Synthèse des protéines

La synthèse des protéines est l'acte par lequel une cellule assemble une chaîne protéique en combinant des acides aminés isolés présents dans son cytoplasme, guidé par l'information contenue dans l'ADN.


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Synthèse chimique - Réaction chimique - Chimie générale - Expression génétique - Génétique - Physiologie cellulaire - Protéomique

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  • L'ARNm. L'ARNm messager (ARNm) sert d'INTERMÉDIAIRE entre l'ADN et la synthèse de ... Les acides aminés de la protéine sont liés entre eux par des liaisons... (source : er.uqam)
  • ARN. Peptide. Transcription. Traduction. LA SYNTHESE DES PROTEINES... Chaque codon sert à désigner un acide aminé identifié par un code universel : le code... (source : biomultimedia)
  • Schéma général des étapes de la synthèse des protéines chez les eucaryotes... les ARN de transfert (ARNt) qui apportent les acides aminés à la machinerie... (source : ead.univ-angers)
Procédé général

La synthèse des protéines est l'acte par lequel une cellule assemble une chaîne protéique en combinant des acides aminés isolés présents dans son cytoplasme, guidé par l'information contenue dans l'ADN. Elle a lieu en deux étapes au moins : la de l'ADN en ARN messager et la traduction de l'ARN messager en une protéine.

Chez les eucaryotes, il existe une étape intermédiaire, la maturation de l'ARN prémessager, qui se passe dans le noyau. L'ARN prémessager subit l'ajout d'une coiffe de 7-méthylguanosine triphosphate à l'extrémité 5'et d'une queue poly (A) (50 à 250 nucléotides d'adénine) à l'extrémité 3'. Par la suite, l'ARN prémessager subit une excision de ses introns (les parties du gène qui ne codent pas un polypeptide) et l'épissage de ses exons (les brins codant). L'ARN prémessager est désormais à maturité et prend le nom d'ARN messager. La transcription se déroule dans le noyau, la traduction, dans le réticulum endoplasmique. Une dernière étape de glycosylation (liaison covalente d'oses aux protéines) a lieu dans l'appareil de Golgi. Chez les procaryotes, les deux étapes ont lieu dans le cytoplasme et peuvent être simultanées, la traduction débutant tandis que la transcription n'est pas encore achevée. Cette simultanéité donne lieu à un important type de régulation de la traduction.

Première approche : mécanisme global

Mise en évidence du mécanisme global de synthèse (pulse-chase)

Il est légitime de se demander comment les biologistes ont découvert la succession d'étapes qui mène à l'achèvement des protéines. La technique principale est celle du pulse-chase ou pulse-chasse, qui a lieu en quatre étapes principales.

On prélève à intervalles réguliers des cellules de ce nouveau milieu ; on dispose alors de deux techniques d'exploitation de cette expérience. La première est l'autoradiographie ; la seconde passe par une ultracentrifugation et donne une meilleure précision dans les résultats. On prépare une coupe de la cellule, par fixation puis découpage au microtome. Sur la plaquette obtenue, on dépose un film photographique contenant des grains d'argent, et on laisse le tout reposer quelques semaines à l'obscurité. Les électrons issus de la désintégration des noyaux radioactifs assimilés par la cellule diminuent les ions Ag+ en grains noirs d'argent, donnant ainsi une «photographie» de la localisation de la radioactivité cellulaire. On peut ainsi retracer, par observation de lames minces à temps de «chasse» différents, le trajet cellulaire des protéines lors de leur synthèse. Cependant les électrons de la lame mince peuvent marquer la plaque photographique assez loin de leur zone d'émission (précision de l'ordre du demi-micromètre). Ainsi, on ne peut pas savoir par exemple, si la radioactivité dans un organite est à l'intérieur ou peut-être juste hors de ses parois. On centrifuge à haute vitesse chaque prélèvement de cellules du second milieu. On obtient ainsi, après plusieurs centrifugations successives à des accélérations croissantes, différentes fractions de cellule, classées suivant leur masse. On connaît la correspondance entre les divers organites (réticulum endoplasmique, appareil de Golgi, noyau) et les fractions après centrifugations. Ainsi, si on mesure la radioactivité de chaque fraction, on peut savoir dans quel organite les acides aminés marqués se trouvaient au moment du prélèvement. On en déduit des courbes de répartition de radioactivité selon le temps pour chaque compartiment cellulaire, ce qui sert à retrouver le trajet des acides aminés nouvellement assemblés en protéines.

