1

La traduction

laure.garrigue-antar@u-pec.fr

2

La traduction : expression d’un gène

ADN

ARNm

protéine

http://www.nature.com/nature/journal/v443/n7107/images/nature05002-f1.2.jpg

3

Transcription Traduction

Protéine en cours de synthèse

La traduction : expression d’un gène

5’…CCATCGTAAGGCAAATGGTGCA3’

3’…GGTAGCATTCCGTTTACCACGT5’TTACCA

AAUGGUACGGAAU

5’…

5’…CCAUCGUAAGGCAAAUGGU…

3’

GCUACC

Gly

Asn

Ala

Lys

Arg

His

ADN

ARNm : transcrit primaire

en cours d’élongation

ARNm

4

Code génétique

Stop

Tryptophane

Les partenaires de la traduction :

• Les ARNt

• Ribosomes

particules sphériques de PM # 3 000 000, formés d'1/3 de

protéines et de 2/3 d'ARNr (ARN 16S, ARN 23S et ARN 5S).

L'ARNr ne contient pas d'information génétique.

• L’ ARNm

La traduction procaryote

5

5’AUG

3’

AA

6

Activation des AA et formation des aminoacyl-tARN

2 réactions catalysées par l’AminoacyltARN

synthétase:

1 - AA est activé par l’ATP

2 - l’enz reconnait l’ARNt spécifique et permet la

fixation de l’AA dessus

Étape 1

1 - AA est activé par l’ATP

Étape préliminaire de la synthèse protéique :

fixation de l’acide aminé sur l’ARNt

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Activation des AA et formation des aminoacyl-tARN (suite)

Étape 2

-chargement de l’AA activé sur l’ARNt

approprié

-Très haute spécificité requise pour éviter

les erreurs dans la biosynthèse des protéines

: une fois l’aminoacylARNt chargé, il n’y a plus

de mécanisme de contrôle.

Après l’étape 2 : intervention de la partie

polynucléotidique de l’AA-ARNt seule!

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Codon d’initiation : AUG

ARNt d’initiation : ARNtfMét

Polysome : ensemble de ribosomes

reliés entre eux par un ARN messager

ARNtfMét

O

C = O

NH – CH

CH2

CH2

S

CH3

H

C –

O

Les 3 étapes de la synthèse protéique (procaryote)

9

Les 3 étapes de la synthèse protéique (procaryote)

Début : codon AUG (codon d'initiation)

En amont, courte séquence (de "Shine-Dalgarno") complémentaire de l'extrémité 3' de l'ARNr 16S.

1 - Initiation

…5’UUCACACAGGAGACAGCUAUGACCAUGAUU3’… ARNm

A

U

UUCCUC

CAC

AG…

3’

Séquence de

Shine Dalgarno

UAC

Extrémité 3’ de

l’ARNr 16S

Anticodon du fMét-ARNtfMét

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Initiation de la traduction (procaryotes)

Sous-unité 30 S

IF3 IF1

GTP IF1IF3 IF2

IF1

f-Met

GTP

IF2

UACUAC

f-Met-ARNt

AUG5’ 3’

Région

complémentaire

de l’ARNr 16SARNm

Complexe

d’initiation 30S

Sous-unité 50S

IF1IF3 IF2

GDP + Pi

UAC

AUG5’ 3’

Complexe

d’initiation 70S

f-Met

SITE P SITE A

IF3

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Addition séquentielle des acides aminés en fonction de l'ordre des codonssur l'ARNm.

o Appariement de l’ARNt chargé de son acide aminé au codon de l'ARNmexposé au site A.

o Formation de la liaison peptidique

o Translocation

Le site A est alors libre et peut accepter un nouvel aminoacyl ARNt et lecycle d'élongation peut recommencer.

