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Comment appelez-vous les ARNm qui se traduisent par la même protéine ?

Comment appelez-vous les ARNm qui se traduisent par la même protéine ?


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Par exemple, AUAACC et AUCACG dans des ARNm distincts peuvent tous deux être traduits en le même dipeptide Ile-Thr.


Il ne s'agit en aucun cas d'un consensus, mais ce document de 2000 propose une Nouveau terme: Isotranscription.

Selon les auteurs :

Les gènes dupliqués codent souvent pour des protéines distinctes qui ne diffèrent que par quelques acides aminés, comme les deux isoformes S27 de mammifères, S271 et S272, documentées ici et les isoformes S27 de levure et d'Arabidopsis identifiées précédemment. D'autre part, nous avons constaté que différents transcrits S27 codent pour des protéines identiques à 100 %. Ce phénomène a également été décrit précédemment pour le sous-type d'histone, H3.3, dans lequel deux transcrits différents codent pour la même séquence d'acides aminés H3.3. Nous avons choisi la terminologie « isotranscriptions » pour décrire de tels ARNm. (c'est moi qui souligne)


Source : Thomas, E., Alvarez, C. et Sutcliffe, J. (2000). Classes D'évolution Distinctes De Protéines Ribosomales S27 Avec Expression D'ARNm Différentielle Chez Le Rat Hypothalamus. Journal of Neurochemistry, 74(6), pp.2259-2267.


Comment appelez-vous les ARNm qui se traduisent par la même protéine ? - La biologie

Prenez un moment pour regarder vos mains. Les os, la peau et les muscles que vous voyez sont constitués de cellules. Et chacune de ces cellules contient plusieurs millions de protéines. En fait, les protéines sont des « blocs de construction » moléculaires clés pour chaque organisme sur Terre !

Comment ces protéines sont-elles fabriquées dans une cellule ? Pour commencer, les instructions de fabrication des protéines sont «écrites» dans l'ADN d'une cellule sous la forme de gènes. Fondamentalement, un gène est utilisé pour construire une protéine dans un processus en deux étapes :

  • Étape 1: Transcription (dont nous venons d'apprendre) ! Ici, la séquence d'ADN d'un gène est "réécrite" sous la forme d'ARN. Chez les eucaryotes comme vous et moi, l'ARN est traité (et en a souvent quelques morceaux coupés) pour fabriquer le produit final, appelé ARN messager ou ARNm.
  • Étape 2: Traduction! À ce stade, l'ARNm est « décodé » pour construire une protéine (ou un morceau/sous-unité d'une protéine) qui contient une série spécifique d'acides aminés.

Résultats d'apprentissage

  • Décrire les composants nécessaires à la traduction
  • Identifier les composants du code génétique
  • Décrire les étapes de base de la traduction

Étant donné le nombre différent de « lettres » dans les « alphabets » d'ARNm et de protéines, les scientifiques ont émis l'hypothèse que les combinaisons de nucléotides correspondaient à des acides aminés uniques. Les doublets de nucléotides ne seraient pas suffisants pour spécifier chaque acide aminé car il n'y a que 16 combinaisons possibles de deux nucléotides (4 2 ). En revanche, il existe 64 triplets nucléotidiques possibles (4 3 ), ce qui est bien plus que le nombre d'acides aminés. Les scientifiques ont émis l'hypothèse que les acides aminés étaient codés par des triplets de nucléotides et que le code génétique était dégénéré. En d'autres termes, un acide aminé donné pourrait être codé par plus d'un triplet de nucléotides. Cela a ensuite été confirmé expérimentalement. Francis Crick et Sydney Brenner ont utilisé la proflavine, un mutagène chimique, pour insérer un, deux ou trois nucléotides dans le gène d'un virus. Lorsqu'un ou deux nucléotides ont été insérés, la synthèse des protéines a été complètement abolie. Lorsque trois nucléotides ont été insérés, la protéine a été synthétisée et fonctionnelle. Cela a démontré que trois nucléotides spécifient chaque acide aminé. Ces triplets de nucléotides sont appelés codons. L'insertion d'un ou deux nucléotides a complètement changé le cadre de lecture du triplet, modifiant ainsi le message pour chaque acide aminé suivant (figure 3). Bien que l'insertion de trois nucléotides ait entraîné l'insertion d'un acide aminé supplémentaire pendant la traduction, l'intégrité du reste de la protéine a été maintenue.

