13 - Réplication, Transcription, Traduction PDF

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octobre 2012 Créteil Biohimie

Fiche n° 13 : Réplication / Transcription / Traduction Les ADN polymérases ADN polymérases bactériennes ADN pol I ADN pol II ADN pol III

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Première polymérase identifiée Ce n’est pas l’enzyme réplicative 90 kD Elle est probablement impliquée dans la répara tion de l’ADN C’est l’enzyme réplicative Dimère de 900 kD (10 protéines) La core enzyme (structure minimale) comprend : - 1 SU polymérase - 1 SU exonucléase 3’5’ - 1 SU de fonction inconnue

ADN polymérases eucaryotes ADN pol 

- Elle comporte 4 - 1 SU de - 1 SU de - 1 SU de - Elle ne possède

SU : 180 kD : ADN pol 60 kD et 1 SU de 50 kD : Primase 72 kD : fonction inconnue pas d’activité exonucléase 3’5’

ADN pol 

- 40 kD. - Réparation par excision des bases incorrectes incorporées

ADN pol 

- Activités ADN polymérase et exonucléase - Réplication de l’ADN mitochondrial

ADN pol 

- Elle comporte 2 SU : - 1 SU de 125 kD : ADN pol - 1 SU : exonucléase

ADN pol 

- Enzyme multimérique - 1 SU catalytique de 258 kD : ADN polymérase et exonucléase

Ces formes assurent la réplication de l’ADN nucléaire. - Vitesse de la réplication : 1000 nucléotides/sec. - Terminaison : Chez les bactéries, des facteurs spécifiques (Tus) reconnaissent des séquences de terminaison (Ter) et arrêtent la réplication. Taux d’erreur de l’ADN polymérase : 1 erreur pour 104 bases Taux d’erreur de l’ADN polymérase après exonucléase : 1 erreur pour 107 bases Taux global d’erreurs de : 1 erreur pour 109 bases ---------------------------------------------------------------------------------------------EX.CO.SUP SANTE Etablissement Privé de Préparation aux Concours de PAES 12 rue Hautefeuille - 75006 - PARIS Tél.: 01 46 34 06 33 - www.excosup.fr

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Les protéines de la réplication Hélicase

Déroule l’ADN Stimule l’ouverture de la double hélice Stimule la synthèse de l’amorce

ADN pol /primase

Synthétise l’amorce ARN/ADN

ADN pol  / 

Allonge l’ADN(activité polymérase) Corrige l’ADN (activité exonucléase 3’5’)

RNAse H1

Supprime les amorces d’ARN (nucléase)

ADN pol

Remplit les lacunes laissées par RNAse H1

ADN ligase

Attache ensemble les brins d’ADN synthétisés

RPA/SSB

Se fixe sur l’ADN simple brin Active les ADN polymérases Facilite la fixation de l’hélicase

Topoisomérase

Maintient l’enroulement des chaînes

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Les ARN polymérases ARN polymérase bactérienne - Il y a une seule ARN pol procaryote de PM 450 kD. - Elle contient 4 SU différentes : - Chaîne  (40 kD) - Chaîne  (150 kD) - Chaîne ’ (155 kD) - Facteur  (70 kD), indispensable pour l’initiation. - Structure : 2 ’. - Structure minimum assurant l’élongation : 2’.

ADN polymérases eucaryotes ARN pol I

Transcription de la plupart des ARNr (5,8S, 18S et 28S)

ARN pol II

Transcription des ARNm

ARN pol III

Transcription des ARNt, des ARNr 5S et des microARN

Initiation de la transcription Chez les procaryotes : 1) L’ARN pol se fixe sur l’ADN de façon non spécifique 2) L’ARN pol avance le long de l’ADN 3) L’ARN pol s’arrête au niveau d’un promoteur 4) L’ADN s’ouvre et la synthèse d’ADN débute 5) La SU  est libérée et la transcription commence Chez les eucaryotes : 1) Formation du CIP où l’ARN pol II est sous forme non phosphorylée 2) La transcription démarre quand l’ARN polymérase est phosphorylée

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Traduction I. Définitions et caractéristiques Traduction : Synthèse, à partir d'un ARNm, d'une protéine. C'est un assemblage, sous forme d'une structure primaire, d'acides aminés déterminés par l'information contenue dans les codons de l'ARNm. Seuls les ARNm codent des protéines.  ARNm = info sous forme "langage nucléotidique"  protéine = info sous forme "langage acide aminé". Où l'info se trouve-t-elle dans les Acides nucléiques ?  bases : séquences nucléotidiques de l'ARNm.  ARNm = 4 bases différentes  protéines : 20 acides aminés différents  Correspondance entre bases et acide aminé : association de 3 bases (codon) = 1 acide aminé Caractéristiques du code génétique : 

Universel : Il est identique dans tous les organismes (animal, végétal, bactérie, virus) sauf à de très rares exception près.



Dégénéré : 64 codons dont 3 codons "stop " (non traduits en acides aminés) UAA, UAG, UGA = signaux de fin de lecture et 61 codons codant pour 20 acides aminés  plusieurs codons codent pour le même acide aminé. Seuls 2 acides aminés, Methionine (Met) et Tryptophane (Trp), ne sont codés que par un seul codon chacun. Les 18 autres acides aminés sont codés par 2 ou plusieurs codons : ces codons différent essentiellement par leur 3ième nucléotide.

