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C- Synthèse des ARN= la transcription Les ARN sont synthétisés à partir de segments bien définis de lADN. Ce sont des unités de transcription ou des gènes.

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1 C- Synthèse des ARN= la transcription Les ARN sont synthétisés à partir de segments bien définis de lADN. Ce sont des unités de transcription ou des gènes Chaque unité de transcription présente un site promoteur et un site de terminaison que les enzymes de transcription appelées ARN polymérases (ARN pol) reconnaissent. La transcription chez les eucaryotes se fait sur lADN nucléosomique de leuchromatine. Lhétérochromatine présente un ADN « muet » non transcrit Comme lADN est bicaténaire, selon le gène qui sexprime pour la synthèse dun ARN, lun ou lautre brin de lADN constituera le brin codant.

2 1- Site promoteur de la transcription Aussi bien chez les procaryotes que chez les eucaryotes, on a pu localiser et déchiffrer un site promoteur de la transcription : cest la boite TATA; et un autre promoteur situé en amont de la boite TATA.

3 2- Les agents de la polymérisation Procaryotes Eucaryotes 4 types dARN pol sont reconnus ayant chacun une fonction et un site déterminé daction pol I nucléole ARN r pol II chromatine ARN m pol III chromatine ARNr 5S ARN t petits ARN Trois ARN pol nucléaires Un ARN pol mitochondrial tous les ARN mitochondriaux à limage des procaryotes (ARN m, ARNr, ARN t). un facteur dinitiation qui sy associe au moment de la synthèse de lARN 1 seul type dARN pol +

4 3-Transcription des ARN m LARN-pol reconnaît le site promoteur et sy fixe. Ce qui entraine une détorsion localisée et temporaire de la double hélice dADN. LARN pol parcourt le brin dADN codant dans le sens 3 5 jusquau site dinitiation de la transcription. A ce niveau, commence lassemblage dans la direction 5 3 des premiers ribonucléotides complémentaires des désoxyribonucléotides du brin codant. Un fragment hybride (ADN brin codant/ ARNm) est formé de façon temporaire puis lARNm en cours délongation se détache du brin ADN matrice. N.B Le premier codon ou triplet de ribonucléotides est AUG. Ce sera le codon initiateur de la traduction de lARN m en protéine.

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6 Le terminateur déstabilise les liaisons faibles entre les sous- unités de l'ARN polymérase et entraîne leur séparation et l'arrêt de la transcription.

7 4- Différences entre les ARN m des procaryotes et ceux des Eucaryotes Addition de ribonucléotides aux deux extrémités de lARNm des eucaryotes Juste après la transcription de lARN m des Eucaryotes, il ya addition dune guanosine méthylée (gap ou chapeau ) sur lextrémité 5 et dune poly A (queue) sur lextrémité 3.

8 Remarques: Les ARN m transcrits dans la mitochondrie nont pas de coiffe Les ARN m traduits en histones (protéines nucléaires) nont pas de poly A.

9 4- 2 maturation post transcriptionnelle des ARN m des eucaryotes LARNm subit dans le noyau une maturation après la transcription: Il sagit dune coupure des introns ou excision et dun collage des exons ou épissage (épissure). Ce sont les exons qui seront traduits en protéine au niveau du cytoplasme.

10 LARNm chez les procaryotes st directement traduit en protéine. Il ne subit pas de maturation post - transcriptionnelle [N.B : des images de traduction en protéines sont vues avant même la fin de la transcription de lARNm] 4- 3 Couplage de la transcription avec la traduction chez les procaryotes.

11 Plusieurs unités de transcription sont transcrites successivement par le même ARN pol qui va parcourir lADN matrice après la reconnaissance du promoteur. On obtient ainsi un seul ARN m; et ce nest quau moment de la traduction, que lon observe la séparation des protéines Transcription polycistronique chez les procaryotes

12 5) Synthèse des ARN ribosonaux Les ARNr représentent 80% de lensemble des ARN dans la cellule eucaryote qui synthétise 2000 à 3000 ribosomes/minute. Le nucléole est le site de transcription des ARNr(ARN poly I),, à lexception de lARN5S transcrit en dehors du nucléole (par lARN poly III) Lunité de transcription de LARNr ou ADNr est aussi appelé lorganisateur nucléolaire..

