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CM Hartke LA TRADUCTION

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Traduction = passage de l'ARNm en rpotéine , a près trasncritpion puis maturation de l'ARNm dans le noyau, la traduction a lieu dans le cytoplasme

I- Code génétique

◦ Le code génétique est dégénéré (redondant): différents triplets codent pour le même AA (ex : 4 codons codent pour Arg) ◦ Le code génétique est universel

◦ 1 codon (3nt) = 1 acide aminé ◦ Le code génétique contient 61 codons , codent pour des AA + 3 codons stop → 64 codons en tout ◦ Le codon d'initiation est en général AUG ◦ Le code génétique est non-chevauchant. Les nucléotides d’un codon ne participe qu’au code d’un seul acide aminé, ainsi le prochain acide-aminé sera codé par le prochain codon présent sur l’ARNm. On parle du cadre de lecture (ou reading frame) II- Les acteurs de la traduction •

Les acteurs de la traduction sont : l' ARNm , les ARNt, les ribosomes , les acides aminés , les aminoacetyl ARNt synthétase , le Mg2+ , le GTP et l'ATP

➔ Les ARN de transfert : ◦ L'ARNt est une molécule adaptatrice entre l'ARNm et els acides aminés : ◦ On y trouve 2 régions indispensables : → Région de l'anticodon

→ Région 3' qui est rajouté après, et où se fixe l'acide aminé en fonction de la séquence de l'anticodon

➔ Structure : ◦ La structure primaire des ARNt prend la forme d’une feuille de trèfle à 3 feuilles ◦ Il existe entre 30 à 40 types ARNt différents chez les bactéries. ◦ La longueur est variableentre 74 à 95 nucléotides due aux différences de la structure de deux boucles: → la boucle D peut varier jusqu’à 4 résidus; la boucle variable entre 3 à 21 résidus. Chez environ 75% des ARNt, cette boucle contient entre 3 à 5 nucléotides. ◦ Le nombre des appariements est pratiquement invariable: 7 dans la tige accepteur, 5 dans la tige TᴪC, 5 dans la tige anticodon et 3-4 dans la tige D. ◦ Les ARNt possèdent également un bras de l’acide aminé qui le fixe en 3’ (CCA) sur le ribose, il s’agit d’une liaison covalente : liaison ester riche en énergie. Les acides aminés ne vont ainsi par arriver libre sur le ribosome mais associés à leurs ARNt respectifs. On trouve 40 à 60 ARNt différents par cellule, il existe donc plusieurs ARNt différents pour un acide aminé, on les appelle ARNt iso-accepteurs. ◦ Un arn de transfert chargé avec unacide aminé : aminoacyl arn de transfert ◦ Séquence anti codon va lire les condons sur l'arn messager ◦ Structure tertiaire (tridimensionnelle en forme de L à l'nevers)

➔ Appariement codon-anticodon et appariement bancal ◦ Tout d'abord, appariment netre codon et antidon = appariement aintparallèle : position 1 de l'anticodon s'hybride avec la position 3 du codon ◦ En théorie donc il devrai exister autant de ARNt que de codons codants! Problème: Il existe entre 30 à 40 types ARNt différents chez les bactéries mais 61 codons codants! Concept de l’appariement bancal:

→ Modification de l'adénosine en inosine dans la région de l'anticodon qui pemret des appariements particuliers : I peut s'apparier avec U , C, et A ◦ → Cette flexibilité entre l'appariement des bases entre position 3 du codon et 1 de l'anticodon = le wooble

