mercredi 5 décembre 2007
INTRODUCTION
Le 25 Avril 1953 James D WATSON et Francis H CRICK révèlent la structure de L’ADN. La détermination de cette structure a permis par la suite de comprendre l’ensemble des mécanismes moléculaires de l’expression génétique : comme la réplication de l’ADN, la transcription des ARN et la traduction. Mais comment se forme l’ensemble de ces mécanismes ? Pour répondre à cette question nous verrons la manière dont les différents mécanismes de la réplication, les différents facteurs de transcriptions et la traduction s’effectuent.
La réplication
Au commencement
Pour une meilleur compréhension on propose de donner la fonction des protéine participant à la réplication .
ADN polymérase alpha/primase : amorçage
ADN polymérase delta : synthése l'ADN
PCNA : pocessivité
Facteur de Réplication C : élongation (ATPase)
Facteur de réplication A : liaison aux simples brins
Topoisomérases 1 et 2 : déroulement des brins parentaux d'ADN
ARN ase : enlève les fragments d'ARN
ADN ligase : ligature des COUPURE
Chez les eucaryotes ,il existe plusieurs origines de réplication tout au long du chromosome que l'on appelle ARS (ORI chez les bactéries). Cette séquence attire des protéines de réplication. C'est le lieu où commence la synthèse.
Pour une meilleur compréhension on propose de donner la fonction des protéine participant à la réplication .
ADN polymérase alpha/primase : amorçage
ADN polymérase delta : synthése l'ADN
PCNA : pocessivité
Facteur de Réplication C : élongation (ATPase)
Facteur de réplication A : liaison aux simples brins
Topoisomérases 1 et 2 : déroulement des brins parentaux d'ADN
ARN ase : enlève les fragments d'ARN
ADN ligase : ligature des COUPURE
Chez les eucaryotes ,il existe plusieurs origines de réplication tout au long du chromosome que l'on appelle ARS (ORI chez les bactéries). Cette séquence attire des protéines de réplication. C'est le lieu où commence la synthèse.
Les hélicases (2 par brins) se fixent au niveau de ces séquences et rompent les liaisons d'hydrogènes en avançant dans des sens opposés.Il y a ouverture de la double hélice et formation d'un oeil de réplication.
A chaque extrémité de l'oeil on a un fourche de réplication .
Les deux brins deviennent des brins matrices (créent des brins complémentaire).
Le déroulement de la réplication .
L'orsque les hélicases ouvrent la double hélice, des RFA vont se positionner sur les brins matrices afin de les empêcher de s'enrouler.
Un complexe ADN polymérase /primase qui s'est fixé sur les hélicases, progresse dans le sens 3' à5' des brins matrices. Les ADN polymerase vont toujours dans ce sens, ainsi le nouveau brin est synthétisé de 5'à 3'. Cette protéine ne peut pas commençer seul la synthèse, il lui faut une amorce d'ARN. Cette dernière est fabriqué par la primase. A partir de là l'ADN polymérase va prolonger l'amorce de quelque désoxyribonucléotides. Il faut savoir que plusieurs de ces amorces mixtes ARN/ADN sont necessaires pour le brin retardé alors que le brin continu peut-être créé à partir d'une seule .
Ensuite la RFC reconnaît le complexe matrice-amorce et recrute la protéine PCNA . La PCNA provoque le remplacement de l'ADN pol alpha par la polymerase delta. Elle remonte le brin matrice (3'à 5') et synthétise les fragments d'Okazaki( court bris d'ADN de 200 nucléotides) initiés par les amorces mixtes.
Il y a ensuite élimination des amorces d'ARN par l'ARNase H1 et FEN-1.En fait l'ADN polymérase delta achève les fragment d'Okazaki. Lorsque le nouveau brin atteind l'extrémité 5' du fragment d'Okazaki précédent, l'amorce d'ARN est éliminé et l'intervalle est rempli par la suite du déplacement de la l'ADN pol delta.
Les espaces laissés disparaîssent grâce à des ADN ligase.
Il y a entrée massive d'histone lors de la réplication afin de remballer nos l'ADN.
Source: Gène 6 de Benjamin Lewin
Biologie cellulaire et moléculaire par Gérard KARP
Biologie moléculaire Biochimie des communication cellulaire par Christian MOUSSAR
LA TRANSCRIPTION
La premiere étapes dans la synthèse des protéines est une étapes de transcription pendant laquelle des segments d'ADN formant des "unités de transcription " servent de modèle à
des tARN (ARN petits =ARN polymérase I)
des mARN (ARN messager = ARN polymérase II elle codent les protéines ) .
des rARN (ARN ribosomique =ARN polymérase III)
vidéo
http://fr.youtube.com/watch?v=vJSmZ3DsntU
Nous allons étudier la transcription de l' ARNm :
L'ARN polymérase est associés a des facteurs protéique d'initiation provoque l'ouverture localise de la double hélice.
Elles fixe en amont de la zone a transcrire dans une région qui constitue le promoteur.
l'interaction entre l' ARN et son promoteur est très complexe .
L'arn polymérase II ne peut pas reconnaître la séquence de son promoteur .Ce sont d'autre protéine appelé facteur de transcription qui se fixe au promoteur et qui guide l'ARN polymérase II vers le début du gène qu'il doit transcrire .
La séquence du promoteur de la plupart des gènes eucaryote qui codent pour les ARNm contient une région riche en AT à environ 25 nucléotides en amont du site de début de la transcription..
