Les molécules
qui viennent « du ciel » sont différentes de celles formées sur
Terre.
Il existe 4
grandes lois biophysiques régulent tout l’univers et provoque la complexité de
la matière :
-
Les
interactions nucléaires fortes,
-
Les
interactions nucléaires faibles,
-
Les
intégrations de gravité,
-
Et
les interactions électromagnétiques (responsables de toutes les interactions
biochimiques)
Au début, ce
sont les sucres qui sont apparus. Puis apparaissent dans l’ordre : les
riboses, les désoxyriboses, le glucose, les trioses, les tétroses, les
pentoses, les hexoses, etc.
Les sucres se
forment facilement, même loin de la vie. Il suffit d’avoir du gaz carbonique et
de l’eau.
Expérience de
Berthelot : Irradiation de gaz avec des rayons UV.
Ensuite,
apparaissent les fonctions amines (R–NH2) et les acides
carboxyliques (R–COOH) s’assemblant pour former des acides aminés.
On peut en
former en présence de méthane et d’ammoniaque.
La formation
d’une vie élaborée est difficile à avoir sur une planète pour un problème
d’orbite. La Terre en présente une exceptionnelle qui a permis un développement
à long terme de la vie.
On arrive à
former (hors de la vie), dans des conditions géologiques données, tous les
acides aminés constituants les protéines terrestres (et même d’autres qui
n’existent pas sur la Terre) mais en mélange racémique (D et L)
Tous les acides
aminés du vivant sont de la forme L (avec quelques exceptions)
Tous les sucres
du vivant sont de la forme D.
Y a–t–il des énantiomères
(L et D) préférés par une sélection chimique naturelle, où les enzymes
favorisent certaines conformation ?
OU
Existe–t–il une
asymétrie due aux interactions faibles avec une forme plus stable que
l’autre ?
Lors
d’expériences en chimie abiotique, il est possible de synthétiser des bases
puriques et pyrimidiques avec une facilité relative.
L’Adénine est la
plus facile à former en milieu abiotique (mais elle est aussi la plus répétée
dans les cellules vivantes) Arrivent ensuite la Guanine, et l’acide orotique
(précurseur des bases pyrimidiques)
Pourquoi
n’existe–t–il que 20 acides aminés sur Terre et avec une configuration L alors
qu’il y en a de nombreux autres qui viennent des météorites ?
Certains
cherchent à insérer des acides aminés « nouveaux », extraterrestres
dans le vie terrestre pour former des organismes vivants ou des molécules non
dégradables pour des médicaments « plus efficaces ». Mais cela pose
d’autres problèmes.
Il n’existe pas
de vie sans ADN, mais il n’existe pas de vie animée sans synthèse protéique.
" Il ne manque
plus que la polymérisation. Cette complexification ne se fait que dans
certaines conditions de gravité, de température, de pression, et souvent en
milieu aqueux.
" Il faut qu’il y ait un assemblage des
molécules entre elles.
Des sucres
complexes et des proto–enzymes peuvent se former en milieu aqueux.
La formation
d’acides aminés peut se faire par un mélange de gaz primitifs (accompagné
d’énergie sous forme d’UV)
En
refroidissant, il existe des polymérisations en chaînes formant des petits
polypeptides (enzymes) d’où la classification en 5 groupes de proto–enzyme en
fonction de la catalyse de réaction (= activité) :
- Les oxydoréductases :
Il y a formation
d’eau par déshydrogénation d’un radical (on ajoute un Oxygène ou on enlève un
Hydrogène des molécules)
Exemple : peroxydases.
R–H2 +
H2O2 " R
+ 2 H2O
- Les transférases :
Exemple : transaminases.
R1–NH2 +
R2–COOH " R1–COOH +
R2–NH2
- Les hydrolases :
Il y a une
coupure d’une molécule complexe en mettant de l’eau accompagnée d’une scission
d’une molécule d’eau.