➔ Aminoacylation : ◦ Les aminoacyl-ARNt synthétases activent les AA en les chargeant sur des ARNt ◦ Ces enzymes possèdent 3 sites de fixation : → 1 pour l'AA , 1 pour l'ATP et 1 pour l'ARNt ◦ Il existe 20 aminoacyl-ARNt-synthétases différentes, Une pour chaque AA ◦ L'anoacylation se fait en 2 étapes : → Tout d’abord, l’AA est activé par l’ATP: AA + ATP → Aminoacyl-AMP + Ppi enzyme catalyse réaction entre AA et groupe phosphate alpha de l'atp → L’ARNt rentre dans le complexe et l’AA est transférée sur l’ARNt avec départ d’AMP : Aminoacyl-AMP + ARNt → ARNt-aminoacyl + AMP enzyme catalyse le trasnfert , clive liaison riche en energie entre AMP et acide aminé ◦ La moitié de ces enzymes accrochent à l'extrémité 3' OH (classe 2 ) et l'autre moitié à l'extrémité 2' OH (classe 1), par une liaison ester

➔ Les Ribosomes ◦ Les ribosomes sont des particules ribo-protéiques : composés de protéines et d'ARN ◦ Il y a selon la vitesse de croissance entre 20000 et 70000 ribosomes/cellules d'E.coli , ce qui équivaut environ à ¼ de la masse cellulaire ➔ Composition des ribosomes procaryotes ◦ Le ribosome procaryote 70S (eucaryote : 80S) est constitué de 2 sous unités → Une petite sous unité 30S , constituée d'un ARNr 16S (1541nt)et 21 protéines → Une grande sous unité 50S, constituée des ARNr 23S (2904nt) et 5S (120nt) ainsi que de 32 protéines . ◦ L'ARNr 16S à un rôle essentiel lors de l'initiation de la traduction

◦ Le ribosome bactérien comporte 3 sites spécifiques : → Site A (site acide aminé ou accepteur) : fixation des aminoacyl → Site P (pour peptidyl) fixation des f-Met → Site E (site exit) sortie de l'ARNt

➔ Différence entre aminoacyl-ARNt et un peptidyl-ARNt ◦ Un aminoacyl-arnt porte un acide aminé ◦ Ce sont des molécules qui sont synthétiséespar les aminoacyl-synthétases ◦ Un peptidyl-ARNt porte un polypeptide , donc plusieurs acides aminés ◦ Ce sont des intermediaires crées dans les ribosomes lors de la traduction

III- Les étapes de la traduction 1) Initiation •

Le ribosome (une partie située dans l'ARN 16s de la pSU) reconnaît le codon d'initiation : → Il utilise des signaux d'adressage en amont entre -8 et -13 du codon initiateur (AUG) : correspond à la séquence de Shine Dalgarno ou RBS ( AGGAGG) → il ya appariement antiparallèle de bases entre l'ARNm et la petite sous unité 30S du ribosome : séquence RBS de l'ARNm complémentaire de la séquence de l'ARNr 16S

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L'ARNt qui intervient lors de l'initiation n'est pas le même que celui des autres methionine au cours de la traduction, il est chargé d'une méthionine formylé. → En effet les bactéries nécessitent un acide-aminé particulier pour l'initiation : la méthionine , nécessite une formylation sur l'extrémité NH2 pour former la f-met → Un ARNt particulier chargé avec une méthionine modifiée se lie durectement à la petite sous-unité procaryote → La particularité de cetARNt lui permet d'être placé direct dans le site P et non dans le site A

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L'initiation est permise grâce à la présence de facteurs d'initation :

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Rôle des facteurs d'initiation IF1, IF2, et IF3 : → IF1 se fixe au niveau du site A de la petite sous unié du ribosome , interdisant ainsi son accès à l'ARNt de démarrage et contribuant au positionnement correct au site P → IF2 se fixe à IF1, il reconnaît spécifiquement la fmet -ARNt et facilite son association avec la petite sous-unité, catalyse la fixation de la fmet-ARNt sur le codon d'initiation . IF2 est activé par un GTP → IF3 se lie à la petite sous-unité 30S et l'empêche de s'associer avec la grande sous-unité 50S → Le complexe entre ARNm, la PSU et les facteurs d'initiation ainsi que la fmet_ARNt correspond au complexe d'initiation 30S → Puis , une fois fixée la fmet-ARNt provoque la libération de IF3, la grosse sous unité vient recouvrir le complexe → Le GTP du IF2 est placé dans le domaine du ribosome qui stimule son hydrolyse en GDP + Pi . L'énergie libérée décroche le IF2 (donc IF1 aussi). Ce complxe entre le messager, le ribosome (PSU + GSU) et le fmet-ARNt s'appelle le complexe d'initation 70S