2 - Elongation

Les 3 étapes de la synthèse protéique (procaryote)

Association de l’ARNt avec la Phénylalanine

et interaction avec l’ARNm

12www.cellbiol.net/layout/imagesHER/03-transcription-traduction.jpg&imgrefurl=

A

Formation de la liaison peptidique, élongation,

translocation

translocase ou facteur d'élongation EF-G : permet le déplacement du peptidylARNt du

site A au site P. Il se forme un complexe (EF-G--GTP--ribosome). La translocation est

couplée à l'hydrolyse de GTP en GDP + Pi et à la libération de EF-G

CGU

GCA GUU 5’ 3’

SITE P SITE A

Formation de la

liaison peptidique

Ef-Tu L’ARNt chargé

avec la valine

est apporté par

EF-TuCAA

GTP

CGU

GCA GUU 5’ 3’CAA

GCA GUU 5’ 3’

P A

GUU UUU 5’ 3’CAA

P A

P A

TRANSLOCATION

ELONGATION

GTP+ PiGDP

GTP

EF-G

AlaVal

Met aai Aai+1 Gly Ser

Met aai Aai+1 Gly Ser

Ala

Val

Met aai Aai+1 Gly Ser

Ala

Val

CAA

Met aai Aai+1 Gly Ser

Ala

13

14

Les 3 étapes de la synthèse protéique :

3 - Terminaison

AGG UGA5’ 3’UCC

P A

Arg

RF2

AGG UGA5’ 3’UCC

P A

RF2

Sous-unité 30 S

Sous-unité 50 S

RF2

ARNt

ARNm

Met aai Aai+1 Gly Ser

Ala

Val

Met aai Aai+1 Gly Ser

Ala

Val

Arg

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Bilan énergétique de la synthèse protéique

(procaryote)

C’est le processus de biosynthèse qui consomme le plus d’énergie :

1- Fixation de l’acide aminé à l’ARNt : 2 liaisons riches en énergie (ATP AMP + P-P et P-P 2 P)

2- Initiation (1 GTP utilisé) 1 liaison riche en énergie

3- Élongation, 2 liaisons riches en énergie

1 GTP pour la fixation de l’ARNt sur le ribosome ,

1 GTP pour la translocation

4- Terminaison (1 ATP utilisé) 1 liaison riche en énergie

Bilan : 4 liaisons riches en énergie pour chaque liaison peptidique

+ 1 liaison riche en énergie pour l’initiation

+ 1 liaison riche en énergie pour la terminaison

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Composés nécessaires aux principales

étapes de la synthèse protéique chez E. Coli

Activation des

acides aminésInitiation Élongation Terminaison

20 acides aminés ARMm Ribosome 70 S Codon stop

20 AA-ARNt

synthétases

N-formyl Met-ARNt AA-ARNt RF1, RF2, RF3

20 ARNt (au moins) Codon init. (AUG)EF-Tu, EF-Ts,

EF-GATP

ATP Sous-unité 30 S

Mg2+ Sous-unité 50 S GTP

IF-1, IF-2, IF-3 Mg2+

GTP

Mg2+

Quelques antibiotiques agissant au niveau de la

traduction des eucaryotes

o Perturbation de la sous-unité 30STétracyclines : empêchent la fixation de l’ARNt chargé de son AA sur

le complexe ARNm/ribosome

o Perturbation de la sous-unité 50sMacrolides (érythromycine, josamycine…) empêchent la translocation,

antibiotique à large spectre

Chloramphénicol inhibe la peptidyltransférase

antibiotique à large spectre MAIS inhibe aussi la synthèse protéique

ces cellules hématopoïétiques de mammifères

Acide fusidique se fixe sur EF-G => empêche la fixation de l’ARNt

particulièrement efficace contre Staphylococcus aureus

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La traduction eucaryote

Les partenaires de la traduction :

• ARNt

• Ribosomes

• ARNm

18

5’

coiffe

3’

AA

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Comparaison des ribosomes pro- et eucaryotes

