B3 · Expression des gènes
Traduction : ribosome, initiation, élongation et terminaison
Décrire l'organisation du ribosome eucaryote et ses sites fonctionnels. Détailler les trois phases de la traduction, leurs facteurs protéiques et le coût énergétique de l'incorporation d'un acide aminé.
Biologie moléculaire et génome7 min de lecture17 QCM corrigés
Principe général de la traduction
La traduction s'effectue dans le sens de l'ARN messager, tandis que la chaîne polypeptidique s'allonge de son extrémité N-terminale vers son extrémité C-terminale. La correspondance entre codons et acides aminés, ainsi que la structure des ARN de transfert, relèvent de la fiche consacrée au code génétique.
Chaque acide aminé est apporté sous la forme d'un ARN de transfert aminoacylé, ou aminoacyl-ARNt. Avant son utilisation par le ribosome, il est lié à l'extrémité de l'ARNt correspondant par une aminoacyl-ARNt synthétase. Cette activation consomme un ATP converti en AMP et pyrophosphate, soit l'équivalent énergétique de deux liaisons phosphoanhydride.
Organisation du ribosome eucaryote
Le symbole désigne le svedberg, unité de coefficient de sédimentation. Les coefficients ne sont pas additifs, car ils dépendent de la masse, de la forme et des interactions hydrodynamiques des particules.
La petite sous-unité contient l'ARN ribosomique 18S et des protéines ribosomiques. Elle assure principalement :
- la fixation de l'ARN messager ;
- le balayage de sa région ;
- la reconnaissance du codon d'initiation ;
- le contrôle de l'appariement entre codon et anticodon.
La grande sous-unité contient les ARN ribosomiques 28S, 5,8S et 5S, associés à des protéines. Elle porte le centre peptidyl-transférase, qui catalyse la formation des liaisons peptidiques, ainsi qu'un tunnel par lequel émerge la chaîne polypeptidique.
Le ribosome possède trois sites fonctionnels alignés à l'interface des deux sous-unités :
La petite sous-unité contrôle l'appariement codon-anticodon, tandis que la grande sous-unité catalyse la réaction chimique. Le ribosome est donc à la fois une machine de lecture et un catalyseur.
Initiation de la traduction
L'initiation sélectionne le codon à partir duquel l'ARN messager sera lu. Chez les eucaryotes, elle dépend généralement de la coiffe située à l'extrémité de l'ARN messager et mobilise des facteurs d'initiation eucaryotes, notés eIF.
Formation du complexe de préinitiation
L'ARNt initiateur, chargé d'une méthionine et noté ARNt initiateur-Met, s'associe au facteur eIF2 lié au GTP. L'ensemble formé constitue un complexe ternaire. Il rejoint la sous-unité associée notamment à eIF1, eIF1A et eIF3, pour former le complexe de préinitiation .
eIF3 empêche l'association prématurée de la grande sous-unité et participe au recrutement de l'ARN messager. eIF1 et eIF1A favorisent une conformation de la petite sous-unité compatible avec le balayage et la sélection correcte du codon initiateur.
Recrutement et balayage de l'ARN messager
La coiffe est reconnue par le complexe eIF4F, composé principalement de :
- eIF4E, qui se lie directement à la coiffe ;
- eIF4G, protéine d'échafaudage reliant plusieurs partenaires ;
- eIF4A, hélicase utilisant de l'ATP pour dérouler les structures secondaires de l'ARN.
eIF4G interagit également avec la protéine liée à la queue polyadénylée, ce qui rapproche fonctionnellement les extrémités de l'ARN messager et favorise son recrutement.
Le complexe se fixe près de l'extrémité puis progresse le long de l'ARN messager. Ce balayage consomme de l'ATP, notamment lorsque des structures secondaires doivent être déroulées.
Reconnaissance du codon initiateur
Le codon d'initiation est reconnu lorsqu'il se trouve dans un contexte nucléotidique favorable, appelé séquence de Kozak. L'appariement entre ce codon et l'anticodon de l'ARNt initiateur stabilise le complexe d'initiation .
La reconnaissance correcte déclenche l'hydrolyse du GTP porté par eIF2, avec l'intervention d'eIF5. Les facteurs d'initiation se dissocient alors. eIF5B lié au GTP favorise l'association de la sous-unité ; l'hydrolyse de son GTP accompagne la formation du ribosome actif.
L'ARNt initiateur est placé directement dans le site P. Le site A reste libre pour recevoir le premier aminoacyl-ARNt de l'élongation.
Élongation de la chaîne polypeptidique
L'élongation est un cycle répétitif comportant trois étapes : sélection d'un aminoacyl-ARNt, formation de la liaison peptidique puis translocation du ribosome.
Sélection de l'aminoacyl-ARNt
Le facteur d'élongation eEF1A-GTP transporte un aminoacyl-ARNt jusqu'au site A. Une complémentarité correcte entre codon et anticodon stabilise l'ARNt, provoque l'hydrolyse du GTP puis la libération d'eEF1A. Cette étape améliore la fidélité de traduction en défavorisant les ARNt incorrectement appariés.
Formation de la liaison peptidique
Le groupement amine de l'acide aminé situé au site A attaque la liaison ester reliant la chaîne polypeptidique à l'ARNt du site P. La chaîne est ainsi transférée sur l'ARNt du site A.
La synthèse de la liaison peptidique ne consomme pas directement d'ATP ou de GTP : elle utilise l'énergie préalablement stockée dans la liaison ester entre l'acide aminé et son ARNt lors de l'aminoacylation.
Translocation
eEF2-GTP déplace le ribosome d'un codon dans le sens . Après hydrolyse du GTP, le peptidyl-ARNt occupe le site P, l'ARNt désacylé atteint le site E et le site A se trouve à nouveau disponible.
Plusieurs ribosomes peuvent traduire simultanément le même ARN messager. L'ensemble formé par cet ARN et les ribosomes qui le parcourent constitue un polyribosome, ou polysome.
Terminaison et recyclage
La terminaison survient lorsqu'un codon de terminaison entre dans le site A. Aucun ARNt ne possède d'anticodon complémentaire à ces codons. Ils sont reconnus par des facteurs protéiques de libération.
Le facteur eRF1 reconnaît les trois codons de terminaison et adopte une organisation fonctionnelle rappelant celle d'un ARNt. Le facteur eRF3, une GTPase, stimule son action. L'hydrolyse du GTP porté par eRF3 favorise le positionnement correct du complexe de terminaison.
eRF1 provoque l'entrée d'une molécule d'eau dans le centre peptidyl-transférase. Cette eau hydrolyse la liaison ester entre la chaîne polypeptidique et l'ARNt du site P, ce qui libère le polypeptide achevé.
Le complexe ribosomal doit ensuite être dissocié afin que ses constituants soient réutilisés. L'ATPase ABCE1 participe au recyclage ribosomal en séparant les sous-unités et . L'ARN messager et l'ARNt désacylé sont libérés.
Coût énergétique
Pour chaque acide aminé ajouté au cours de l'élongation :
- l'aminoacylation consomme un ATP transformé en AMP, soit deux équivalents de liaison riche en énergie ;
- l'apport de l'aminoacyl-ARNt par eEF1A consomme un GTP ;
- la translocation assurée par eEF2 consomme un GTP.
Entre ton email pour débloquer le reste de cette fiche
Il reste 3 sections à lire — plus les QCM corrigés, l'examen blanc et le suivi. 72 h d'essai gratuit, sans carte bancaire.