R1 +
R2 +
H2O " R1H +
R2–OH
- Les lyases :
Il y a une
coupure d’une fonction carboxylique pour former du CO2.
R–COOH " RH
+ CO2
- Les lygases :
Exemple : aminases.
R
+ NH3 +
H2O " RH–NH2
En milieu
abiotique, ces proto–enzymes ont une demi–vie d’environ 109 années (cela
concerne surtout les bases azotées)
-
Les isomérases :
Elles sont plus
récentes dans l’histoire de l’évolution et sont caractéristiques des êtres
vivants. En milieu abiotique, Il peut y avoir aussi des réactions
d’isomérisation spontanées sans l’action d’une enzyme.
Toutes les
classes des enzymes actuelles sont résumées dans ces 5 proto–enzymes et les
isomérases.
La synthèse des
bases azotées en milieu abiotique est possible à partir de carbamyl_phosphate
(qui est très demandé) et d’ions métal divalents :
NH2–CO–O–P + Mg2+ ; Ca2+
Exemple : la formation de
l’ATP avec un bon rendement.
Suivent les
acides gras, avec les monoglycérides :
formal
+ ammonial + glyoxal " imidazole + glycérol.
Cela a permis la
formation de vésicules lipidiques qui entourent des molécules organiques non
solubles.
v Introduction :
Les protéines
sont les substances les plus complexes et les plus multiformes dans l’univers
connu. Elles sont 20 fois plus différentes en forme et en taille par rapport à
l’ADN et l’ARN.
Il existe :
-
Des
protéines de structure,
-
Des
enzymes,
-
Des
récepteurs,
-
Des
canaux transporteurs (ioniques par exemple),
-
Des
pompes (membranaires pour excrétion de sels toxiques par exemple)
Une ou plusieurs
protéines spécifiques sont responsables de chaque activité des cellules
vivantes.
Les 1ère
formes de copiage d’une séquence protéiques sont–elles dues à une reproduction
catalysée par les protéines entre elles ? Certains le
pensent.
En tout état de
cause, il y a eu rapidement des réactions entre l’ARN et les acides aminés.
v Le code de lecture :
Le code n’est
pas suffisant pour donner la fonction, il faut aussi la forme.
(du sucre libre)
Séquence 5’ 3’ ARN
non
traduite
NH2 COOH Protéine
Toutes les
protéines sont faites d’une ou plusieurs chaînes polypeptides (chapelet de 20
variétés différentes)
Les acides
aminés sont reliés entre eux par des liaisons peptidiques CO–NH. Il existe
aussi des liaisons entre les chaînes latérales quand il y a une adjonction des
acides aminés après le codage.
Il existe des
courbures, des entortillements de ces chaînes qui peuvent être associées :
-
À
des glucides, pour former des glycoprotéines,
-
À
des lipides, pour former des lipoprotéines,
-
À
des acides nucléiques, pour former des nucléoprotéines.
Exemple : Le prion perd
sa forme et acquiert une forme pathologique.
L’activité
biologique d’une protéine se résume en 2 points :
-
Une
structure primaire exacte,
-
Une
construction correcte due à l’environnement cellulaire (conditions particulière
de température et de pH.
Certaines
protéines prennent spontanément leur forme mais la plus part ont besoin de
marques données par d’autres molécules.
L’acquisition de
la structure spatiale fonctionnelle de protéines cellulaires nécessite la
présence d’autres protéines qui servent aux premières, à la fois de charpente
et de constructeurs. Ces protéines sont appelées protéines chaperonnes.
Certaines sont
capables de déformer des protéines (comme les protéines de stress)
Pour ce code de
lecture, il faut des protéines déjà constituées par un autre code.
Les polypeptides
sont assemblés dans des chapelets de ribosomes qui de peuvent travailler au
hasard. Ils doivent recevoir des instructions via des messages originaires
du noyau : les ARNM.