Une courte séquence poly nucléotides ( comportant en particulier une série tata et une série caat ) permet l' orientation de la polymérase de l' ADN par rapport a l' un des deux brins de la molécules d' ADN . Sur un fragment d'ADN donné , un seul brin peut servir de matrice pour la transcription , un seul brin peut servir de matrice pour la transcription , un seul brin est informatif.
un gène est constitué d’une séquence régulatrice suivi d’une région codante. Au niveau de la région régulatrice, nous avons la TATA box située à quelques dizaines de nucléotides en amont du site +1 (START of transcription)
Cette TATA box se lie a une protéine que l'on appelle facteur de transcription :
1) Le facteur de transcription TFIID se fixe en premier sur la boite TATA( la TF2B la reconnaît et se fixe sur la boite tata , elle est constitué de plusieurs sous unités:
- la TBP ( " tata binding protéine " reconnaît la séquence ).
elle propose une courbure de l' ADN .
- la TAF " protein activatrice " transcription activactor factor 2) Les facteurs de transcription:
- la TFIIA rejoint le complexe d' amorçage et éjecte le inhibiteur de transcription
- la TFIIB vient se positionner.
Ces derniers s’associent au complexe c'est a dire qu'elles se fixent auTFIID et à la région du promoteur .
3) L’arrivée de TFIIE se fixe en dernier sur le complexe permettant ainsi la phosphorylation de la queue de la molécule d’ARN polymérase II .
4) La TFIIF est une protéine qui guide la polymérase II vers le début du gène à transcrire.
5) Une fois phosphorylée la molécule d’ARN polymérase II peut réaliser la lecture du brin matrice de l’ADN dans le sens 3’~5’ pour synthétiser le brin d’ARN par complémentarité des bases de nucléotide : G-C A-U T-A C-G.
le complexe formé entre la boite TATA , le TFIID , les autres facteurs de transcription et l'ARN polymérase II est connu sous le nom de complexe de pré initiation de la transcription.
remarque: il sont nommé TFII car il s' agit d' une protéine de transcription qui codent pour ARN polymérase II.
vidéo
http://fr.youtube.com/watch?v=mQClpqDBlSs
Les promoteur de nombreux gènes comportent une boite tata d'autre b'en n'ont pas . Ces gènes qui sont dépourvu de boite TATA codent pour des protéines généralement pour des protéines nécessaires dans toutes les cellules; ils sont appelés gène domestiques. le promoteur de ces dernier ont un promoteur qui a la séquence GGGGCGGGGC appelé boite GC ,une protéine dénommé sp1 se fixe a la boite GC et peut recruter pour l' ADN la TBP ,même la boite TATA n'est plus pour se fixer.
Dans d'autre cas la transcription commence lorsque le domaine de l'ARN terminale est phosphorylé . Cette région est très riche en serine et en thréonine qui ont tout les deux un gropuement OH dans leurs chaînes. Lorsqu'il sont phosphorylé , l'ARN polymérase se libère du complexe de pré initiation et procède a la transcription de l'ADN en ARNm.
L'ADN polymérase se déplace de 3' vers 5' sur le brin informatif une vingtaine de nucléotide après la boite tata, la transcription débute sous le contrôle de la transcriptase, des ribonucléotides vienne de se placer en face des dexoribonucléotides de telle manière qu' une guanine soit toujours placé en face d' une cytosine et inversement pour la cytosine soit placé devant une guanine . Et l' adénine en face de la thymine et inversement pour la thymine.
Chaque nouveau nucléotide incorporé possède un groupe triphosphate en position 5' ; lors de l' accrochage de ce nucléotide un pyrophosphate (groupe de deux phosphate ) est éliminé et l' extrémité 5' du nucléotide se lie par une liaison diester phosphate (O-P-O) à l' extrémité hydroxyle 3'.
la croissance de l'ADN se fait de 3' a 5'.
Il se forme de façon temporaire un fragment "hybride" ARN/ADN puis la portion d'ADN néoformé se détache de sa matrice cependant les 2 brins d' ADN se réassocient . A l' extrémité du gène , la polymérase rencontre une séquence de base particulières qui constituent un signal de terminaison . la transcription est alors interrompue l' enzyme libère le brin d' Arn néoformé et quitte l' ARN.
La maturation des ARNm
L'épissage
Au cours de la transcription, l'ARN polymérase II synthétise un transcrit primaire, continu, colinéaire du gène complet. Le transcrit cytoplasmique, généralement plus court, ne contient que les séquences dites exoniques. Avant de sortir du noyau, le transcrit doit subir une étape de maturation qui consiste à éliminer les séquences intervenantes (ou introns) et à “rabouter” les exons pour former le transcrit mature. Cette opération est appelée “épissage” .Le “raboutage” des exons, après excision des introns, concerne généralement des exons appartenant au même transcrit primaire (“cis-splicing”). Il a été toutefois décrit, chez quelques organismes (par exemple un trypanosome et un nématode), un épissage d'exons provenant de transcrits primaires différents (“trans-splicing”) et donnant donc un ARNm mosaïque.
Les modifications des extrémités L'une des premières modifications du pré-ARNm est l'ajout d'une “coiffe” ou “chapeau” à son extrémité 5'.
En effet, cette coiffe (7-méthylguanosine) se met en place dès le début de la transcription, avant que les 30 premiers nucléotides ne soient assemblés.
L'ARNm n'aura donc plus une extrémité 5' phosphate libre. Le rôle de la coiffe est double. D'une part, elle protège cette région contre les nucléases et phosphatases et, d'autre part, elle favorise la fixation du complexe d'initiation de la traduction, jouant de ce fait un rôle important dans la lecture du message.
L'extrémité 3' des ARNm va également subir des modifications. Cette extrémité n'est pas le résultat direct de la terminaison de la transcription, elle est le résultat d'une coupure qui se produit dans le prémessager environ une vingtaine de nucléotides au-delà d'une séquence spécifique (AAUAAA) appelée signal de polyadénylation.