2) Elongation ◦ Synthèse protéique par ajout d'acides aminés à l'extrémité C-terminale de la chaîne polypeptidique niassante ◦ La lecture de l'ARNm se fait du sens 5' → 3' ◦ L' élongation est permise grâce à la présence de facteurs d'élongation : EF-tu , EF-ts (aide EF-tu à se recharger ) et EF-G ◦ Pour chaque laiison peptidique formée , on peut caractériser 3 étapes : ➔ Réaction de couplage ◦ Correspond au transfert de l'AA complexé à l'ARNt (= AA-ARNt) sur la chaîne protéique en voie d'élongation , dont l'anticodon est complémentaire du codon de l'ARNm exposé dans le site A . ◦ Ceci place 2 AA côte à côte , la fmet et l'AA (thr) fixé sur l'ARNt au niveau du site A ◦ C'est l'extrémité C-term du 1er acide aminé qui permettra la formation de la liaison peptidique avec la fonction amine du 2nd acide aminé

◦ Au niveau du site A , arrivée du nouvel ARNt qui va être associé à un facteur d'élongation : Eftu -GTP, qui se fixe au niveau de la tige accpeptrice de l'AA-ARNt (la fmet-ARNt étant dans le site P) : EF-tu vérifie que l'ARNt correspond bien , c'est à dire , que son anticodon est bien complémentaire à la séquence du codon de l'ARNm, il permet à l'ARNt de se fixer sur le site A du ribosome ◦ Une fois réalisé , le GTP est situé dans un domaine du ribosome qui stimule son hydrolyse ne GDP+Pi → Cette hydrolyse a lieu uniquement si l'anticodon est bien complémentaire au codon présent dans le site A du ribosome → Dans le cas contraire , le GTP ne se retrouve pas dans le domaine qui stimule son hydrolyse et ces AA-ARNt non complémentaires au codon sont expulsés du ribosome. (Mécanisme pour éviter les erreurs de lecture) ➔ Fomration de la liaison peptidique + libération du 1er ARNt : ◦ La liaison riche en énergie qui lie le 1er ARNt avec la F-met-ARNt se rompt , amenant l'énergie pour permettre la formation de la liaison peptidique (possible car la fonction COOH était jusqu'alors engagée dans la liaison à l'ARNt ◦ Après hydrolyse du GTP, EF-tu se détache de l'AA-ARNt et quitte le ribosome : entraîne un changement de conformation de l'AA-ARNt qui place l'AA proche de la dernière AA de la peptidylARNt présent dans le site P. Les 2 AA sont placés ainsi dans le cenrte de catalyse pour la formation de la liaison peptidique. ◦ Réactin catalysée par l'ARN 23S (dans la Grande sous unité) ◦ L'ARNt présent dans le site P est donc déchargé et l'ARN dans le site A porte le dipeptide (gmet et thr dans l'exemple) c'est donc un peptidylARNt