Comme l’alphabet
des nucléotides ne comporte que 4 lettres, plusieurs lettres seront utilisées
pour coder un acide aminé.
Avec des
« mots » de 3 lettres, il existe 64 possibilités combinatoires pour
20 significations (acides aminés)
" La totalité des
64 combinaisons à 3 bases ont été retenues par la nature.
Le déchiffrage
du code a débuté en 1961 quand un jeune chercheur américain trouve qu’à partir
de poly–Uridine, on obtenait de la poly–Phénylalanine.
En 5 ans, le déchiffrage
est achevé.
Aujourd’hui, on
l’utilise pour lire mais aussi pour écrire des messages génétiques en tenant
compte de la « dégénérescence » du code grâce aux techniques de la
biologie moléculaire.
La
dégénérescence est due au fait que la 3ème base est sans
signification pour 8 acides aminés sur les 20 ; et pour tous les autres,
elle est remplaçable facilement en obtenant un acide aminé similaire.
" L’anticodon de
l’ARNT qui se fixe sur l’ARNM ne se fixe pas
trop sur la 3ème base, créant un déhanchement de l’ARNT.
Quelques
règles :
-
Tous
les acides aminés sont représentés par plus d’un codon sauf la Méthionine (AUG)
et le Tryptophane (UCG)
-
Quand
il y a plusieurs codons pour un acide aminé, cela cause une
dégénérescence : c’est–à– dire une lecture préférentielle de tel codon
pour tel acide aminé selon l’espèce considérée.
" Pour la
Leucine, l’Arginine et la Sérine, il y a 6 synonymes possibles, mais chaque
espèce va en préférer un parmi les 6 disponibles.
-
Le
remplacement d’une base Uridine par une Cytosine en 3ème position ne
change pas la signification.
-
Les
bases A et G en 3ème position sont souvent (mais pas toujours)
interchangeables.
-
La
3ème base est sans signification pour 8 acides aminés sur 20. Les ARNT présentent un
certain degré de liberté en pouvant s’accrocher uniquement aux 2 premières
bases, ce qui cause un déhanchement (= décrochement ou wobble) de l’ARNT.
-
Dans
l’ensemble, sur les 64 triplets, 61 codent pour les 20 acides aminés.
Leur 1ère
fonction sert de tampon indispensable, sans lequel la vie ne peut exister.
Si chaque
nucléotide était indispensable, chaque mutation du code créerait une mutation
dans la protéine et sa dégénérescence.
Remarque sur la
lecture préférentielle :
Dans la vie,
globalement, chaque triplet peut être utilisé de manière identique. Mais dans
la pratique, il existe une utilisation préférentielle du code dans chaque
espèce.
Exemple : Le code pour la
Proline : CCC pour une espèce, CCG pour une autre.
Il y a des
différentes fréquences d’utilisation permettant une caractérisation de
l’espèce.
Quand on veut
crée un OGM, on doit tenir compte du « dialecte » de l’espèce à
modifier. Si on n’y fait pas attention, la traduction sera ralentie car les ARNT et les acides
aminés du changement ne sont pas dans les mêmes proportions de l’espèce.
" La synthèse est
ralentie par déficit de matériel.
" Il y a une
adaptation du code génétique selon l’espèce. On garde l’utilisation
préférentielle du code dans chaque espèce.
Il existe des
codons « stop » qui donnent l’instruction au ribosome d’arrêter la
traduction (UAA, UAG, UGA)
Les codons AUG,
GUG (qui codent respectivement pour la Méthionine et la Valine) ont un rôle
supplémentaire d’initiateur.
Le code
génétique universel a des exceptions : les ARN des mitochondries et
parfois des levures ont quelques spécificités :
-
AGA,
AGG code le codon « stop » dans les mitochondries.
-
AUA code :
-
L’Isoleucine
dans le code universel,
-
La
Méthionine dans les mitochondries.