Après cette coupure, l'extrémité de l'ARN est modifiée par l'addition de 50 à 300 adénines qui forment une queue poly(A). Cette étape requiert une endonucléase pour couper l'ARN et une poly(A) polymérase pour synthétiser la queue poly(A) présente chez la plupart des ARNm des eucaryotes, mais qui n'existe pas dans le gène.
Cependant, certains messagers, tel que les ARNm des histones, ne subissent pas cette modification. Dans leur cas, la formation de leur extrémité 3' dépend d'une structure secondaire (structure en épingle à cheveux) formée dans cette région.
Les modifications post-transcriptionelles (" Editing ")
Outre les opérations de maturation, quasi systématiques, qui viennent d'être évoquées, d'autres modifications post-transcriptionnelles des ARNm ont également été décrites dans la littérature. Ainsi, "l'editing", ou correction de l'ARN, concerne tout traitement d'un transcrit (addition, suppression, substitution d'un ou plusieurs nucléotides) autre que l'épissage, aboutissant à un ARNm dont la séquence diffère de celle du brin d'ADN sens.
Ces modifications peuvent avoir une incidence considérable sur l'expression des gènes. Par exemple, chez l'Homme, le remplacement de C par U modifie la séquence de certains ARNm de l'apolipoprotéine B et provoque l'apparition d'un codon stop prématuré. De ce fait, la protéine synthétisée à partir des ARNm “modifiés” sera environ deux fois plus courte. Un même gène peut donc donner naissance à deux ARNm différents, traduits en apoB100 dans le foie ou en apoB48 dans l'intestin (Greeve et al 1993). La structure des transcrits matures et leur sortie du noyauConsécutivement à ces différentes étapes, l'ARNm mature d'un eucaryote est composé de séquences exoniques et contient trois parties (figure 5) : une région 5' non traduite portant une coiffe, une région traduite débutant par un codon d'initiation de la traduction AUG et se terminant par un codon stop, et une région 3' non traduite se terminant par une queue poly(A). Chez les eucaryotes, la transcription et la traduction se déroulent dans deux compartiments différents puisque la première a lieu dans le noyau et la seconde dans le cytoplasme.
La continuité entre le noyau et le cytoplasme est assurée par les pores nucléaires. Ces structures multiprotéiques, ancrées dans la membrane, se comportent comme des sites de transport actif permettant les échanges macromoléculaires entre le noyau et le cytoplasme. Il semble de plus en plus évident que cette étape de transport pourrait être limitante pour l'expression génétique, au moins pour certains gènes.
De manière inattendue, de nombreuses études effectuées dans différents modèles expérimentaux indiquent que les événements nucléaires (transcription, épissage) ne peuvent être dissociés du devenir cytoplasmique des ARNm (stabilité, traduction).
Ces observations ont conduit Urlaub et al (1989) à proposer un modèle dans lequel le transport depuis le noyau vers le cytoplasme et l'épissage des ARNm sont couplés à leur traduction.
source
http://www.inra.fr/productions-animales/an2000/hsgenetique/num20h/hs03.htm
http://fr.youtube.com/watch?v=mQClpqDBlSs
livre
biologie moléculaire
La premiere étapes dans la synthèse des protéines est une étapes de transcription pendant laquelle des segments d'ADN formant des "unités de transcription " servent de modèle à
des tARN (ARN petits =ARN polymérase I)
des mARN (ARN messager = ARN polymérase II elle codent les protéines ) .
des rARN (ARN ribosomique =ARN polymérase III)
vidéo
http://fr.youtube.com/watch?v=vJSmZ3DsntU
Nous allons étudier la transcription de l' ARNm :
L'ARN polymérase est associés a des facteurs protéique d'initiation provoque l'ouverture localise de la double hélice.
Elles fixe en amont de la zone a transcrire dans une région qui constitue le promoteur.
l'interaction entre l' ARN et son promoteur est très complexe .
L'arn polymérase II ne peut pas reconnaître la séquence de son promoteur .Ce sont d'autre protéine appelé facteur de transcription qui se fixe au promoteur et qui guide l'ARN polymérase II vers le début du gène qu'il doit transcrire .
La séquence du promoteur de la plupart des gènes eucaryote qui codent pour les ARNm contient une région riche en AT à environ 25 nucléotides en amont du site de début de la transcription..
Une courte séquence poly nucléotides ( comportant en particulier une série tata et une série caat ) permet l' orientation de la polymérase de l' ADN par rapport a l' un des deux brins de la molécules d' ADN . Sur un fragment d'ADN donné , un seul brin peut servir de matrice pour la transcription , un seul brin peut servir de matrice pour la transcription , un seul brin est informatif.
un gène est constitué d’une séquence régulatrice suivi d’une région codante. Au niveau de la région régulatrice, nous avons la TATA box située à quelques dizaines de nucléotides en amont du site +1 (START of transcription)Cette TATA box se lie a une protéine que l'on appelle facteur de transcription :
1) Le facteur de transcription TFIID se fixe en premier sur la boite TATA( la TF2B la reconnaît et se fixe sur la boite tata , elle est constitué de plusieurs sous unités:
- la TBP ( " tata binding protéine " reconnaît la séquence ).
elle propose une courbure de l' ADN .
- la TAF " protein activatrice " transcription activactor factor 2) Les facteurs de transcription:
- la TFIIA rejoint le complexe d' amorçage et éjecte le inhibiteur de transcription
- la TFIIB vient se positionner.
Ces derniers s’associent au complexe c'est a dire qu'elles se fixent auTFIID et à la région du promoteur .
3) L’arrivée de TFIIE se fixe en dernier sur le complexe permettant ainsi la phosphorylation de la queue de la molécule d’ARN polymérase II .
4) La TFIIF est une protéine qui guide la polymérase II vers le début du gène à transcrire.
