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De l'ARN (RNA) aux Protéines. Traduction de l'information génétique

Traduction de l'ARNm (mRNA) en protéines

La traduction est l'interprétation des codons de l'ARNm (mRNA) en protéines (séquences d'acides aminés). La traduction s'effectuant dans le cytoplasme, nécessite des acides aminés qui seront polymérisés selon l'ordre déterminé par les codons du ARNm.

Elle a besoin des ribosomes, des ARNt (tRNA), de la l'aminoacyl-ARNt synthétase (enzyme) et d'un plan apporté par l'ARNm. Aussi, la traduction a besoin d'énergie. Par exemple, E.coli utilise 90% de son énergie pour la traduction !


Traduction de l'ARNm en protéines

Ribosomes

Les ribosomes sont des organites intra-cellulaires situés dans le cytoplasme. Ils constituent l'usine de fabrication des protéines. Chaque ribosome, procaryote ou eucaryote, consiste en une petite et un grande sous unité associées entre elles. Chaque sous unité contient de nombreuses protéines différentes et une molécule d'ARN ribosomique (ARNr, rARN) majoritaire.

Comment les ribosomes sont ils synthétisés ?

Ribosomes = protéines ribosoales + ARN ribosomaux. Les protéines ribosomales sont fabriquées dans le cytosol et importées dans le noyau où elles sont assemblées avec les ARN ribosomaux pour constituer les ribosomes qui seront exportés dans le cytosol (voir adressage et transport des protéines).

Les sous-unités du ribosome possèdent 3 sites : A (aminoacyl-ARNt, position où le nouvel acide aminé prend place), P (peptidoacyl-ARNt, position où le peptide s'allonge) et E (exit). Le ribosome se déplace sur le ARNm dans le sens 5' vers 3'.

Codons portés par le ARNm

S'il existe 20 acides aminés différents dans les protéines et quatre bases nucléotidiques différentes dans le ARNm, on en déduit qu’il faut un enchaînement de trois bases pour définir l’ensemble des 20 acides aminés. Le codon est donc la succession de 3 nucléotides (lire plus de détails sur la structure des acides aminés).

traduction. Codons des acides aminés

Le codon UGA (codon stop) peut parfois coder une sélénocystéine (acide aminé rare, s'abrègeant Sec pour le code à trois lettres et U pour le code à une lettre), produisant ainsi une sélénoprotéine.

Remarque:

Le code génétique utilisé dans les mitochondries d’animaux et de champignons diffère du code standard utilisé dans tous les gènes nucléaires procaryotes et eucaryotes. Le code génétique mitochondrial ainsi que la taille de l’ADNmt, le nombre et la nature des protéines qu’il code, varient fortement entre les organismes.

ADN mitochondrial. code génétique



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Un ARNm peut être décomposé en plusieurs régions dont:

- une région leader en 5' (appelée "capping" chez les eucaryotes). Elle est non codante (donc non traduite).
- un codon initiateur AUG. C'est le premier acide aminé (toujours Methionine)
- une région codante (suite de codons)
- un codon non sens (ou codon STOP) qui détermine la fin de la traduction
- une queue en 3' (polyadénylée chez les eucaryotes). Elle est non codante

ARN messager

Codon initiateur

Le codon AUG, appelé codon-initiateur,, permet de commencer la traduction, en formant l'acide aminé méthionine, qui se détachera plus tard de la chaîne polypeptidique.

Codon stop

Sur les 64 codons disponibles: 3 codons (UAA, UAG, UGA) sont des codons qui ne peuvent pas être traduits en acides aminés. Ce sont des codons appelés non sens ou codons stop qui provoquent l'arrêt de la traduction.

Code génétique dégénéré

61 codons codent pour 20 acides aminés. Le tryptophane et la méthionine sont codés par un seul codon. Les 18 autres acides aminés sont définis individuellement par plusieurs codons (2 à 6).

Cadre de lecture

La synthèse de toutes les chaînes polypeptidiques commence avec la mise en place d'une méthionine. Le codon start de démarrage (AUG) code pour la méthionine. Les codons UAA, UGA et UAG ne correspondent à aucun acide aminé. Il s'agit de codons stop qui marquent le carboxyle terminal de la chaîne polypeptidique. La séquence de codons qui va d'un codon start à un codon stop est appelé cadre de lecture.

Un cadre de lecture qui consiste exclusivement en triplets qui correspondent à des acides aminés est appelé cadre ouvert de lecture : ORF = open reading frame. Un cadre de lecture qui ne peut être lu en protéine à cause de nombreux codons de terminaison est dit cadre bloqué.

ARN de transfert (ARNt, tRNA))

Le tARN est la macromolécule qui réalise la traduction des codons en acides aminés. A chaque acide aminé correspond donc un sous ensemble de l'ARNt.

ARNt et traduction

Le tARN a une structure en 'L'. Une extrémité du L porte la séquence CCA-3', l'autre extrémité porte la séquence de l'anticodon. La fixation d'un acide aminé sur l'extrémité CCA-3' de son tARN est possible grace à une enzyme
l'aminoacyl-tARN synthétase (tARN + A.aminé + ATP --> AminoacyltARN + AMP + 2 Pi).

L'initiation de la traduction commence par 1/ la fixation de la petite sous-unité du ribosome (30 S) sur la région leader 5' du ARNm, 2/ Positionnement du 1er tARN sur la petite sous unité ribosomique. Ce tARN porte la méthionone dont l'anticodon est UAC. L'initiation exige du GTP, du Mg++ et deux facteurs d'initiations (IF) et 3/ Déplacement du complexe sur le codon AUG et fixation de la grosse sous unité (50 S) et positionnement du tARN au site P.

L'élongation nécessite 3 facteurs d'élongation (EF = Elongation Factor), du GTP et du Mg++. Elle comporte les étapes: 1/ Fixation du tARN chargé sur le site A du ribosome et 2/ Formation de la liaison peptidique et libération du site P. Elle est catalysée par la peptidyl transferase du rARN 23 S.

La terminaison nécessite un codon stop (UAA ou UAG ou UGA), des facteurs de terminaison (Facteur R, Release Factor). Elle consiste en trois étapes: 1/ Blocage de la translocation, 2/ Relargage de la chaine polypeptidique et 3/ Séparation des sous unités ribosomiques

Le même filament de ARNm peut servir à la synthèse simultanée de plusieurs molécules de protéines, lorsque plusieurs ribosomes s'en occupent. Avant d'être détruite, cette molécule participe à la fabrication de 10 à 20 protéines. L'ensemble formé par un ARNm et plusieurs ribosomes se déplaçant dessus s'appelle un polysome (voir animation).

ribosomes et traduction

Animations:

- Traduction de l'information génétique portée par le ARNm en protéines
- Transcription et traduction (vie d'un ARNm)
(Anglais)
- Traduction. Etapes (Anglais)


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