Théorie de la base flottante (wobble) : En principe, chaque codon d'un ARNm devrait s'apparier avec l'anticodon complémentaire d'un ARNt. Attendu : nombre d'ARNt (anticodons) = nombre de codons... En pratique chez l'Homme il y a environ 31 ARNt (anticodon) pour 61 codons : un ARNt donné peut reconnaître plusieurs codons différents codant pour un même acide aminé. Un ARNt donné peut donc s'apparier à un seul codon, ou à plusieurs codon spécifiant le même acide aminé. Mais un ARNt donné ne transportera jamais 2 acides aminés différents. L'ensemble des différents ARNt qui transportent le même acide aminé s'appelle "ARNt isoaccepteurs". 

Non ambiguë : Un codon code un acide aminé



Ponctué : Un codon initiateur universel AUG (=Met) et 3 Codons Stop (UAA, UAG ou UGA)



Non chevauchant : La traduction des codons se fait successivement triplet après triplet



Sans interruption de la phase de lecture : région comprise entre entre le codon initiateur et le codon stop

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nombre d'acides aminés d'une protéine = nombre de codons de la phase de lecture,

o

l'acide aminé à l'extrémité NH2 de la protéine correspond au codon initiateur en 5' de l'ARNm,

o

l'acide aminé à l'extrémité COOH de la protéine correspond au codon qui précède le codon stop en 3' de l'ARNm.

II. Eléments nécessaires à la traduction ARNr 1. 2. 3. 4.

localisés dans le cytoplasme, support de la synthèse protéique une petite sous-unité une grande sous-unité

Les petites sous-unités des ribosomes possédent des sites de fixation :  de la séquence de l'ARNm en cours de décodage  des ARNt qui apportent l'acide aminé à incorporer au peptide en cours de synthèse,  des facteurs protéiques nécessaires à la traduction. Les grandes sous-unités des ribosomes :  Site catalytique qui synthétise la liaison peptidique reliant les acides aminés au sein de la protéine. ARNm Les codons de l'ARNm :  déterminent par leur séquence l'ordre d'enchaînement des acides aminés dans les protéines,  mais ne reconnaissent pas les acides aminés,  ne permettent pas l'assemblage des acides aminés entre eux : la taille d'un acides aminés est très inférieure à celle d'un codon et il ne pourrait pas y avoir établissement d'une liaison peptidique entre les acides aminés sans intermédiaire. Les ARNt joueront le rôle d'intermédiaire. ARNt  structure tridimensionnelle en feuille de trèfle  régions avec appariement des bases, organisées en double hélice,  régions sans appariement, notamment au niveau : o de l'anticodon o de l'extrémité 3', site de fixation de l'acide aminé  Les ARNt apportent les acides aminés : la reconnaissance et la liaison entre l'ARNt et l'acide aminé sont catalysées par l'une des 20 aminoacylARNt synthétases.  double spécificité vis à vis : o de l'acide aminé o de l'ARNt ou d'un groupe d'ARNt isoaccepteurs (différents par leur anticodon),  exactitude de la traduction.

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III. Etapes de la traduction 1.

L’initiation

C’est l’étape limitante de la traduction. Chez les eucaryotes, elle met en jeu :  des facteurs protéiques,"facteurs d'initiation" : eIF (eukaryotic Initiation Factor),  l'ARNt initiateur qui intervient spécifiquement pour le début de la traduction : MetARNt initiateur de la Methionine (ARNtimet) au cours de l'élongation, l'ARNt qui intervient pour l'incorporation de Met au sein de la protéine : Met - ARNtmMet o étape capitale de la traduction, o fixe le cadre de lecture, o dernier point de contrôle pour la mise en jeu ou pas de la traduction d'un ARNm en protéine.

2. L’élongation Le ribosome se déplace alors de codon en codon au niveau de l'ARNm, et associe chaque codon à un ARNt lui correspondant. Il y a fixation, sur le site A, d'un acide aminé - ARNt dont l'anticodon est complémentaire du deuxième codon de l'ARNm. Un cycle d'élongation permet d'accrocher un nouvel acide aminé. Ce nouvel acide aminé est relié au peptide en cours d'élongation grâce à une liaison peptidique => met en jeu des facteurs protéiques, facteurs d'élongation eEF (eukaryotic elongation factor).

3. La terminaison Chez les procaryotes Des facteurs de terminaison se fixent sur le site A au niveau du codon stop et la chaîne peptidique est libérée de l’ARNt . Chez les eucaryotes Le site A du ribosome se positionne sur le codon stop de l'ARNm, les codons stop sont reconnus par des protéines eRF (Eukariotic release factor). Ces facteurs eRF activés par du GTP s'associent au ribosome et clivent la liaison entre le peptide et l'ARNt. L'hydrolyse du GTP permet : la libération de eRF, la dissociation des sous-unités du ribosome, la libération de la protéine, de l'ARNt et de l'ARNm.

Rappel sur les ribosomes eucaryotes : - Particules de 200A sur 220 A. - SU 60S (fixation des ARNt) = ARN 28S + ARN 5,8S + ARN 5S + 49 protéines - SU 40S (fixation de l’ARNm) = ARN 18S + 33 protéines

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