5) Une fois phosphorylée la molécule d’ARN polymérase II peut réaliser la lecture du brin matrice de l’ADN dans le sens 3’~5’ pour synthétiser le brin d’ARN par complémentarité des bases de nucléotide : G-C A-U T-A C-G.
le complexe formé entre la boite TATA , le TFIID , les autres facteurs de transcription et l'ARN polymérase II est connu sous le nom de complexe de pré initiation de la transcription.
remarque: il sont nommé TFII car il s' agit d' une protéine de transcription qui codent pour ARN polymérase II.
vidéo
http://fr.youtube.com/watch?v=mQClpqDBlSs
Les promoteur de nombreux gènes comportent une boite tata d'autre b'en n'ont pas . Ces gènes qui sont dépourvu de boite TATA codent pour des protéines généralement pour des protéines nécessaires dans toutes les cellules; ils sont appelés gène domestiques. le promoteur de ces dernier ont un promoteur qui a la séquence GGGGCGGGGC appelé boite GC ,une protéine dénommé sp1 se fixe a la boite GC et peut recruter pour l' ADN la TBP ,même la boite TATA n'est plus pour se fixer.
Dans d'autre cas la transcription commence lorsque le domaine de l'ARN terminale est phosphorylé . Cette région est très riche en serine et en thréonine qui ont tout les deux un gropuement OH dans leurs chaînes. Lorsqu'il sont phosphorylé , l'ARN polymérase se libère du complexe de pré initiation et procède a la transcription de l'ADN en ARNm.
L'ADN polymérase se déplace de 3' vers 5' sur le brin informatif une vingtaine de nucléotide après la boite tata, la transcription débute sous le contrôle de la transcriptase, des ribonucléotides vienne de se placer en face des dexoribonucléotides de telle manière qu' une guanine soit toujours placé en face d' une cytosine et inversement pour la cytosine soit placé devant une guanine . Et l' adénine en face de la thymine et inversement pour la thymine.
Chaque nouveau nucléotide incorporé possède un groupe triphosphate en position 5' ; lors de l' accrochage de ce nucléotide un pyrophosphate (groupe de deux phosphate ) est éliminé et l' extrémité 5' du nucléotide se lie par une liaison diester phosphate (O-P-O) à l' extrémité hydroxyle 3'.
la croissance de l'ADN se fait de 3' a 5'.
Il se forme de façon temporaire un fragment "hybride" ARN/ADN puis la portion d'ADN néoformé se détache de sa matrice cependant les 2 brins d' ADN se réassocient . A l' extrémité du gène , la polymérase rencontre une séquence de base particulières qui constituent un signal de terminaison . la transcription est alors interrompue l' enzyme libère le brin d' Arn néoformé et quitte l' ARN.
La maturation des ARNm
L'épissage
Au cours de la transcription, l'ARN polymérase II synthétise un transcrit primaire, continu, colinéaire du gène complet. Le transcrit cytoplasmique, généralement plus court, ne contient que les séquences dites exoniques. Avant de sortir du noyau, le transcrit doit subir une étape de maturation qui consiste à éliminer les séquences intervenantes (ou introns) et à “rabouter” les exons pour former le transcrit mature. Cette opération est appelée “épissage” .Le “raboutage” des exons, après excision des introns, concerne généralement des exons appartenant au même transcrit primaire (“cis-splicing”). Il a été toutefois décrit, chez quelques organismes (par exemple un trypanosome et un nématode), un épissage d'exons provenant de transcrits primaires différents (“trans-splicing”) et donnant donc un ARNm mosaïque.
Les modifications des extrémités L'une des premières modifications du pré-ARNm est l'ajout d'une “coiffe” ou “chapeau” à son extrémité 5'.
En effet, cette coiffe (7-méthylguanosine) se met en place dès le début de la transcription, avant que les 30 premiers nucléotides ne soient assemblés.
L'ARNm n'aura donc plus une extrémité 5' phosphate libre. Le rôle de la coiffe est double. D'une part, elle protège cette région contre les nucléases et phosphatases et, d'autre part, elle favorise la fixation du complexe d'initiation de la traduction, jouant de ce fait un rôle important dans la lecture du message.
L'extrémité 3' des ARNm va également subir des modifications. Cette extrémité n'est pas le résultat direct de la terminaison de la transcription, elle est le résultat d'une coupure qui se produit dans le prémessager environ une vingtaine de nucléotides au-delà d'une séquence spécifique (AAUAAA) appelée signal de polyadénylation.
Après cette coupure, l'extrémité de l'ARN est modifiée par l'addition de 50 à 300 adénines qui forment une queue poly(A). Cette étape requiert une endonucléase pour couper l'ARN et une poly(A) polymérase pour synthétiser la queue poly(A) présente chez la plupart des ARNm des eucaryotes, mais qui n'existe pas dans le gène.
Cependant, certains messagers, tel que les ARNm des histones, ne subissent pas cette modification. Dans leur cas, la formation de leur extrémité 3' dépend d'une structure secondaire (structure en épingle à cheveux) formée dans cette région.
Les modifications post-transcriptionelles (" Editing ")
Outre les opérations de maturation, quasi systématiques, qui viennent d'être évoquées, d'autres modifications post-transcriptionnelles des ARNm ont également été décrites dans la littérature. Ainsi, "l'editing", ou correction de l'ARN, concerne tout traitement d'un transcrit (addition, suppression, substitution d'un ou plusieurs nucléotides) autre que l'épissage, aboutissant à un ARNm dont la séquence diffère de celle du brin d'ADN sens.