Complémentarité des bases azotées

Il est important de savoir, avant de procéder, qu'il existe une complémentarité entre les bases azotées de l'ADN et de l'ARN. C'est cette complémentarité, due à des liaisons hydrogène, qui permet la réplication, la transcription et la traduction des acides nucléiques.

Il existe 5 bases azotées :

A et G sont des purines (2 cycles)
T, C et U sont des pyrimidines (1 cycle)

A et T sont complémentaires
G et C sont complémentaires

A et U sont complémentaires

La transcription et la traduction utilisent cette complémentarité lors de la création d'ARN et de l'approche de l'ARNt.

Article détaillé :.
Processus de transcription de l'ADN

La première étape de la synthèse des protéines est la transcription d'un gène de l'ADN en une molécule d'ARN messager (ARNm ou acide ribonucléique messager). L'étape se déroule à l'intérieur même du noyau d'une cellule eucaryote et dans le cytoplasme des procaryotes. Cette différence va avoir des conséquences importantes sur le traitement de l'ARN synthétisé. L'ADN est une molécule constituée d'une succession de nucléotides. Aucune particularité physique ne différencie un gène d'une portion non codante de l'organisme. Le repérage des gènes le long de la molécule d'ADN (et en général toute information de régulation le long de la chaîne d'ADN) va se faire de la même façon que celui du repérage des fichiers sur une bande magnétique : des marquages consistant en une séquence spécifique de nucléotides vont indiquer le début du gène. Ces marques spéciales sont nommées séquences consensus, il ne s'agit en effet pas de séquences exactes mais de séquences approchées d'une séquence moyenne mais différant uniquement par quelques paires de bases. Les deux utilisées pour repérer le début d'un gène sont les boîtes CAAT et TATA, du nom des nucléotides formant le cœur de la séquence moyenne et localisées dans une zone précédant le gène nommée promoteur car elle initie la transcription du gène.

La transcription consiste à faire une «copie de travail» de l'ADN. L'ADN est une molécule unique dans la cellule. Outre le fait que la synthèse d'un ARN intermédiaire sert à limiter les dommages de l'ADN par suite de trop de manipulations, cela sert à multiplier les copies disponibles pour la phase de traduction et par conséquent de synthétiser la protéine bien plus rapidement.

La synthèse de l'ARN fait intervenir un ensemble protéique particulièrement complexe, l'ARN polymérase. La première étape de la transcription est la reconnaissance du gène à transcrire. Cette étape fait intervenir des mécanismes variés qui dépendent de la protéine à transcrire, mais qui reposent tous sur le principe d'une protéine spécifique du ou des gènes à transcrire, qui se fixe en un lieu précis de l'ADN, localisé dans le promoteur. Cette protéine va servir de point d'ancrage au dispositif ARN polymérase, cette phase n'ayant lieu naturellement que si les deux boîtes CAAT et TATA sont présentes. Ce complexe va parcourir la molécule d'ADN pour la lire. Elle va dans un premier temps dérouler la molécule d'ADN, puis séparer les deux brins, puis assembler les bases azotées en se servant du brin complémentaire comme matrice pour aboutir à la molécule d'ARN. Derrière elle , les deux brins se réassemblent et l'ADN se réenroule. Lorsque l'ARN polymérase rencontre le site de terminaison de gène, elle se sépare de l'ADN, et l'ARN est libéré de la chaîne d'ADN.

