceosomes), composé de cinq petites ribonucléoprotéines et molécules d'ARN, capables de «reconnaître» les régions à éliminer du transcrit primaire.

Chez de nombreux eucaryotes, il existe un phénomène connu sous le nom d '«épissage alternatif», ce qui signifie que différents types de modifications post-transcriptionnelles peuvent produire différentes protéines ou isozymes qui diffèrent les unes des autres dans certains aspects de leurs séquences.

- Ribosomes

Lorsque les transcrits matures quittent le noyau et sont transportés pour traduction dans le cytosol, ils sont traités par le complexe traductionnel connu sous le nom de ribosome, qui consiste en un complexe de protéines associées aux molécules d'ARN.

Les ribosomes sont composés de deux sous-unités, une "grande" et une "petite", qui sont librement dissociées dans le cytosol et se lient ou s'associent sur la molécule d'ARNm qui est traduite.

La liaison entre les ribosomes et l'ARNm dépend de molécules d'ARN spécialisées qui s'associent aux protéines ribosomales (ARN ribosomal ou ARNr et ARN de transfert ou ARNt), chacune ayant des fonctions spécifiques.

Les TRNA sont des "adaptateurs" moléculaires, car par une extrémité ils peuvent "lire" chaque codon ou triplet dans l'ARNm mature (par complémentarité de base) et par l'autre ils peuvent se lier à l'acide aminé codé par le codon "lu".

Les molécules d'ARNr, d'autre part, sont chargées d'accélérer (catalyser) le processus de liaison de chaque acide aminé dans la chaîne peptidique naissante.

Un ARNm eucaryote mature peut être "lu" par de nombreux ribosomes, autant de fois que la cellule l'indique. En d'autres termes, le même ARNm peut donner naissance à de nombreuses copies de la même protéine.

Commencer le codon et le cadre de lecture

Lorsqu'un ARNm mature est approché par des sous-unités ribosomales, le complexe riboprotéique "scanne" la séquence de ladite molécule jusqu'à trouver un codon de départ, qui est toujours AUG et implique l'introduction d'un résidu méthionine.

Le codon AUG définit le cadre de lecture pour chaque gène et, en outre, définit le premier acide aminé de toutes les protéines traduites dans la nature (cet acide aminé est plusieurs fois éliminé après traduction).

Arrêtez les codons

Trois autres codons ont été identifiés comme ceux qui induisent la terminaison de la traduction: UAA, UAG et UGA.

Ces mutations qui impliquent un changement de bases azotées dans le triplet qui code pour un acide aminé et qui aboutissent à des codons d'arrêt sont appelées mutations non-sens, car elles provoquent un arrêt prématuré du processus de synthèse, qui forme des protéines plus courtes.

Régions non traduites

Près de l'extrémité 5 'des molécules d'ARNm matures, il y a des régions non traduites (UTR), également appelées séquences «leader», qui sont situées entre le premier nucléotide et le codon de début de traduction (AOÛT).

Ces régions UTR non traduites ont des sites spécifiques de liaison avec des ribosomes et chez l'homme, par exemple, ont une longueur d'environ 170 nucléotides, parmi lesquels il y a des régions régulatrices, des sites de liaison aux protéines qui fonctionnent dans la régulation de traduction, etc.

- Début de la traduction

La traduction, ainsi que la transcription, se compose de 3 phases: une phase d'initiation, une phase d'élongation et enfin une phase de terminaison.

Initiation

Il consiste en l'assemblage du complexe traductionnel sur l'ARNm, qui mérite la liaison de trois protéines appelées facteur d'initiation (IF) IF1, IF2 et IF3 à la petite sous-unité du ribosome.

Le complexe de "pré-initiation" formé par les facteurs d'initiation et la petite sous-unité ribosomale se lie à son tour à un ARNt qui "porte" un résidu méthionine et cet ensemble de molécules se lie à l'ARNm, près du codon de départ. AUG.

Ces événements conduisent à la liaison de l'ARNm à la grande sous-unité ribosomale, conduisant à la libération de facteurs d'initiation. La grande sous-unité ribosomale a 3 sites de liaison pour les molécules d'ARNt: le site A (acide aminé), le site P (polypeptide) et le site E (sortie).

Le site A se lie à l'anticodon de l'aminoacyl-ARNt qui est complémentaire de celui de l'ARNm en cours de traduction; le site P est l'endroit où l'acide aminé est transféré de l'ARNt au peptide naissant et le site E est l'endroit où il se trouve dans l'ARNt «vide» avant d'être libéré dans le cytosol après la délivrance de l'acide aminé.

Représentation graphique des phases d'initiation et d'élongation de la traduction (Source: Jordan Nguyen / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) via Wikimedia Commons)

Élongation

Cette phase est constituée du «mouvement» du ribosome le long de la molécule d'ARNm et de la traduction de chaque codon qui «lit», ce qui implique la croissance ou l'élongation de la chaîne polypeptidique à la naissance.

Ce processus nécessite un facteur connu sous le nom de facteur d'élongation G et de l'énergie sous forme de GTP, qui est ce qui entraîne la translocation des facteurs d'élongation le long de la molécule d'ARNm lors de sa traduction.

L'activité peptidyl transférase des ARN ribosomaux permet la formation de liaisons peptidiques entre les acides aminés successifs qui sont ajoutés à la chaîne.

Résiliation

La traduction se termine lorsque le ribosome rencontre l'un des codons de terminaison, car les ARNt ne reconnaissent pas ces codons (ils ne codent pas pour les acides aminés). Les protéines appelées facteurs de libération se lient également, ce qui facilite l'excrétion de l'ARNm du ribosome et la dissociation de ses sous-unités.

Traduction procaryote (étapes-processus)

Chez les procaryotes, comme dans les cellules eucaryotes, les ribosomes responsables de la synthèse protéique se retrouvent dans le cytosol (ce qui est également vrai pour la machinerie transcriptionnelle), ce qui permet l'augmentation rapide de la concentration cytosolique d'une protéine lorsque l'expression des gènes qui le codent augmente.

Bien que ce ne soit pas un processus extrêmement courant dans ces organismes, les ARNm primaires produits pendant la transcription peuvent subir une maturation post-transcriptionnelle par "épissage". Cependant, le plus courant est d'observer des ribosomes attachés au transcrit primaire qui le traduisent en même temps qu'il est transcrit à partir de la séquence d'ADN correspondante.

Au vu de ce qui précède, la traduction chez de nombreux procaryotes commence à l'extrémité 5 ', puisque l'extrémité 3' de l'ARNm reste attachée à l'ADN matrice (et se produit de manière concomitante avec la transcription).

Régions non traduites

Les cellules procaryotes produisent également de l'ARNm avec des régions non traduites connues sous le nom de «boîte Shine-Dalgarno» et dont la séquence consensus est AGGAGG. Comme il est évident, les régions UTR des bactéries sont considérablement plus courtes que celles des cellules eucaryotes, bien qu'elles exercent des fonctions similaires pendant la traduction.

Processus

Chez les bactéries et autres organismes procaryotes, le processus de traduction est assez similaire à celui des cellules eucaryotes. Il comprend également trois phases: l'initiation, l'élongation et la terminaison, qui dépendent de facteurs procaryotes spécifiques, différents de ceux utilisés par les eucaryotes.

L'allongement, par exemple, dépend de facteurs d'allongement connus tels que EF-Tu et EF-Ts, plutôt que du facteur G des eucaryotes.

Références

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