Ces modifications peuvent avoir une incidence considérable sur l'expression des gènes. Par exemple, chez l'Homme, le remplacement de C par U modifie la séquence de certains ARNm de l'apolipoprotéine B et provoque l'apparition d'un codon stop prématuré. De ce fait, la protéine synthétisée à partir des ARNm “modifiés” sera environ deux fois plus courte. Un même gène peut donc donner naissance à deux ARNm différents, traduits en apoB100 dans le foie ou en apoB48 dans l'intestin (Greeve et al 1993). La structure des transcrits matures et leur sortie du noyauConsécutivement à ces différentes étapes, l'ARNm mature d'un eucaryote est composé de séquences exoniques et contient trois parties (figure 5) : une région 5' non traduite portant une coiffe, une région traduite débutant par un codon d'initiation de la traduction AUG et se terminant par un codon stop, et une région 3' non traduite se terminant par une queue poly(A). Chez les eucaryotes, la transcription et la traduction se déroulent dans deux compartiments différents puisque la première a lieu dans le noyau et la seconde dans le cytoplasme.
La continuité entre le noyau et le cytoplasme est assurée par les pores nucléaires. Ces structures multiprotéiques, ancrées dans la membrane, se comportent comme des sites de transport actif permettant les échanges macromoléculaires entre le noyau et le cytoplasme. Il semble de plus en plus évident que cette étape de transport pourrait être limitante pour l'expression génétique, au moins pour certains gènes.
De manière inattendue, de nombreuses études effectuées dans différents modèles expérimentaux indiquent que les événements nucléaires (transcription, épissage) ne peuvent être dissociés du devenir cytoplasmique des ARNm (stabilité, traduction).
Ces observations ont conduit Urlaub et al (1989) à proposer un modèle dans lequel le transport depuis le noyau vers le cytoplasme et l'épissage des ARNm sont couplés à leur traduction.
source
http://www.inra.fr/productions-animales/an2000/hsgenetique/num20h/hs03.htm
http://fr.youtube.com/watch?v=mQClpqDBlSs
livre
biologie moléculaire
Intéressons nous à un autre mécanisme génétique :
LA SYNTHESE DES RIBOSOMES
qui s’effectue dans le nucléole.
Qu’est-ce-que le nucléole ?
Le nucléole est un corps visible dans le noyau, dans sa partie excentrée, il est généralement entouré de chromatine auxquelles il est associé.
Au microscope électronique on observe 3 composants :
*Le composant granulaire (G.C. ou pars granulosa) qui est composé de matériel dense et granuleux qu’on apparente souvent à des cordons qui se réunisse en réseaux.
*De centres fibrillaires(F.C) qui sont des zones arrondies et pâles situés à l intérieur du nucléole.
*De collerettes dense fibrilllaires(ou pars fibrosa) qui sont constitués de fins filaments entourants les centres fibrillaires.
Quels sont les fonctions du nucléole ?
D’une part le nucléole synthétise des ARNr et d’autre part ces ARNr forment à l’aide de protéines les 2 sous-unités des ribosomes.
Comment fonctionne le nucléole ?
Dans les centres fibrillaires, certains chromosomes (13, 14, 15,21 et 22) ont des boucles qui se retrouvent pour former les N.O.R. (nucleolar organizing region ou organisateurs nucléolaires).
Ces boucles d’A.D.N. possèdent des gènes qui codent les ARNr.
Ces gènes existent en copies multiples (200 copies) disposés en tandem sur un brin d’ADN qu’on nomme gène ribosomial et espacés par des espaces intergéniques.
Ils subissent une transcription.
De part sa structure en tandem, la transcription est dite en tandem ou en configuration d’arbre de noël : Le tronc de l’arbre est le gène ribosomial, les branches sont des ARN ribosomiques(les 1ers transcrits sont de courte taille puis augmente de taille lorsque l’on progresse sur le gène ribosomial), les grains raccordant les branches au tronc sont des ARN polymérases I et les boules à chaque extrémités des ARNr, des protéines ribosomales.
Après la transcription les molécules d’ARN vont vers les collerettes denses fibrillaires où elles sont traitées. Le précurseur 45S (précédemment codé par les gènes d’ARN et transcrit dans le NOR) s’agglutine avec des protéines provenant du cytoplasme.
Le complexe obtenu donne une grosse particule ribonucléoprotéique : la ribonucléoprotéine.
Cette dernière va migrer vers le composant granulaire où seront synthétisées les 2 dernières sous-unités des ribosomes.
Qu’est-ce qu’un ribosome ?
Un ribosome est un agrégat moléculaire (particules RNP) de grande taille (30nm). Il possède 2 sous-unités : une petite de 40S et une grande de 60S. Paradoxalement le ribosome lui est de 80S.
S= unité de Suedberg,
il a été fixé en fonction du coefficient de sédimentation
1S=10^ (-13) cg/s
Comment s’effectue la synthèse des sous-unités des ribosomes ?
Un gène nucléaire de 5S transcrit dans le noyau mais pas dans le nucléole vient s’insérer dans la grosse particule ribonucleoprotéique qui parvient à maturation.
Suite à ce processus les sous-unités se séparent :
*La petite sous-unité se développe en nouveau complexe protéique(NPC) constitué d’un ARNr de 18S et de 33 protéines, elle migre vers le cytosol cela dure environ 30minutes.
*La grande sous-unité donne un NPC constitué de 3 ARNr de 28S et 50 protéines, elle migre également vers le cytosol, tout ceci dure environ 60 minutes.
Après être formés et parvenus au cytoplasme, les ribosomes assureront leur fonction qui sera importante pour la synthèse des protéines.
Mots clés :
• Agrégat moléculaire
• ARNr
• Centre fibrillaire
• Gène nucléaire
• Gène ribosomial
• N.O.R.
• N.P.C.
• Nucléole
• Ribosome
• Sous-unités
• Transcription en tandem
Quelques références bibliographiques pour plus de détail :
• “Bloom&Fawcett” HISTOLOGIE l’essentiel de Don W. Fawcett&Ronald P. Jensh
• BIOLOGIE CELLULAIRE de Claude-Louis Gallien
LA SYNTHESE DES RIBOSOMES
qui s’effectue dans le nucléole.