13 Synthèse des ARN ribosonaux chez les eucaryotes Les ARNr sont associés à des protéines pour former des ribosomes qui sont de véritables machines à synthétiser les protéines

14 N.B. Malgré des différences dans leur constitution physico-chimique, les ribosomes des procaryotes et des eucaryotes fonctionnent de la même manière.

15 6 -Synthèse des ARN de transfert Il en existe une 60 aine dans la cellule eucaryote, une 40 aine dans la cellule procaryote, toutes de structures différentes. LARNt en forme trèfle alanine LARN t en forme de L Phénylalanine

16 6-2 Rôle des ARNt Les ARNt assurent une double reconnaissance _ celle de lA.A (extrémité 3 de lARNt) _ celle du site spécifique de lARNm par leur anticodon (qui est en position intermédiaire) 6-1 Synthèse et maturation des ARNt Chez les eucaryotes, la transcription des ARNt se fait dans la chromatine dispercée sous légide de lARNpol III -La maturation post-transcriptionnelle consiste en : _ Excision des extrémités 3OH et 5P _ Epissage des exons après élimination des introns _ Modification de certains nucléotides [ méthylation de certaines bases, modifications dautres bases en bases inhabituelles comme la pseudo-uridine ou linosine analogue à la guanosine]

17 I- Le code génétique : LARNm copie les messages codés dans lADN et dirige la synthèse des protéines grâce à un simple code chimique de 3 nucléotides (bases) = un codon. 4 nucléotides différents doivent définir lexpression 20 a.a 4 x 4 x 4 = 64 combinaisons possibles (triplets) 20 a.a 1-1 Signification des codons de lARNm (voir tableau) Ce sont des expériences de synthèse protéiques « in vitro » qui ont permis de déterminer lexpression des ts codons possibles grâce à la traduction de polynucléotides synthétique de composition connue. D-Traduction de linformation portée par lARNm-Biosynthèse des protéines

18 Le code génétique

19 1- 2 Propriétés du code génétique -Le code génétique est un code à triplets - Le code génétique est ponctué : il présente des codons non sens (codons stop). Ainsi UAA, UAG, UGA = des codons de ponctuation alors que les 61 autres codons sont traduits en a-a- -Le code génétique est un code dégénéré = certains a.a correspondent à plusieurs codons dits codons synonymes. -Le code génétique est universel = (t de celui des mitochondries) LARNm de globine humaine est traduit dans un extrait acellulaire de germe de blé

20 2- Biosynthèse protéique Les facteurs principaux impliqués dans la phase cytoplasmique de la biosynthèse des protéines sont : -Le modèle, détenteur de linformation = ARNm -Le système de lecture = les ribosomes -Les adaptateurs = les ARNt assurant la correspondance entre les codons de lARNm et les a-a -Le stock cellulaire da.a -Un fournisseur denergie (ATP,GTP) -Des systèmes enzymatiques et des facteurs protéiques sassociant temporairement aux ribosomes et conditionnant leur fonctionnement.

21 2-1 Activation des Acides Aminés : Dans le cytoplasme, les différents a.a sont amenés à un état énergétique élevé grâce à lATP en présence dune enzyme spécifique à chaque a.a et à chaque ARNt ou lamino acyl ARNt synthétase. On dira que les a.a sont activés quand ils sont sous forme dun aminoacyl-ARNt. Il existe au moins une enzyme pour chacun des 20 acides aminés. Ces enzymes ont une double spécificité : elles reconnaissent spécifiquement un acide aminé et elles reconnaissent spécifiquement le tRNA non chargé correspondant

22 . Etapes de lactivation de lacide aminé a)Laminoacyl-tRNA synthétase hydrolyse un ATP en AMP (liaison riche en énergie) b)Lenzyme active lacide aminé en liant sa fonction acide avec la fonction acide du phosphate α de lAMP (liaison anhydride mixte riche en énergie). (Le pyrophosphate est aussitôt détruit par une pyrophosphatase). c)Lacide aminé ainsi activé est transféré ensuite avec sa liaison riche en énergie sur une des fonctions alcool secondaires du ribose de lAMP 3-terminal du tRNA. d) LARNt chargé se lie ensuite au ribosome pour la synthèse de la protéine. NB la.a se relie sur lextrémité 3 de lARNt par son groupement COOH.