-
CUA code :
-
La
Leucine dans le code universel,
-
La
Méthionine dans les mitochondries de mammifères,
-
La
Thréonine dans les mitochondries de levures.
-
UAG
code :
-
Le
codon « stop » dans le code universel,
-
Le
Tryptophane dans les mitochondries de levure et de mammifères.
Des similitudes
ont suggérées qu’il existait au départ 16 acides aminés. Lors de la période
prébiotique, les acides aminés devaient être codés par un doublet avec une 3ème
base sans aucune signification. Il n’y avait aucun degré de liberté.
La structure du
code actuel a pour effet de minimiser les erreurs de traduction dues à des
erreurs de lecture et éviter les mutations pernicieuses.
Si on veut
changer un acide aminé en remplaçant une base d’un codon, on ne change (la plus
part du temps) pas les propriétés qui ont des propriétés de la protéine.
Il s’agit
souvent d’acides aminés de la même classe, qui ont des propriétés identiques
(charges, caractère hydrophile/hydrophobe, motif, etc.)
" La protéine a moins de risque de changer de
structure IIAIRE (= propriétés fonctionnelles
fondamentales)
La cellule
possède ainsi une protection des mutations naturelles. Il y a une faible
probabilité qu’elle soit sur la zone génique avec encore une autre probabilité
qu’elle soit sur les 2 premières bases du codon.
Mais la cellule
n’est pas protégée contre les mutations « artificielles » causées par
des molécules spécifiques qui vont toucher en premier les gènes les plus
utilisés.
Il existe au
moins une mutation par mitose qui n’est pas corrigée. Mais elle a peu de chance
d’être au niveau des gènes et si elle est quand même dans le génome, il y a de
fortes chances qu’elle soit dans des séquences non codantes et n’occasionne pas
d’effets graves.
" 99 % des
mutations ponctuelles ne sont pas graves et participent au polymorphisme
génétique.
Le fait que
toutes les bases ne soient pas signifiantes est très important, notamment pour
le taux de maladies génétiques.
Un des messagers
naturels à avoir été complètement décodé est l’ARN d’un petit virus bactérien
(= bactériophage) : MS2 avec 3 569 nucléotides.
Il se replie en
plus de 60 boucles stabilisées par des structures pseudo–hélicoïdales et forme
une structure générale planaire.
Il code pour 3
protéines, parfois 4.
Il existe
plusieurs ribonucléotides sur un ARNM pour le
maintenir déplié.
L’extrémité 5’
est coiffée d’un groupement pyrophosphate attaché au phosphore terminal.
Pendant l’assemblage de l’ARNM, l’accepteur
primaire est un NTP (= nucléotide triphosphate) " Le virus fait
ainsi accepter la traduction de son message par la bactérie.
À de rares exceptions
près, l’extrémité 5’ des ARNM des cellules
eucaryotes porte plusieurs groupements méthyles et une coiffe méthyl_guanosine_triphosphate
caractéristiques.
Elle permet
aussi la fixation à la sous–unité de l’ARNR.
La
complémentarité ARNM – acide aminé ne
se fait pas sans l’ARNT, mais il n’y a
pas non plus de contact entre l’acide aminé et l’anticodon de l’ARNT (la fixation se
fait à 2 extrémités différentes)
Au niveau de
l’anticodon de l’ARNT qui se lie au
codon de l’ARNM, il existe une
complémentarité stricte avec les 2 premières bases du codon (moins pour la 3ème)
" Cette relative
liberté permet un phénomène : le Wobble (déhanchement de l’ARNT)
Ce déhanchement
permet à certains anticodons de reconnaître 2 ou 3 codons différents
(habituellement pas plus de 3)
Il y a 61 codons
d’ARNM avec 35 à 40 anticodons d’ARNT pour 20 acides
aminés.
" Il n’y a pas
autant d’ARNT que de codons mais plus que
d’acides aminés.
