MÉCANISMES MOLÉCULAIRES DE L ’EXPRESSION DES GÉNES : LA TRADUCTION OU BIOSYNTHÈSE DES PROTÉINES

Protéines fonctionnelles I-Introduction - définition gène 5 ’ A B C 3 ’ transcription rRNA tRNA mRNA Traduction Protéine de structure (collagène) AA1-AA2-AA3…AAn Protéines fonctionnelles Enzymes (métabolisme) Protéine signal (hormone) Traduction = processus de biosynthèse des protéines 1 : transfert de l ’information 2 : attachement des acides aminés Problème : ARN messager = code à 4 lettres (AUCG) Protéines = codes à 20 lettres (20 acides aminé différents) Code génétique II- Code génétique 4 bases 20 AA différents ? 1ère possibilité : code à 1 lettre 41 = 4 2ème possibilité : code à 2 lettres 42 = 16 3ème possibilité : code à 3 lettres 43 = 64

Triplet = codon 5 ’ AUC CGA GUC 3 ’ mRNA AA1 - AA2 - AA3 protéine AUC : 3 nucléotides (AMP, UMP, CTP) 64 codons ≠ Caractéristiques du code génétique Code universelle Code non chevauchant AA1 - AA2 - AA3 - AA4 A B C D E F G H I J K L AA1 AA2 AA3 Pas de ponctuation Code dégénéré : 64 codons et 20 AA ≠ Plusieurs codons pour un même AA Déchiffrage du code génétique (Khorana et Nirenberg: prix Nobel 1968) Stratégies de déchiffrage : UUUUUUUUU... + Système acellulaire Phe-Phe-Phe-.. UUU = Phe. AAAAAAAAA... + Système acellulaire  Lys-Lys-Lys-.. AAA= Lys

U C A G 1er nucléotide (en 5 ’) 2ème nucléotide 3ème nucléotide Phe Ser Tyr Cys Leu Ser Stop Stop Leu Ser Stop Trp U C A G U Leu Pro His Arg Leu Pro His Arg Leu Pro Gln Arg Leu Pro Gln Arg U C A G C Ile Thr Asn Ser Ile Thr Lys Arg Met Thr Lys Arg U C A G A Val Ala Asp Gly Val Ala Glu Gly U C A G G UAA, UAG, UGA = codons stop (codon non sens) AUG = codon initiateur dégénérescence ++ (3ème base)

N III- Mécanismes biochimiques de la traduction 1- Lieu de la biosynthèse des protéines : ribosomes N Ribosomes libres - protéines du cytoplasme - protéines du cytosquelette Ribosomes liés au RE - protéines de sécrétion (hormones, matrice extracellulaire) tRNA (adaptateur) codon AA mRNA 2- Éléments nécessaires Acides aminés H2O H2N-CH-COOH H2N-CH-COOH H2N-CH-CO- NH-CH-COOH R1 R2 R1 R2 AA1 AA2 peptide

61 codons (20 AA) : 32 tRNA (Wobble) ARN de transfert : tRNA Acide aminé (Phe) Extrémité 3 ’ Extrémité 5 ’ Bras T Bras D Feuille de trèfle anticodon Phe ACC 3 ’ 5 ’ Trp ACC 3 ’ 5 ’ Acide aminé ACC 3 ’ 5 ’ A A G A C C X Y Z 5 ’ 3 ’ U U C U G G mRNA 3 ’ 3 ’ mRNA 5 ’ 5 ’ 5 ’ TTC 3 ’ (sens, codant) 3 ’ AAG 5 ’ antisens, non codant) 5 ’ TGG 3 ’ 3 ’ ACC 5 ’ DNA DNA 61 codons (20 AA) : 32 tRNA (Wobble)

Établissement de la liaison t-RNA avec un acide aminé Mg 2+ Acide aminé + tRNA + ATP aminoacyl-tRNA + AMP + PPi aminoacyl-tRNA synthétase 1 : acide aminé + ATP aminoacyl-AMP + PPi + + PPi 2 : aminoacyl-AMP + t RNA aminoacyl-tRNA + AMP Extrémité 3 ’ du tRNA + AMP 5 ’ aminoacyl-AMP 5 ’ tRNA aminoacyl-tRNA

Facteurs d ’initiation 3- Les différentes étapes de la traduction (chez les procaryotes) Initiation, élongation et terminaison : N terminale C terminale + AA2 + AA3 NH2-AA1-COOH NH2-AA1-AA2-COOH NH2-AA1-AA2-AA3-COOH Débute par la formylmethionine (fMet) a - Formation du complexe d ’initiation Site peptidyl P Site Aminoacyl A 5 ’ fMet fMet mRNA fMet-tRNA Sous unité 50S Sous unité 30S A U G Facteurs d ’initiation A U G GTP 5’ 3’ mRNA complexe d ’initiation 30 S complexe d ’initiation 70 S

Libération de la chaîne 5’ 3’ Dissociation ribosome b- Phase d ’élongation Site P libre Facteur d  ’élongation fMet AA1 fMet-AA1 AA1-tRNA Peptidyl transférase GTP GDP + Pi A U G tRNA A U G 5’ 3’ 5’ 3’ 1 2 1 2 fMet-AA1 AA2 translocation c - Terminaison Codon stop : UAA, UAG, UGA GTP GDP + Pi A U G Libération de la chaîne 5’ 3’ Dissociation ribosome 1 2 3

Bilan énergétique de la traduction Aminoacyl-tRNA : 2 liaisons riches en énergie 2 GTP 2 GDP + 2Pi (élongation) 4 liasons riches en énergie / liaison peptidique Comparaison procaryotes et eucaryotes ( fmet ≠ met) noyau DNA transcrit primaire cytoplasme 5 ’ 3 ’ mRNA mRNA mature Protéine naissante 5 ’ 3 ’ 5 ’ ribosome Procaryote Eucaryote Inhibition de la biosynthèse protéique par les antibiotiques Streptomycine : fMet-tRNA Tétracyclines : liaison à la sous-unité 30S Érythromycine : liaison à la sous-unité 50S (inhibe la translocation) Chloramphénicol : inhibe la peptidyl-transférase

IV - Adressage des protéines et modifications post-traductionnelles cytosol (ribosomes libres) Membrane plasmique protéine Ribosomes liés (RE) : séquence signal (extrémité N-terminale) = 20 AA (hydrophobes) sécrétion Réticulum endoplasmique translocation NH2 Séquence signal 3 ’ 5 ’ SRP = particule de reconnaissance du signal (cytosol + ribosome) + récepteur sur RE Dans le RE : modifications post-traductionnelles - repliement de la protéine (rôle des protéines chaperonnes) - glycosylation, hydroxylation ...