ARNr 23S ARNr

28S

ARNr 5,8S

50S

70S

30S

PROCARYOTE

ARNr 5S ARNr 5S 60S

80S

40S

Site A

33 protéines 40 protéines

21 protéines 30 protéines

ARNr 16S ARNr 18S

EUCARYOTE

ARNm

Site P

ARNt

chargé

avec un

acide aminé

Tunnel

Chaîne peptidique

en croissance

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-Choix du codon

Le premier rencontré sur la séquence

Pas de séquence Shine Dalgarno mais séquence KOZAK:

Consensus: .gccRccAUGG, avec R =A ou G en -3 du codon de départ + G en +4

mutation dans la séquence de Kozak

Famille italienne souffrant de thalassémie, avec mutation silencieuse en -6 (G>C)

Thalassémie: maladie génétique qui résulte en un taux de synthèse réduit d’unedes chaines de la Globine (qui composent l’hémoglobine). Formation de moléc. d‘Hb anormales > anémie

La traduction eucaryote

21

Initiation de la traduction (eucaryotes)

Sous -unité 60 S

sous-unité 40 S

eIF3

UAC

eIF3

Met

SITE P SITE A

5' 3'

AAAn

complexe d'initiation 80 S

"coiffe"

5' 3'AAAAn

eIF4A

eIF4B

ARNtinit

eIF2GTP

eIF2

ARNtinit

ARNtinit

UAC

eIF4B

ATPADP

Région

complémentaire

de l’ARN 18S

eIF4A

ARNm

UAC

AUG

eIF4A

eIF3

eIF4B

eIF5

eIF2

GDP + Pi

UAC

AUG

Met

Met

Met

Association complexe + psu

eIF4A reconnait la coiffe

Déroulement de l’ARNm

avec eIF4B (ATP)

Association de la gsu+dissociation

eIF5 hydrolyse le

GTP lié à eIF2, et

relâche eIF2, eIF3,

eIF4A et eIF4B

Association de l’ARNm

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Les facteurs de traduction (procaryotes/eucaryotes)

Procaryote Eucaryote

initiation IF1, IF2,IF3 eIF2, eIF3, eIF4A, eIFAB, eIF5

élongation EF-Tu, EF-G eEF1, eEF2

terminaison RF Rf et eIF3

Chez les procaryotes, 15 aa sont liés par secondeChez les eucaryotes, 2 aa sont liés/seconde (une protéine de 300aa et de PM # 30 000 est donc synthétisée en 150 sec).

Mais, dans une cellule de mammifère, il se produit plus d'unmillion de liaisons peptidiques par seconde (rendementaugmenté grâce aux polysomes).

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Toxine diphtérique

(fragment A)

nicotinamide

ADPribosylation du facteur d’élongation EF-2 => inhibition de son activité translocase

=> arrêt de la synthèse protéique24

Blocage de la synthèse protéique par la toxine diphtérique

Résidu ADP-ribosyl diphtamide

- ADP-ribosylation du diphtamide (diphtérie)

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Différents niveaux de régulation de la

synthèse protéique

2% seulement de notre ADN est « codant »

Inhibition de la synthèse protéique

-Certains antibiotiques empêchent la prolifération bactérienne en inhibant la

formation des liaisons peptidiques

Ex : puromycine : 3'-deoxy-N,N-dimethyl-3'-[(O-methyl-L-tyrosyl)amino]adenosine

str. semblable à celle de l’extrémité 3’ d’un AA-ARNt.

occupation du site A du rib.

peptidyl-transférase transfère la chaine polypeptidique

sur l’extr. NH2 de la puromycine

qui est faiblement attachée au site A

se détache du rib fin de la synthèse protéique

-Blocage de la synthèse protéique chez les procaryotes et

les eucaryotes

puromycine

Autres antibiotiques

Actifs chez les procaryotes seulement ( mitochondrie et choroplaste eucaryotes)

Streptomycine > sur une des prot rib de la su 30S, pas de démarrage de la trad.

Chloramphénicol > s’attache à 50S, inhibe le transfert du gr. Peptidyl

Tétracycline > s’attache à 30S, empêche la fixation des AAARNt au niveau du site A

Erythromycine > s’attache à 30S, empêche la translocation

Actif chez les eucaryotes seulement

Cycloheximide > inhibiteur de la phase d'initiation et d'élongation dans la synthèse

protéique.