23 -Initiation Linitiation de la traduction débute par lattachement à lextrémité 5 de lARNm de : -La petite sous unité du ribosome (40S eucaryote, 30S procaryote) + AA-ARNt (le1 er aminoacyl-ARNt : le 1 er a.a transporté par lARNt est la méthionime chez les eucaryotes et la méthionine formylée chez les procaryotes) 2-2 Les trois étapes de la synthèse dune chaine polypeptidique : -Fixation de la grande sous unité ribosomale au complexe précédent. Les sous-unités des ribosomes sont dissociées dans le cytoplasme. Une cascade dévénements va former un complexe dinitiation. Cette phase nest possible quen présence de: des facteurs protéiques dinitiation IF ( 5 ou 6 eucaryotes, 3 procaryotes) + GTP + ATP

24 le ribosome possède 2 sites : Site A aminoacyl où se fixe en 1 er lARNt ou site de reconnaissance. Site P peptidyl au niveau duquel sera transloqué la chaîne polypeptidique en formation

25 Le positionnement du messager par rapport à lARNt de la Méthionine initiale détermine le cadre de lecture de la traduction du messager. LARNt de la méthionine se fixe sur le site P (ou peptidique). Le codon AUG du messager, en shybridant dans le site P avec lanticodon UAC de lARNt de la méthionine, place le messager de telle sorte que le codon suivant (N1N2N3) apparaisse dans lautre site de fixation : site A (ou acide aminé, car il servira à la fixation des nouveaux acides aminés incorporés).

26 Methionine-ARNt + + ARNm ATP GTPIF++ -Initiation

27 Les sous-unités des ribosomes sont dissociées dans le cytoplasme. Une cascade dévénements va former un complexe dinitiation. Au repos, le facteur eIF2 (eucaryotic initiation factor 2) est porteur dun GDP, coenzyme quil a hydrolysé au cours du cycle dune initiation précédente. En présence du facteur eIF2B, un nouveau GTP est substitué à ce GDP. Le facteur eIF2 ainsi activé, peut alors lier le tRNA chargé dune méthionine dont lanticodon est complémentaire du codon dinitiation (AUG) du messager. En présence du cofacteur eIF4C, la petite sous-unité va fixer le facteur eIF3 et le facteur eIF2 activé qui porte le tRNA chargé de la méthionine initiale. Lénergie de la formation de ce complexe a été fournie par lhydrolyse de la liaison riche en énergie du GTP porté par le facteur eIF2. La séquence 5 non traduite du RNA messager est reconnue par les cofacteurs eIF4A, eIF4B et eIF4F qui sy fixent. Grâce à lhydrolyse dun ATP pour fournir lénergie, le messager est alors transféré sur la petite sous-unité, en regard du site P, de façon à hybrider les nucléotides du codon dinitiation avec ceux de lanticodon de le tRNA de la méthionine initiale. En présence du dernier cofacteur eIF5, le complexe va se lier à une grande sous-unité pour constituer un ribosome fonctionnel. Les cofacteurs dinitiation sont libérés et la traduction commence. Le cofacteur eIF2 toujours porteur de son GDP, se libère pour recommencer un nouveau cycle dinitiation Détail de lInitiation de la traduction de lARNm chez les eucaryotes

28 -Elongation. Des facteurs délongation EF sont nécessaires à cette étape. 1)Le site A du ribosome qui est libre fait appel au deuxième AA-ARNt +GTP +EF. 2)Formation de la liaison peptidique entre le groupement carboxyle de la méthionine que lARNt libère et le groupement amine du second aa grâce à une peptidyl transférase en présence dATP 3) transfert du dipeptide ARNt du site A au site P 4) Le site A devient libre de nouveau et prêt à accueillir un 3 ème aminoacyl ARNt Le ribosome progresse pas à pas le long de lARNm de sorte à libérer à chaque fois le site A de reconnaissance des AA-ARNT