Si on
accrochement chimiquement un mauvais acide aminé à un ARNT, il sera
introduit dans le polypeptide en cours de biosynthèse.
" Une fois que
l’acide aminé est chargé sur l’ARNT, il n’y a plus
de régulation pour vérifier l’acide aminé. Les molécules régulatrices sont
celles qui reconnaissent à la fois l’acide aminé et l’ARNT pour fixer l’un
sur l’autre.
v Assemblage d’un
polypeptide :
-
Les
acides aminés sont alignés un à un le long de l’ARNM au moyen de
leurs ARNT.
-
L’insertion
correcte d’un acide aminé est déterminée exclusivement par la spécificité des
interactions codon – anticodon. L’association acide aminé – ARNT doit être
préalablement correcte.
Les enzymes qui
associent les ARNT avec les acides
aminés sont donc les vrais traducteurs.
Qui dit
traduction, dit une molécule qui reconnaît les 2 codes.
Ce n’est pas l’ARNT : si le
mauvais acide aminé a été chargé, la traduction va continuer quand même. L’ARNT ne fait que
reconnaître le codon par son anticodon.
Les enzymes qui
associent les ARNT et les acides
aminés sont les seuls éléments bilingues de la cellule qui reconnaissent à la
fois un acide aminé et une certaine région des ARNT (différente de
l’anticodon)
Chaque enzyme
reconnaît tous les ARNT d’un acide
aminé, soit 20 enzymes cruciales (une enzyme par acide aminé)
Ces enzymes
appartiennent au groupe des ligases.
De plus, elles
confèrent l’énergie nécessaire aux acides aminés pour clore la liaison
peptidique dans la protéine néoformée.
" C’est l’activation des acides aminés.
ˉO — C — CH
— NH3+
||
| E ATP
+ AMP
ß
AMP—O — C — CH — NH3+
ß
ARNT —O — C — CH — NH3+
||
| + AMP
Aminoacyl_ARNT
Il s’agit de la
dernière étape avant l’adjonction au ribosome.
L’enzyme a le
rôle d’aminoacyl_ARNT ligase.
Ø L’élongation :
§ Phase 1 : transfert du
peptidyle :
Il s’agit de la
phase la plus fréquente de la traduction.
5’ 3’
(Chaîne
en cours ARNT ARNT (dernier arrivé)
de croissance | |
de 11 acides aminés) O O
|
|
C=O C=O
| |
R11’— CH CH —R12’
∶ |
NH3+ NH3+
Le 1er
acide aminé arrivé est en bas, le dernier en haut. La protéine croît par la
tête, l’extrémité C_terminale, et non par l’extrémité N_terminale (qui forme
une queue)
D Le
dernier acide aminé reçoit tout le peptide en cours de synthèse. Il ne s’ajoute
pas à la suite de ce peptide.
Pour les
protéines membranaires, l’extrémité N_terminale, la protéine commence à se
replier, à s’ancrer dans la membrane. La plupart des protéines membranaires
sont ancrées par leur extrémité N_terminale.
La chaîne en
croissance liée à l’ARNT reste attachée
à l’ARNM qui est lu codon par codon dans
le sens 5’ vers 3’. Le polypeptide s’allonge par l’extrémité C_terminale.
Les ARNT font plusieurs
essais, celui qui reste attaché le plus longtemps est le bon codon.
" C’est le nouvel
acide aminé qui porte la chaîne en croissance.
Sur les
ribosomes, le groupe aminoacyle n’est pas transféré immédiatement à son
accepteur final.
-
Il
commence par accepter, sur son groupement aminé, la chaîne polypeptidique en
cours de croissance.
-
Puis
il est transféré de son ARNT (transporteur)
par la synthèse d’une liaison peptidique, avec l’énergie de la liaison
aminoacyl_ARNT.
