Mécanisme de biosynthèse des protéines
Mécanisme de la biosynthèse des protéines
a- Nature de l’information génétique et gène
Chez les Eucaryotes, le noyau des cellules renferme de l’ADN qui est le support de l’information génétique et qui est identique dans toutes les cellules d’un même organisme.
Les protéines, molécules primordiales de la vie cellulaire, sont l'expression de l'information génétique contenue dans l'ADN.
ü La synthèsede ces polymères d'acides aminés a lieu dans le cytoplasme, au niveau de petits organites: les ribosomes. Elle se réalise lors de l'interphase.
ü Le gène est la plus petite portion d’ADN capable d’induire la synthèse d’une molécule de protéine spécifique, responsable d’un caractère de la cellule de l’individu.L’ensemble des caractères de l’individu est transmis aux descendants.
Comme un individu présente plusieurs caractères, il existe alors plusieurs protéines responsables donc il doit exister nécessairement plusieurs gènes dans chaque cellule de l’individu. Plusieurs gènes sont localisés sur un même chromosome. L’emplacement de chaque gène sur un chromosome s’appelle locus
b- Les différentes étapes de la synthèse de protéine
La synthèse de protéine à partir de l’ADN se fait en 2 étapes :
- la transcription qui se déroule dans le noyau
- la traduction, dans le cytoplasme
- La transcription de l’ADN en ARNmcorrespond à la synthèse d'ARNm à partir d'un seul brin codant ou brin transcrit d'ADN,en présence d'ARN polymérase, par complémentarité des bases.
Les étapes suivantes se succèdent :
- Fixation de l’ARN polymérase sur une séquence d’ADN qui contient le site d’initiation ou promoteur où la synthèse d’ARNm va commencer
- Coupure des liaisons hydrogènes entre les bases complémentaires et ouverture de la double chaîne
- Copie de brin transcrit : fixation des nucléotides d’ARNm à bases complémentaires sur le brin codant formant ainsi une chaîne.
- Arrivée au niveau du signal de terminaison, l’ARN polymérase libère la matrice d’ADN et la chaine d’ARNm.
La molécule d’ARNm formée sort du noyau par les pores nucléaires et va dans le cytoplasme pour être traduite en séquence d’acides aminés à l’origine d’une protéine
La traduction de l’ARNm en protéine correspond à exprimer l'information portée par l'ARNm (séquence nucléotidique) en une séquence d'acides aminés (protéines). C'est la synthèse de protéine qui se déroule dans le hyaloplasme.
Ses principaux acteurs sont :
- un modèle, détenteur de l'information: l'ARNm
- un système de lecture: les ribosomes
- des adaptateurs, les ARNt, qui assurent la correspondance entre acides aminés et ARNm
- le stock cellulaire d'acides aminés
- un fournisseur d'énergie, des systèmes enzymatiques et des facteurs protéiques conditionnant le fonctionnement des ribosomes
La synthèse d'une chaîne polypeptidique comporte trois étapes successives qui sont:
· L'initiationqui consiste à la mise en place
- de la petite sous-unité ribosomiale,
- d'un ARNt porteur d'un premier acide aminé (complexe ARNt-méthionine activée ou ARNtformyl-méthionine activée),
- puis de la grosse sous-unité ribosomiale;
· L'élongation s'effectue par adjonction de nouveaux acides aminés. Cet accrochage successif se fait en 3 temps:
- Association codon-anticodon ;
- Transfert d'énergie permettant la formation d'une liaison peptidique entre 2 acides aminés;
- Translocation (décalage ribosome/ARNm sur une longueur d'un codon, dans le sens 5' -7 3')
· La terminaison apparaît lors de la lecture d'un codon-stop : Elle entraîne la dissociation de l’ARNm -les deux sous-unités ribosomiales - la méthionine (1er acide aminé au bout de la chaîne) - la chaîne polypeptidique constituée, qui acquiert spontanément sa configuration tridimensionnelle (protéine).
La séquence des 20 acides aminés qui peuvent constituer une protéine est programmée dans l'ADN et donc dans sa copie transcrite: l'ARNm. Il existe un système de correspondance entre la séquence des 4 nucléotides (et donc des 4 bases azotées) de l'ADN et la séquence de 20 acides aminés : l'unité de code ou codonest un triplet de bases d’ARNm.
Comme il existe 4 bases d’ARNm différentes pour former un triplet, alors on a 43 combinaisons possibles c'est-à-dire 64 codons. On sait maintenant que la plupart des codons correspondent à un acide aminé précis. Cette correspondance codon-acide aminé constitue le code génétique. Le code génétique est le même chez tous les êtres vivants : Il est universel.
La lecture des codons est non chevauchante : une base n'appartient qu'à un seul codon à la fois.
Le lien entre les acides aminés et les codons est assuré par les ARNt. Chacun d'entre eux reconnaît le codon grâce à un triplet de bases d’ARNt qui forment l'anticodon.
Les 64 codons possibles pour 20 acides aminés, se répartissent en :
- codons synonymes (triplets différents mais codant pour un même acide aminé), le code est redondant;
- codons ponctuations qui indiquent le début et la fin de traduction, le message est ponctué.AUG marque le début du gène : c’est le codon initiateur correspondant à l’acide aminé Méthionine(Met) ; codons non-sens ou codon stopmarquent la fin du gène
- Dans la pratique, on désigne parfois le nom de chaque acide aminé par ses trois premières lettres pour simplifier; exemples Serine = Ser, Leucine=Leu
Remarques
· Toute modification de la séquence de nucléotides de l'ADN peut avoir des répercussions sur la qualité du polypeptide synthétisé: c'est une mutation
· Toutes les activités biologiques à l’intérieur de la cellule nécessitent de l’énergie ; celle-ci est fournie par l’hydrolyse d’ATP produit par les mitochondries responsables de la respiration cellulaire.
· Les protéines synthétisées dans une cellule sont :
soit utilisée dans cette même cellule
soit exportée hors de la cellule par exocytose