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30 Les codons sont espacés sur le schéma pour des raisons de clarté. Les sous unités du ribosome ne sont pas à léchelle. Un ribosome couvre en moyenne 30 nucléotides sur lARNm

31 Les ribosomes initiés ont leur site A vacant. Le facteur délongation eEF1B catalyse léchange du GDP par un GTP sur le facteur eEF1A. Celui- ci, activé, va recevoir un tRNA chargé quil viendra fixer sur ce site A, en hydrolysant le GTP en GDP. Dès que le codon du messager au fond du site A a pu se lier complémentairement avec lanticodon du tRNA apporté, le facteur eEF1A est libéré avec son GDP. Le ribosome catalyse alors le transfert du peptide situé sur le tRNA du site P sur la fonction amine de lacide aminé du tRNA du site A. Il utilise pour cela, lénergie de lhydrolyse de la liaison ester riche en énergie entre le peptide et le tRNA du site P. Enfin, grâce au facteur eEF2 et à lhydrolyse dun autre GTP, le tRNA du site P est libéré, le messager, le tRNA restant et le peptide en cours de synthèse sont alors déplacés (translocation) du site A vers le site P, sans quil y ait de séparation entre le codon et lanticodon. Le site A est à nouveau libre pour recevoir le tRNA de lacide aminé suivant. Elongation

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33 -Terminaison La terminaison de la synthèse et le relargage du poypeptide ont lieu au niveau dun ou plusieurs codons stop (UAG,UAA,UGA) en présence de facteurs protéiques de dissociation : TF Le site A du ribosome en face du codon stop accepte le TF à la place de lARNt. Ce TF hydrolyse les liaisons entre ARNt du site P et le dernier a.a de la chaîne polypeptidique. Ce polypeptide et lARNt sont libérés et les 2 sous unités ribosomales se détachent de lARNm

34 A la fin de la traduction, la protéine néo synthétisée peut faire lobjet dune liaison avec des glucides à lintérieur du réticulum endoplasmique (Glycosylation), elle peut être fonctionnelle à lintérieur même de la cellule, ou être libérée à lextérieur de la cellule après un passage par lappareil de Golgi (Exocytose) Après libération du polypeptide, les ribosomes dissociés sont capables de sengager dans de nouveaux cycles de synthèse La lecture dun même ARNm se fait par plusieurs ribosomes en même temps avec un petit espacement de 15 à 20 nm Remarques

35 Cest une modification de la séquence en nucléotides des acides nucléiques. Cette modification peut concerner 1 nucléotide et on parle de mutation ponctuelle ou plusieurs nucléotides. Elle peut aussi avoir lieu : Lors de la réplication ou de la transcription- dans ce cas, elle est surtout due à une erreur de lADN ou lARN polymerase (correction en général par la cellule) Hors de ces 2 phénomènes, on parle de mutation spontanée Les différents types de mutation : Substitution : remplacement d1 nucléotide par 1 autre Insertion :Cest laddition dun nucléotide au sein de la séquence de lacide nucléique Suppression ou délétion : Cest lélimination dun nucléotide ou plusieurs de la séquence de lacide nucléique 3-La mutation

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40 Type IType III Fonction Polymérase 5 3 Exonucléase 3 5 Exonucléase _++_ Matrice/Amorce Simple brin + amorce Double brin avec coupures Double brin avec lacunes _++_+ Activité Vitesse (kpb/mn) Nombre (molécules /cellule) 0, à 20 ADN Polymérase Vu que lADN pol III est très rapide, se trouve en petite quantité, et est moins versatile au niveau de lexonucléase, elle sert à la réplication en général et possède aussi un mécanisme dautocorrection. LADN pol I jouerait plus le rôle de correcteur ou réparateur de lADN en réplication.


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