Synthèse de protéines (et d’ARN) Biologie 122

En un coup d’oeil Les gènes sont des instructions codées d’ADN qui contrôlent la production de polypeptides à l’intérieur de la cellule. Une copie d’ARN d’un gène actif est fabriquée à l’intérieur du noyau. Et, dans un ribosome à l’intérieur de la cellule, la copie d’ARN dirige l’assemblage séquentiel d’une chaîne d’acides aminés. Le processus d’expression génétique se fait en 2 phases, qui sont nommées : Transcription Traduction

Structure d’ARN L’ARN, comme l’ADN, consiste de longues chaînes de nucléotides. Cependant, il a trois différences fondamentales entre l’ADN et l’ARN : Le sucre dans l’ARN consiste de ribose au lieu de désoxyribose. L’ARN est un brin au lieu de deux brins. L’ARN contient de l’uracile au lieu de la thymine.

Types d’ARN Une cellule contient plusieurs types d’ARN : ARN ribosomique (ARNr) ARN de transfert (ARNt) ARN messager (ARNm)

ARN ribosomique (ARNr) C’est la classe d’ARN trouvée dans les ribosomes. Ce sont en fait les ARNr qui composent principalement les ribosomes. Durant la synthèse de polypeptides, les molécules d’ARNr fournissent le site actif sur le ribosome, où le polypeptide est assemblé. (Un ribosome constitue de plusieurs douzaines de protéines et d’ARNr.)

Structure atomique d’une grande sous- unité d’un ribosome. Les protéines sont colorées en bleu. Les ARN, en brun. Le site actif, est coloré en rouge.

ARN de transfert (ARNt) Cette deuxième classe d’ARN est beaucoup plus petite. Les cellules humaines contiennent plus de 40 différents types de molécules d’ARNt, qui flottent librement dans le cytoplasme. Durant la synthèse des polypeptides, les molécules d’ARNt transportent les acides aminés au ribosome pour les utiliser lors de la fabrication de polypeptide, ainsi que positionner chaque acide aminé à la bonne place sur la chaîne de polypeptide en élongation.

ARN messager (ARNm) Chaque ARNm est un long brin simple d’ARN qui passe du noyau jusqu’au cytoplasme. Durant la synthèse de polypeptide, les molécules d’ARNm apportent l’information des chromosomes jusqu’aux ribosomes pour diriger l’assemblage d’acides aminés en polypeptides.

Faites-moi un beau dessin… Dessinez une cellule. Assurez-vous d’avoir les composantes suivantes : membrane cellulaire, ribosomes, noyau Dessine les molécules d’ARN : ARNr, ARNt, ARNm Indique des flèches pour montrer le lieu de désignation.

Transcription (ADN à ARN) Définition : la transcription est la production d’ARNm d’une séquence de nucléotides (ou gène) trouvée dans l’ADN. Lieu : noyau Il y a trois étapes principales impliquées dans la transcription : Initiation Élongation Terminaison

(1) Transcription : Initiation La transcription débute lorsque l’ARN polymérase II s’attache à un promoteur. Un promoteur est une région sur l’ADN qui définit le début d’un gène, détermine la direction de la transcription, et indique quel brin est à se faire copier. L’ARN polymérase accélère la formation d’ARN du modèle d’ADN (brin non codant). Ensuite, un segment de l’hélice d’ADN se déroule et se dégrafe (par le polymérase II).

(2) Transcription : élongation À mesure que l’ARN polymérase II se déplace le long du brin modèle de l’ADN, des nucléotides complémentaires d’ARN sont jumelés avec les nucléotides d’ADN. L’ARN polymérase II joint les nucléotides D’ARN dans la direction 5’ à 3’. L’association ARN/ADN n’est pas autant stable que l’hélice d’ADN. Par conséquent, seulement la nouvelle partie de la molécule d’ARNm est associée à l’ADN; le reste est suspendu sur le côté.