§ Phase 2 : déplacement du
ribosome d’un codon :
5’ 3’
ARNT ARNT (chaîne en cours de croissance
| | avec 12 acides aminés)
OH O
(ARNT beaucoup moins |
stabilisé,
moins attaché C=O Extrémité C_terminale =
tête
au ribosome) |
$ CH —R12’
Il
va sortir |
NH2
|
C=O
|
R11’—
CH
∶ Extrémité
N_terminale = queue
NH3+
v Que font les
ribosomes :
Ø Leur
organisation :
Une cellule de
mammifère contient en moyenne 107 ribosomes dans
le cytosol. Beaucoup d’entre–eux sont fixés à la surface des membrane du
réticulum endoplasmique, formant le réticulum endoplasmique granuleux (REG)
Ils sont souvent
groupés par 10 ou plus, formant des polysome. Le nombre de polysomes détermine
le rapport moléculaire entre la protéine et l’ARNM.
Leur nombre est
fixé par la taille de l’ARNM et peut varier selon
l’espèce.
Ils sont reliés
comme des perles d’un collier par un filament
d’ARNM.
La grande et la
petite sous–unité s’imbriquent sauf à l’endroit où un sillon (dans la petite sous–unité)
laisse ouvert un conduit pour l’ARNM.
De chaque
ribosome naît une chaîne en cours de croissance.
Il existe un
million d’atome par ribosome. Cette structure est parfaitement connue. C’est la
seule structure de la cellule qui s’auto–organise.
" Il suffit de
mettre les différentes protéines composantes en présence de l’ARNM pour que la
structure se forme automatiquement.
Le site A
(aminoacyle) guide la concordance entre le codon et l’anticodon.
La connaissance
exacte de la structure du ribosome d’E. coli (séquences des ARN et des protéines)
et de la structure spatiale correspond à la structure d’organite biologique la
plus élaborée qui ait jamais été établie.
Quand on
mélange, dans des conditions appropriées, les 60 parties différentes qui
constituent un ribosome bactérien, elles se recombinent spontanément par
auto–assemblage en particule fonctionnelle.
" La synthèse in vitro est
possible : l’association avec un ARNM permet la
synthèse de protéines in vitro.
Le plan
d’ensemble est contenu dans la structure IAIRE des
constituants, c’est aussi le cas de quelques d’autres enzymes (chez les
procaryotes en particulier)
L’échafaudage
moléculaire des sous–unités assure le positionnement précis, et le
repositionnement, de l’ARNM et des 2
réactifs liés aux 2 ARNT de l’initiation
jusqu’à la terminaison de la traduction.
Interviennent
aussi des protéines solubles pour l’initiation, l’élongation et le relargage
(ou terminaison) : au moins 3 protéines pour chaque étape.
Beaucoup
d’énergie est consommée " GTP Þ GDP
+ Pi +
énergie
Le complexe peut
lire n’importe quel ARNM, exactement
comme un lecteur de cassettes.
Le site P est
organisé de manière à mettre en contact intime le groupement aminoacyle
terminal de la chaîne peptidique en cours de croissance avec le centre actif de
la peptidyl–transférase.
Ø Étape
1 de l’élongation :
Il existe 35 –
40 aminoacyl_ARNT chargés nageant
en saturation à coté des ribosomes.
L’agitation
moléculaire les fait arriver rapidement sur le ribosome et les enlève aussi
vite sauf s’il y a un ajustement.
Il faut un
certain nombre d’essais pour que l’ajustement codon – anticodon soit correcte.
C’est le seul moyen d’identifier l’acide aminé qu va être attaché.
Le facteur
d’élongation EF–1 (elongation factor 1) participe à ce processus critique de
fixation et reconnaissance.
EF–1 est une
protéine soluble et sert de transporteur pour les différents aminoacyl_ARNT (reconnaissance
ARNT – codon)
EF–1 utilise ses
propres sites de fixation à la surface du ribosome pour présenter les
aminoacyl_ARNT au site A avec l’orientation
appropriée de l’ARNT.