➔ Translocation : ◦ Le ribosome se déplace d'un codon dans la direction 5' → 3' ◦ Cette étape nécessite l'intervention d'un 2e facteur d'élongation : EF-G-GTP, qui se fixe sur le peptidyl-ARNt ◦ EF-G est une GTPase qui provoque le trasnfert de l'ARNt du site A vers le site P , ainsi que celui du site P vers le site E (glissement de l'ARNm) ◦ C'est l'hydrolyse du GTP en GDP + pi qui induit un changement de conformation de EF-G qui va alors transloqué le peptidyl-ARNt du site A vers le site P et l'autre ARNt non chargé dans le site E : cet ARNt quitte ensuite le ribosome et sera ensuite trasnformé en AA-ARNt par son AA-ARNt-synthétase Sensibilité aux antibiotiques : ◦ Tétracycline : bloque l'entrée des aminoacyl-ARNt (étape 1) ◦ Kirromycine : bloque la libération de EF-Tu-GDP ◦ Erythrommycine : bloque le tunnel de sortie du polypeptide ◦ Chloramphenicol : bloque la réaction de formation de la liaison peptidique ◦ L'acide fusidique bloque la libération de EF-G-GDP ➔ Après l’hydrolyse du GTP en GDP et Pi, les cofacteurs EF-Tu-GDP et EF-G-GDP doivent être

recyclé en leur forme GTP. ➔ Le GDP du EF-G quitte spontanément le cofacteur et est remplacé par un GTP. C’est différent pour le EF-Tu-GDP qui nécessite l’intervention d’un troisième facteur d’élongation, le facteur EF-Ts (voir schéma diapo 22 à droite). ➔ EF-Ts a une grande affinité pour se fixé sur le EF-tu-GDP. Sa fixation libère le GDP. ➔ Ensuite, un GTP se fixe sur EF-Tu ce qui libère le EF-Ts. Le EF-Tu-GTP est prêt pour se fixer sur un AA-ARNt et l’escorté vers le site A du ribosome. Le processus d’élongation continu jusqu’à ce que le ribosome arrive a un codon stop. 3) Terminaison : • •

La libération du polypeptide est catalysée par 2 facteurs de terminaison Les facteurs de terminaisons de classe I : RF1 et RF2 → Ils reconnaissent le codon stop et stimulent la libération du polypeptide grâce au motif GGQ situé près du centre peptidyltrasnférase

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RF1 reconnaît le codon stop UAG RF2 reconnaît le codon stop UGA Les 2 reconnaissent le codon stop UAA

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Si un codon stop est présent dans le site A du ribosome, un facteur de classe 1 (dans l’exemple c’est le RF1) se fixe sur le codon stop. Les deux facteurs de classe 1 possède un domaine très conservé, le domaine GGQ (présence de trois AA : glycine (G)glycine(G)- glutamine(Q)). Ce domaine est impliqué dans la libération du polypeptide et est situé dans le centre de catalyse de la formation de la liaison peptidique et proche de la dernière AA du polypeptide. Le résultat est que la liaison entre le polypeptide et l’ARNt situé dans le site P sera hydrolysé ce qui libère le polypeptide.

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ATTENTION, contrairement aux facteurs IF2, EF-Tu et EF-G qui ont uniquement une activité si complexé avec un GTP, le RF de classe 2 (RF3) complexé avec GDP a un rôle dans le processus de la traduction. En effet, le RF3-GDP, après libération du polypeptide, se fixe sur le RF de classe 1 (dans l’exemple RF1) ce qui provoque sa libération. Le départ du facteur de classe 1 entraine un repositionnement du RF3-GDP. Ceci entraine un changement de cofacteur :le GDP est remplacé par un GTP pour formé le RF3-GTP. Le GTP est situé au niveau du domaine du ribosome qui stimule son hydrolyse en GDP + Pi. Cette hydrolyse provoque la libération du RF3-GDP.

• La dernière étape de la terminaison de la traduction est la libération des deux ARNt non-chargé encore présent dans les sites P et E, la libération du transcrit et la dissociation des deux sous-unités du ribosome. • La libération des deux ARNt et du messager nécessite l’intervention d’un facteur de recyclage appelé RRF. RRF se fixe dans le site A du ribosome et ensuite recrute le EFG-GTP. Le GTP est hydrolysé en GDP + Pi ce qui pousse le RRF dans le site P du ribosome. • Ceci libère les deux ARNt, le messager, le EF-GGDP et le RRF. Le IF3 se fixe ensuite sur la PSU du ribosome qui est à nouveau prêt pour initier une traduction d’un messager....