Qu’est-ce-que le nucléole ?
Le nucléole est un corps visible dans le noyau, dans sa partie excentrée, il est généralement entouré de chromatine auxquelles il est associé.
Au microscope électronique on observe 3 composants :
*Le composant granulaire (G.C. ou pars granulosa) qui est composé de matériel dense et granuleux qu’on apparente souvent à des cordons qui se réunisse en réseaux.
*De centres fibrillaires(F.C) qui sont des zones arrondies et pâles situés à l intérieur du nucléole.
*De collerettes dense fibrilllaires(ou pars fibrosa) qui sont constitués de fins filaments entourants les centres fibrillaires.
Quels sont les fonctions du nucléole ?
D’une part le nucléole synthétise des ARNr et d’autre part ces ARNr forment à l’aide de protéines les 2 sous-unités des ribosomes.
Comment fonctionne le nucléole ?
Dans les centres fibrillaires, certains chromosomes (13, 14, 15,21 et 22) ont des boucles qui se retrouvent pour former les N.O.R. (nucleolar organizing region ou organisateurs nucléolaires).
Ces boucles d’A.D.N. possèdent des gènes qui codent les ARNr.
Ces gènes existent en copies multiples (200 copies) disposés en tandem sur un brin d’ADN qu’on nomme gène ribosomial et espacés par des espaces intergéniques.
Ils subissent une transcription.
De part sa structure en tandem, la transcription est dite en tandem ou en configuration d’arbre de noël : Le tronc de l’arbre est le gène ribosomial, les branches sont des ARN ribosomiques(les 1ers transcrits sont de courte taille puis augmente de taille lorsque l’on progresse sur le gène ribosomial), les grains raccordant les branches au tronc sont des ARN polymérases I et les boules à chaque extrémités des ARNr, des protéines ribosomales.
Après la transcription les molécules d’ARN vont vers les collerettes denses fibrillaires où elles sont traitées. Le précurseur 45S (précédemment codé par les gènes d’ARN et transcrit dans le NOR) s’agglutine avec des protéines provenant du cytoplasme.
Le complexe obtenu donne une grosse particule ribonucléoprotéique : la ribonucléoprotéine.
Cette dernière va migrer vers le composant granulaire où seront synthétisées les 2 dernières sous-unités des ribosomes.
Qu’est-ce qu’un ribosome ?
Un ribosome est un agrégat moléculaire (particules RNP) de grande taille (30nm). Il possède 2 sous-unités : une petite de 40S et une grande de 60S. Paradoxalement le ribosome lui est de 80S.
S= unité de Suedberg,
il a été fixé en fonction du coefficient de sédimentation
1S=10^ (-13) cg/s
Comment s’effectue la synthèse des sous-unités des ribosomes ?
Un gène nucléaire de 5S transcrit dans le noyau mais pas dans le nucléole vient s’insérer dans la grosse particule ribonucleoprotéique qui parvient à maturation.
Suite à ce processus les sous-unités se séparent :
*La petite sous-unité se développe en nouveau complexe protéique(NPC) constitué d’un ARNr de 18S et de 33 protéines, elle migre vers le cytosol cela dure environ 30minutes.
*La grande sous-unité donne un NPC constitué de 3 ARNr de 28S et 50 protéines, elle migre également vers le cytosol, tout ceci dure environ 60 minutes.
Après être formés et parvenus au cytoplasme, les ribosomes assureront leur fonction qui sera importante pour la synthèse des protéines.
Mots clés :
• Agrégat moléculaire
• ARNr
• Centre fibrillaire
• Gène nucléaire
• Gène ribosomial
• N.O.R.
• N.P.C.
• Nucléole
• Ribosome
• Sous-unités
• Transcription en tandem
Quelques références bibliographiques pour plus de détail :
• “Bloom&Fawcett” HISTOLOGIE l’essentiel de Don W. Fawcett&Ronald P. Jensh
• BIOLOGIE CELLULAIRE de Claude-Louis Gallien
La traduction
1- Le code génétique
La séquence nucléotidique de l’ARNm qui vient d’arriver va être décodé et traduite dans le ribosome libre du cytosol en une séquence d’acide aminé.
Un acide aminé correspond à trois nucléotides formant un codon ou triplet.
L’ARNm code à partir de quatre nucléotides : C U A G
Il existe 64 combinaisons possibles de triplets alors qu’il n’y a que 20 acides aminés.
Comment cela est-il possible ?
Si l’on s’en tient à ce que l’on vient de dire, il y aurait 44 combinaisons « en trop », 44 types de triplets qui ne correspondraient à aucun acides aminés, dans le cas où 20 acides aminés seulement doivent être synthétisés. En faite, tous les triplets sont utilisés. Certains d’entre eux correspondent à des signaux de ponctuation dans la synthèse d’une chaîne polypeptidique, par conséquent on dit que le code génétique est dégénéré,
En fait, le même acide aminé peut être codé par plusieurs codons, on distingue trois combinaisons dites STOP.
2- Le cadre de lecture ouvert
Une séquence d’ARNm peut théoriquement coder trois protéines différentes.
Mais laquelle est la bonne ?
Le cadre de lecture commence par un AUG car toutes les protéines commencent par la méthionine
Ex :
CH3-GAUCGCCAUCGGCC AUGCCCAUCUGCCCAC
Cadre de lecture
Le ribosome remonte le brin d’ARNm jusqu’à rencontrer un triplet AUG
3- Les ARNt
Ils comportent 70 à 90 nucléotides ; se sont des petits ARN ayant une structure dite en trèfle. L’ARNt est un adaptateur, son 3’OH se termine par la séquence CCA 3’ qui se lie sur l’extrémité C-terminale de l’acide aminé.