EF–1 transporte
aussi un GTP.
Quand
l’ajustement est correct, ce GTP est scindé, EF–1 se détache et l’aminoacyle
correct est inséré en A.
Le groupement
aminé est près du site actif de la peptidyl–transférase.
Ø Étape
2 de l’élongation :
-
Il
hydrolyse un autre GTP,
-
Il
chasse l’ARNT libre qui occupe le site P,
-
Il
oblige le ribosome à effectuer le translocation de tout le complexe peptidyl_ARNT_ARNM du site A au
site P.
" Un nouveau cycle recommence.
Un ARNM se fait
traduire plusieurs fois en même temps à différents niveaux. Les ribosomes se
suivent de l’extrémité 5’ vers 3’ et vont à la vitesse de 10 à 15 nucléotides
par seconde (soit 5 codons par seconde, donc 5 acides aminés par seconde)
Il n’y a pas
plus d’une erreur sur 10 000 acides aminés, ce qui ne porte que peu de
conséquence : il n’y a que quelques mauvaises copies sur des centaines de
molécules.
Ø Initiation :
Un message peut
être lu selon 3 cadres de lecture distincts selon l’acide aminé du début.
L’initiation se
déroule selon les étapes suivantes :
-
La
dissociation en 2 d’un ribosome libre,
-
La
fixation d’un ARNM et d’un
aminoacyl_ARNT à la petite sous–unité,
-
La
consommation d’un GTP,
-
L’ajustement
très précis au cadre de lecture.
Cette dernière
étape se fait grâce au facteur d’initiation IF (initiation factor)
En résumé, on
observe 3 étapes :
-
Le
ribosome est non dissocié et possède 2 sites (A et P) et un site
peptidyl–transférase,
-
La
dissociation du ribosome se fait grâce au IF et au GTP,
-
L’IF
catalyse l’association de la sous–unité à l’ARNM.
La séquence 5’
de l’ARNM non
codante
est nécessaire pur que la petite sous–unité se fixe au 1er codon. La
séquence 5’ a une longueur particulière qui se fixe sur un site particulier du
ribosome.
Le 1er
aminoacyl_ARNT peut se lier sans la grande
sous–unité et sans le facteur EF–1.
Cet aminoacyl_ARNT est très
particulier :
-
Dans
80 % des cas, il se lie sur un AUG.
-
Il
catalyse aussi le placement de la grande sous–unité du ribosome.
" Le ribosome est
alors prêt à accueillir le nouvel acide aminé. C’est le début de l’élongation.
Les polypeptides
naissent avec une méthionine terminale.
Chez les
bactéries, le groupement méthionyle est formylé chez les bactéries. Cette
méthionine est souvent conservée, seul le formyle est enlevé.
Chez les
eucaryotes, le groupement méthionyle n’est pas formylé et est détaché par la
suite.
La séquence 5’
non codante de l’ARNM reconnaît des
sites de fixation particuliers sur la petite sous–unité et l’aide à bien se
placer.
La petite
sous–unité, l’ARNM et le (formyl_)
méthionyl_ARNT forment le complexe
d’initiation.
Quand ce
complexe d’initiation se fixe à la grosse sous–unité, l’élongation de la
traduction commence.
D Le début de l’initiation
se fait à la dissociation des 2 sous–unités. Sa fin se fait à l’association de
ces sous–unités.
L’ARNT qui se combine
au codon initiateur est différent de tous les autres ARNT.
" L’ARNT méthionine
initiateur (ou quelques fois l’ARNT valine)
reconnaît les codons AUG ou GUG à l’intérieur du message sans avoir besoin
de la grosse sous–unité.
Ø Terminaison :
S’il existe un
codon STOP au site A, aucun aminoacyl_ARNT ne le
reconnaît. Vient alors le facteur de relargage RF.
Ce dernier a un
coefficient de fixation inférieur à celui d’un ARNT spécifique mais
supérieur à celui d’un ARNT non spécifique.