Article détaillé :.

L'ARN transcrit n'est pas forcément directement utilisable, il est d'ailleurs fréquemment nommé ARN pré-messager, il peut nécessiter différentes modifications avant de pouvoir être traduit. Les modifications les plus connues sont l'épissage, et chez les eucaryotes, l'ajout d'une coiffe et d'une queue poly (A) .

L'ARNm va désormais pouvoir passer par la phase suivante de la synthèse protéique : la traduction

Une molécule d'ADN est constituée de deux brins :

 le brin d'ADN non transcrit  (ou brin codant):                      A T G G C G T T C A G A A C T G A T A C G T A A
 le brin d'ADN transcrit : (ou brin matrice ou brin non codant)      T A C C G C A A G T C T T G A C T A T G C A T T
  
 le brin d'ARN :                                                     A U G G C G U U C A G A A C U G A U A C G U A A

Traduction de l'ARNm

Article détaillé : Traduction génétique.
Processus de traduction de l'ARN en protéine

Activation de l'acide aminé

L'acide aminé va être fixé par une liaison anhydride (élimination d'une molécule d'eau) sur un AMP. Cette activation se fait par une Amino acyle-ARNt synthétase. Puis l'acide aminé activé va être transféré à l'extrémité 3'de l'ARNt (fixation par une liaison ester). C'est le même enzyme qui reconnait, active et transfert l'acide aminé.

Initiation

Une fois que le brin d'ARNm a atteint le cytoplasme, où a lieu la traduction, il se fixe à un ribosome, composé d'une petite sous-unité (40s) et d'une grande sous-unité (60s), qui va assembler une séquence d'acides aminés selon les "instructions" du code génétique : chaque codon (groupe de 3 nucléotides de l'ARNm) correspond à un acide aminé, sauf 3 codons, nommés codons-stop, qui provoquent l'arrêt de la traduction. Le codon AUG, nommé codon-initiateur, va permettre de commencer la traduction, comme son nom l'indique, en formant l'acide aminé méthionine, qui se détachera plus tard de la chaîne polypeptidique.

Elongation

Le ribosome va parcourir le brin d'ARNm codon par codon (translocation) et va par l'intermédiaire d'un ARN de transfert (ARNt) ajouter un acide aminé à la protéine en cours de fabrication selon le codon lu.

Terminaison

Une fois le codon-stop atteint (UAA, UGA, UAG), la protéine est complète : le ribosome se détache de la protéine et du brin d'ARNm, et la protéine est libérée dans l'organisme. Le ribosome va se disloquer en ses deux sous-unités (60s et 40s) et pourra faire une autre synthèse sur un autre ARNm. S'entame alors le transport des protéines, qui les mène hors de la cellule et dans le dispositif sanguin ou encore à l'intérieur même de la cellule l'ayant synthétisé.

Le même filament d'ARNm peut servir à la fabrication simultanée de plusieurs molécules de protéines, quand plusieurs ribosomes s'en chargent. Avant d'être détruite, cette molécule participe en effet à la fabrication de 10 à 20 protéines.

Reprenons notre exemple

Le brin d'ARN messager est         A U A G C G U U C A G A A C U G A U A C G U A A
 
Les différents codons sont donc     AUA - GCG - UUC - AGA - ACU - GAU - ACG - UAA 
 
Les ARN de transfert se fixent      UAU   CGC   AAG   UCU   UGA   CUA   UGC   AUU
par complémentarité et apportent     |     |     |     |     |     |     |     |
les acides aminés appropriés        Ile   Ala   Phe   Arg   Thr   Asp   Thr    X (stop)

Liste des acides aminés selon l'anti-codon

Article détaillé : Code génétique.

Chaque anti-codon code pour un acide aminé ou un codon stop. La liste suivante est parfois utilisée comme référence :

Sources

Voir aussi

Liens externes

Recherche sur Amazone (livres) :



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La version présentée ici à été extraite depuis cette source le 30/11/2010.
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