Toxique chez l’Homme !

Cycloheximide

Devenir de la chaine protéique

- Repliement de la chaine au fur et à mesure de son élongation en structure de protéine native

- Pendant le repliement, enzymes qui vont « retoucher » les protéines:= modifications co-traductionnellesCelles qui sont après sont dites post-traductionnelles

-Modifications courantes:

-Protéolyse : signal-peptide (peptide d’adressage N-term des protéines sécrétées, riche en AA hydrophobes ; passage dans le RE puis dans le Golgi; excrétion par des vésicules sécrétoires-Glycosylation Ser-O; Asn-N-Phosphorylation (Ph-Ser, Ph-Tyr, P-Thr, Ph-His)-Acylation (farnésyl, géranyl, myristyl, palmityl)-Hydroxylation OH-Pro, OH-Lys, OH-Asp)-Méthylation (CH3-His)-Carboxylation (CO-Glu)-Désamination-Liaison d’un cofacteur : métal, hème…-Blocage des extrémités (pyroGlu, carboxylamide)(protection contre l’action des protéases)- Déformylation de la Met Nterm chez les procaryotes

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ARN interférent (historique)

1994 : Wassenger : introduction ARN double brin dans cellules

d’Arabidopsis thaliana =>inactivation de l’ADN correspondant

1998 : A. Fire et C. Mello : réduction spécifique de l’expression

protéique dans des cellules du nématode Caenorhabditis

elegans en introduisant de l’ARN double brin.

L’ARNi se lie à l’ARNm => dégradation de l’ARNm

inhibition de la synthèse protéique

2006 : Prix Nobel de Physiologie et Médecine

2001 : S. Elbashir (Nature) : petits ARN inhibent spécifiquement

l’expression de gènes de cellules humaines.

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ARN interférent (action)

L’ARNdb est reconnu par un complexe contenant une ribonucléase

cytoplasmique (Dicer) => découpage en fragments de 21 à 25 pb

(en 3’, 2 nucléotides sortants) = siRNA (Small Interfering RNA).

Les siRNA s’associent au complexe RISC (RNA-Induced Silencing

Complex).

Élimination d’un des brins du siRNA.

Association à l’ARNm complémentaire (spécifique).

L’ARNm est alors clivé.

Espoir de thérapie anticancéreuse, antivirale ou contre les maladies

neurodégénératives.

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RISC (RNA-Induced

Silencing Complex).

ribonucléase

cytoplasmique

(Dicer)

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Résumé :

ADN ADN = RÉPLICATION

ADN polymérase III (procaryotes) ou α (eucaryotes) lit le brin 3’5’

synthétise le brin 5’3’

ADN ARN = TRANSCRIPTION

ARN polymérase lit une des chaînes de l’ADN pour la transcrire en ADN.

Le choix de la chaîne lue diffère d’un gène à l’autre.

la chaîne d’ ADN est lue 3’5’

la chaîne d’ARN est synthétisée 5’3’

93% des ARN d’une cellule différenciée n’est pas transcrit

ARN PROTÉINE = TRADUCTION

La protéine est synthétisée NH2 COOH

ADN lu 3’ 5’

ARN synthétisé 5’ 3’

Protéine synthétisée N C

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1) SUBSTITUTION (+) UUC UGU CGU GAU U Phe Cy s Arg Asp (m1) UUC UGC CGU GAU U Phe Cy s Arg Asp (m2) UUC UGG CGU GAU U Phe Trp Arg Asp (m3) UUC UGA CGU GAU U Phe stop

C

2) ADDITION (+) UUC UGU CGU GAU U Phe Cy s Arg Asp (m) UUC CUG UCG UGA UU Phe Leu Ser stop 3) DELETION (+) UU UGU CGU GAU U Phe Cy s Arg Asp (m) UUU GUC GUG AUU Phe Val Val Ile

C

Mutations ponctuelles

Les mutations ponctuelles

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