Ainsi, lors de
l’agitation moléculaire, un facteur de relargage ne peut pas se fixer à un
codon codant un autre aminoacyl_ARNT mais sera
retenu s’il n’existe pas d’ARNT correspondant
au codon (= codon STOP)
" Il arrive
doucement et ne se fixe que si aucun autre ARNT n’est fixé.
Le facteur de
relargage détache la chaîne polypeptidique achevée en consommant un GTP. L’ARNT au site P est
libéré et l’ARNM se détache du
ribosome.
Les différences
de structure et de fonctionnement des ribosomes bactériens et eucaryotes
fournissent les arguments les plus convaincants en faveur de l’origine
bactérienne des mitochondries et des chloroplastes.
" Les ribosomes de ces organites sont de type
bactériens.
v Que deviennent les
protéines une fois relarguées ?
Les polypeptides
sont initiés dans le cytosol, près du réticulum. Ensuite, ils sont libérés dans
la lumière du REG ; de là, ils vont par un réseau circulatoire dans des
compartiments intra–cellulaire spécifique (grâce à des protéines transporteurs)
Quand le
filament polypeptidique naissant atteint 20 à 30 résidus, il existe un
événement très spécial :
-
Le
filament polypeptidique se lie à un complexe multiprotéique volumineux qui comporte
à la fois un ARN 7S et des protéines.
Ce complexe
reconnaît des séquences « signal » N_terminales.
C’est la
particule de reconnaissance du signal : SRP (signal recognizing particule)
Elle se lie à des résidus hydrophobes à l’extrémité des peptides destinés à la
sécrétion.
-
L’élongation
est alors bloquée momentanément à cause de cette liaison qui empêche le
mouvement du polypeptide en formation qui doit bouger d’un site à l’autre du
ribosome.
-
La
SRP amène le ribosome à des ribophorines (= protéines formant un tunnel dans le
réticulum), elle s’attache à son récepteur membranaire puis elle est relarguée.
-
La
protéine en cours de synthèse est envoyée petit à petit dans la lumière grâce
aux ribophorines et d’autres composants.
-
La
protéine est coupée pour la maturation par une peptidase du signal (durant
l’élongation)
L’activité
protéase n’est pas immédiate chez la protéine.
" Une 2nde coupure se fait quand la
protéine arrive à destination pour activer sa fonction.
Ce système
fonctionne aussi ainsi pour les protéines membranaires. Le peptide signal n’est
pas forcément coupé.
Si une portion
de la protéine membranaire se fixe dans la membrane, les ribosomes achèvent
leur travail dans le cytosol, détaché du RE.
La protéine
membranaire a ainsi son extrémité N_terminale dans le RE et son C_terminale
souvent du coté cytosolique.
Ou bien elle
s’attache ensuite à la membrane par des segments hydrophobes.
Certaines
protéines sont transférées de manière encore mal comprise dans les
mitochondries et les chloroplastes.
Dans le RE, en
allant vers ou dans l'appareil de Golgi, les protéines subissent :
-
La
glycosylation et/ou
-
L’association
à des lipides,
-
La
création de ponts disulfure, des coupures,
-
Le
remodelage des chaînes latérales oligosaccharidiques,
-
L’ajout
d’acide nucléique sur les nucléoprotéines,
-
L’ajout
de sucres,
-
Etc.
La protéine
ayant servi (exemple : liaison à un récepteur membranaire après sécrétion)
est dégradée dans les lysosomes après l’endocytose.
Plusieurs agents
actifs peuvent être produits à partir d’une chaîne polypeptidique coupée en
plusieurs morceaux.
Les protéines
peuvent être activées par protéolyse seulement au niveau extracellulaire.
Toutes les
protéines ont une destinée différente gouvernée par leur séquence (même leur
demi–vie)
" Leur mort intervient au bout de quelques
minutes, heures, jours, ou … mois.