(3) Transcription : terminaison L’élongation de l’ARNm continue jusqu’à ce que l’ARN polymérase II arrive à une séquence d’ADN terminatrice. La séquence terminatrice cause l’ARN polymérase II à arrêter de transcrire l’ADN et à relâcher le transcrit d’ARNm.

Post-transcription : la modification de l’ARNm Des enzymes à l’intérieur du noyau modifient le pré-ARNm dans des manières spécifiques avant que les messages génétiques puissent être expédiés au cytoplasme. Durant le traitement d’ARNm, les deux bouts du transcrit primaire (ARN n’ayant pas encore été modifiée) sont habituellement altérés. De plus, dans la plupart des cas, certaines sections internes de la molécule sont coupées, et les parties restantes s’attachent ensemble. Ces modifications aident à former l’ARNm, qui est prêt à être traduit.

Modifications Il y a trois modifications : 1. Le bout 5’ du pré-ARNm est fermé avec une forme modifiée d’un nucléotide de guanine, formant ainsi un capuchon 5’.

…modifications 2. Sur le bout 3’, un enzyme ajoute 50 à 250 adénines, formant ainsi une queue poly-A. Le capuchon 5’ et la queue poly-A 3’ partagent plusieurs fonctions importantes : Ils facilitent l’exportation des molécules d’ARNm qui sont matures, du noyau. Ils aident à protéger l’ARNm contre la dégradation par les enzymes hydrolytiques. Une fois que l’ARNm atteint le cytoplasme, les deux structures aident les ribosomes à s’attacher au bout 5’ de l’ARNm.

…modifications 3. De grosses parties de la molécule de pré-ARNm sont enlevées dans un processus de couper et coller, nommé l’épissage d’ARN. La plupart des gènes et des transcrits d’ARN ont de longues étendues de nucléotides non- codants, c’est-à-dire des régions qui ne sont pas traduites. La plupart de ces séquences non-codants sont entrecoupés entre des segments codants du pré-ARNm. Les segments non-codants sont connus comme les introns, tandis que les segments codants sont les exons.

L’épissage

Traduction ARN jusqu’au polypeptide La traduction est le décodage du message de l’ARNm en une chaîne de polypeptides. La traduction a lieu sur les ribosomes libres dans le cytoplasme, ou attachés sur le réticulum endoplasmique. (Ici, aa = acide aminé) Les étapes de la traduction : 1. Un ARNm se déplace dans un ribosome, et le ARNt pour aa1 avec le bon anticodon se lie temporairement au premier codon ARNm. 2. L’ARNt pour aa2 avec le bon anticodon se lie temporairement au deuxième codon d’ARNm.

…traduction 3. Le lien attachant aa1 au premier ARNt se brise, et une liaison peptidique est formée entre aa1 et aa2. 4. L’ARNm et l’ARNt se déplacent à la droite d’un codon (ou tu pourrais dire que le ribosome se déplace vers la gauche d’un codon). Le premier ARNt sort du ribosome pour ramasser un autre aa. L’ARNt sont continuellement recyclés. Le troisième ARNt pour aa3 avec le bon anticodon qui se lie temporairement au troisième anticodon. 5. Le lien entre aa2 et le deuxième ARNt se brise et une liaison peptidique se forme entre aa2 et aa3.

…traduction 6. L’ARNm et l’ARNt se déplacent à la droite d’un codon, comme dans l’étape 4. Ce processus continue jusqu’à ce qu’un codon d’arrêt est atteint. 7. Le lien entre l’aa final et son ARNt se brise. L’ARNt final sort du ribosome pour ramasser un autre aa. L’ARNm est libre à se déplacer et à se faire lire de nouveau, ou se briser en ses composantes de nucléotides. Le ribosome peut maintenant lire un autre ARNm.

*** Un ARNm peut passer à travers une série de ribosomes, un après un autre, au même temps, chacune avec le même polypeptide grandissant du ribosome, à mesure que l’ARNm est lu et se déplace à travers le ribosome.