L’extrémité opposée du trèfle possède l’anticodon, et la séquence complémentaire du codon (de l’ARNm) qui code l’acide aminé transporté par cet ARNt.
L’amino-acyl ARNt synthétases est l’enzyme qui catalyse le transfert du bon acide aminé sur le bon ARNt. Il y a donc une correspondance entre acide aminé et anticodon.
Chaque cellule doit avoir au moins 20 types différents d’enzymes d’activations et d’ARNt, en effet il faut une enzyme spécifique ainsi qu’un ARNt pour chaque acides aminés.
Cette correspondance a pour conséquence la fiabilité de ces enzymes ainsi l’expansion du génome.
4- les ribosomes
Ils sont constitués de deux sous unités (SU) :
- La Grosse SU 60S
-La Petite SU 40S
L'ensemble forment une unité de 80S.
La grosse sous unité est constituée d’ARNr 28 S, 5,8 S, 5 S et de 45 protéines environ
La petite sous unité est constituée d’un ARNr 18 S et de 33 protéines environ.
Ils comportent quatre sites de liaison pour l’ARN :
- un site pour l’ARNm (petite SU)
- les trois autres pour l’ARNt (grosse SU)
site A : amino-acyl ARNt (arrivée)
site P : peptidyl ARNt (protéine)
site E : Exit ARNt
Mécanisme moléculaire de la traduction
5- l’initiation
Des facteurs d’initiations « initiation factor » eIF vont assister le ribosome dans la mise en place du messager.
L’extrémité 5’ de la chaîne d’ARNm se fixe à une petite sous unité ribosomiale grâce aux eIF.
-Dans le cytoplasme, un acide aminé méthionine s’attache à son ARNt (ARNti MET)
-le facteur eIF2 se lie à du GTP, accroche l’ARNtiMET sur la petite sous unité au même site P.
On distingue trois types de eIF4, les eIF4 F, les eIF4 E et les eIF4 A.
Les eIF4 permettent l’hydrolyse de l’ATP afin de faire avancer le complexe vers l’extrémité fixent 42 S sur le messager.
- un troisième facteur d’initiation, eIF3, vient s’ajouter au complexe et va reconnaître l’AUG.
Quand tout est en place sur AUG, l’hydrolyse du GTP du eIF2 provoque la libération des facteurs d’initiation ainsi que la fixation de la grosse sous unité 60 S.
6- L’élongation
On distingue trois facteurs d’élongation « EF », « EF1 » et « EF2 »
Première phase de l’élongation :
Le complexe amino-acyl/ARNt entrant arrive au site A pour apparier son anticodon sur le codon suivant de l’ARNm.
L’ARNt entrant pénètre dans le site A avec un facteur EF1 lui-même lié à du GTP.
Le GTP facilite l’association du codon et de l’anticodon mais il empêche la formation de a liaison peptidique. On peut dire que EF1 assure le contrôle qualité.
Lorsque le bon anticodon rencontre le bon codon, il y aura une interaction qui va provoquer l’hydrolyse du GTP.
Deuxième phase de l’élongation :
Sous l’action d’une enzyme, la peptidyltransférase, étroitement liée au ribosome, l’ARNt précédent est libérée de son acide aminé et quitte le site P. cette réaction libère l’énergie suffisante à l’établissement d’une liaison peptidique entre l’acide aminé et la suivant.
Le ribosome avance ensuite de trois bases par rapport au messager en direction 5’ vers 3’, l’ARNt se trouvant au site A passe alors au site P.
L’extrémité C-terminal, riche en enzyme, du dernier acide aminé lié au site P forme une liaison peptidique CO-NH. La protéine naissante se retrouve transitoirement au niveau du site A. cela entraîne l’apparition du deuxième facteur d’élongation EF2+ GTP, il y a ensuite hydrolyse du GTP. Cette hydrolyse provoque la translocation du ribosome de 3nucléotides en 3’. La protéine se retrouve ainsi au site P et libère le site A.
7- la terminaison
La synthèse de protéine s'effectue jusqu'à ce que le ribosome rencontre un codon stop, UAA, UAG ou UGA, qui est lié à une protéine appelée facteur de terminaison de l'élongation (eTF), elle-même associée au GTP. Aucun autre acide aminé ne peut plus être ajouté, et la traduction est terminée par l'hydrolyse de la liaison du dernier acide aminé avec son ARNt , formant ainsi l'extrémité carboxy terminale de la protéine. La chaîne protéique alors complète est libérée et les deux sous unités du ribosome se dissocient libérant ainsi l'ARNm.
La séquence nucléotidique de l’ARNm qui vient d’arriver va être décodé et traduite dans le ribosome libre du cytosol en une séquence d’acide aminé.
Un acide aminé correspond à trois nucléotides formant un codon ou triplet.
L’ARNm code à partir de quatre nucléotides : C U A G
Il existe 64 combinaisons possibles de triplets alors qu’il n’y a que 20 acides aminés.
Comment cela est-il possible ?
Si l’on s’en tient à ce que l’on vient de dire, il y aurait 44 combinaisons « en trop », 44 types de triplets qui ne correspondraient à aucun acides aminés, dans le cas où 20 acides aminés seulement doivent être synthétisés. En faite, tous les triplets sont utilisés. Certains d’entre eux correspondent à des signaux de ponctuation dans la synthèse d’une chaîne polypeptidique, par conséquent on dit que le code génétique est dégénéré,
En fait, le même acide aminé peut être codé par plusieurs codons, on distingue trois combinaisons dites STOP.
2- Le cadre de lecture ouvert
Une séquence d’ARNm peut théoriquement coder trois protéines différentes.
Mais laquelle est la bonne ?
Le cadre de lecture commence par un AUG car toutes les protéines commencent par la méthionine
Ex :
CH3-GAUCGCCAUCGGCC AUGCCCAUCUGCCCAC
Cadre de lecture
Le ribosome remonte le brin d’ARNm jusqu’à rencontrer un triplet AUG
3- Les ARNt
Ils comportent 70 à 90 nucléotides ; se sont des petits ARN ayant une structure dite en trèfle. L’ARNt est un adaptateur, son 3’OH se termine par la séquence CCA 3’ qui se lie sur l’extrémité C-terminale de l’acide aminé.
L’extrémité opposée du trèfle possède l’anticodon, et la séquence complémentaire du codon (de l’ARNm) qui code l’acide aminé transporté par cet ARNt.
L’amino-acyl ARNt synthétases est l’enzyme qui catalyse le transfert du bon acide aminé sur le bon ARNt. Il y a donc une correspondance entre acide aminé et anticodon.
Chaque cellule doit avoir au moins 20 types différents d’enzymes d’activations et d’ARNt, en effet il faut une enzyme spécifique ainsi qu’un ARNt pour chaque acides aminés.
Cette correspondance a pour conséquence la fiabilité de ces enzymes ainsi l’expansion du génome.
4- les ribosomes
Ils sont constitués de deux sous unités (SU) :
- La Grosse SU 60S
-La Petite SU 40S
L'ensemble forment une unité de 80S.
La grosse sous unité est constituée d’ARNr 28 S, 5,8 S, 5 S et de 45 protéines environ
La petite sous unité est constituée d’un ARNr 18 S et de 33 protéines environ.
Ils comportent quatre sites de liaison pour l’ARN :
- un site pour l’ARNm (petite SU)
- les trois autres pour l’ARNt (grosse SU)
site A : amino-acyl ARNt (arrivée)
site P : peptidyl ARNt (protéine)
site E : Exit ARNt
Mécanisme moléculaire de la traduction5- l’initiation
Des facteurs d’initiations « initiation factor » eIF vont assister le ribosome dans la mise en place du messager.
L’extrémité 5’ de la chaîne d’ARNm se fixe à une petite sous unité ribosomiale grâce aux eIF.
-Dans le cytoplasme, un acide aminé méthionine s’attache à son ARNt (ARNti MET)
-le facteur eIF2 se lie à du GTP, accroche l’ARNtiMET sur la petite sous unité au même site P.
-le facteur eIF4 vient s’associer au complexe et va rencontrer le CAP en 5’ d’un messager.
On distingue trois types de eIF4, les eIF4 F, les eIF4 E et les eIF4 A.
Les eIF4 permettent l’hydrolyse de l’ATP afin de faire avancer le complexe vers l’extrémité fixent 42 S sur le messager.
- un troisième facteur d’initiation, eIF3, vient s’ajouter au complexe et va reconnaître l’AUG.
Quand tout est en place sur AUG, l’hydrolyse du GTP du eIF2 provoque la libération des facteurs d’initiation ainsi que la fixation de la grosse sous unité 60 S.
6- L’élongation
On distingue trois facteurs d’élongation « EF », « EF1 » et « EF2 »
Première phase de l’élongation :
Le complexe amino-acyl/ARNt entrant arrive au site A pour apparier son anticodon sur le codon suivant de l’ARNm.
L’ARNt entrant pénètre dans le site A avec un facteur EF1 lui-même lié à du GTP.
Le GTP facilite l’association du codon et de l’anticodon mais il empêche la formation de a liaison peptidique. On peut dire que EF1 assure le contrôle qualité.
Lorsque le bon anticodon rencontre le bon codon, il y aura une interaction qui va provoquer l’hydrolyse du GTP.
Deuxième phase de l’élongation :
Sous l’action d’une enzyme, la peptidyltransférase, étroitement liée au ribosome, l’ARNt précédent est libérée de son acide aminé et quitte le site P. cette réaction libère l’énergie suffisante à l’établissement d’une liaison peptidique entre l’acide aminé et la suivant.
Le ribosome avance ensuite de trois bases par rapport au messager en direction 5’ vers 3’, l’ARNt se trouvant au site A passe alors au site P.
L’extrémité C-terminal, riche en enzyme, du dernier acide aminé lié au site P forme une liaison peptidique CO-NH. La protéine naissante se retrouve transitoirement au niveau du site A. cela entraîne l’apparition du deuxième facteur d’élongation EF2+ GTP, il y a ensuite hydrolyse du GTP. Cette hydrolyse provoque la translocation du ribosome de 3nucléotides en 3’. La protéine se retrouve ainsi au site P et libère le site A.
7- la terminaison
La synthèse de protéine s'effectue jusqu'à ce que le ribosome rencontre un codon stop, UAA, UAG ou UGA, qui est lié à une protéine appelée facteur de terminaison de l'élongation (eTF), elle-même associée au GTP. Aucun autre acide aminé ne peut plus être ajouté, et la traduction est terminée par l'hydrolyse de la liaison du dernier acide aminé avec son ARNt , formant ainsi l'extrémité carboxy terminale de la protéine. La chaîne protéique alors complète est libérée et les deux sous unités du ribosome se dissocient libérant ainsi l'ARNm.
http://fr.youtube.com/watch?v=NJxobgkPEAo&feature=related
source:
cours de Mr GUERLOTTE
http://fr.youtube.com/watch?v=NJxobgkPEAo&feature=related
internet
Conclusion
Les différents mécanismes moléculaire de l’expression génétique permettent ainsi de déterminer la structure de l’ADN. La réplication est donc le processus au cour duquel l’ADN est synthétisé grâce à l’ADN polymérase. Ce mécanisme permet a L’ADN de se reproduire. Quant a la transcription, elle consiste a copier des régions dites codantes de l’ADN en molécule D’ARN. De plus la traduction est l’interprétation des codons de l’ARN messager (ARNm) en acides aminés.
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