Les scientifiques ont minutieusement résolu le code génétique en traduisant des ARNm synthétiques in vitro et en séquençant les protéines qu'ils ont spécifiées (Figure 3).

Figure 3. Cette figure montre le code génétique permettant de traduire chaque triplet de nucléotides de l'ARNm en un acide aminé ou un signal de terminaison dans une protéine naissante. (crédit : modification d'œuvre par le NIH)

En plus d'instruire l'ajout d'un acide aminé spécifique à une chaîne polypeptidique, trois des 64 codons terminent la synthèse des protéines et libèrent le polypeptide de la machinerie de traduction. Ces triplets sont appelés codons non-sens ou codons d'arrêt. Un autre codon, AUG, a également une fonction spéciale. En plus de spécifier l'acide aminé méthionine, il sert également de codon de départ pour initier la traduction. Le cadre de lecture pour la traduction est défini par le codon de démarrage AUG près de l'extrémité 5 & 8242 de l'ARNm.

Le code génétique est universel. À quelques exceptions près, pratiquement toutes les espèces utilisent le même code génétique pour la synthèse des protéines. La conservation des codons signifie qu'un ARNm purifié codant pour la protéine de globine chez les chevaux pourrait être transféré dans une cellule de tulipe, et la tulipe synthétiserait la globine de cheval. Le fait qu'il n'y ait qu'un seul code génétique est une preuve puissante que toute la vie sur Terre partage une origine commune, d'autant plus qu'il existe environ 10 84 combinaisons possibles de 20 acides aminés et 64 codons triplets.

Lien vers l'apprentissage

Figure 4. La suppression de deux nucléotides décale le cadre de lecture d'un ARNm et modifie l'intégralité du message protéique, créant une protéine non fonctionnelle ou mettant fin à la synthèse protéique.

La dégénérescence est considérée comme un mécanisme cellulaire permettant de réduire l'impact négatif des mutations aléatoires. Les codons qui spécifient le même acide aminé ne diffèrent généralement que d'un nucléotide. De plus, les acides aminés avec des chaînes latérales chimiquement similaires sont codés par des codons similaires. Cette nuance du code génétique garantit qu'une mutation de substitution d'un seul nucléotide pourrait soit spécifier le même acide aminé mais n'avoir aucun effet, soit spécifier un acide aminé similaire, empêchant la protéine d'être rendue complètement non fonctionnelle.

Connexion à la méthode scientifique

Lequel a le plus d'ADN : un kiwi ou une fraise ?

Figure 5. Pensez-vous qu'un kiwi ou une fraise a plus d'ADN par fruit ? (crédit « kiwi » : “Kelbv”/crédit Flickr : « fraise » : Alisdair McDiarmid)

Question: Est-ce qu'un kiwi et une fraise qui ont approximativement la même taille (Figure) auraient aussi approximativement la même quantité d'ADN ?

Fond: Les gènes sont portés par les chromosomes et sont constitués d'ADN. Tous les mammifères sont diploïdes, ce qui signifie qu'ils ont deux copies de chaque chromosome. Cependant, toutes les plantes ne sont pas diploïdes. Le fraisier commun est octoploïde (8m) et le kiwi cultivé est hexaploïde (6m). Recherchez le nombre total de chromosomes dans les cellules de chacun de ces fruits et réfléchissez à la façon dont cela pourrait correspondre à la quantité d'ADN dans les noyaux cellulaires de ces fruits. Découvrez la technique d'isolement de l'ADN pour comprendre comment chaque étape du protocole d'isolement aide à libérer et à précipiter l'ADN.

Hypothèse: Faites l'hypothèse que vous seriez capable de détecter une différence dans la quantité d'ADN à partir de fraises et de kiwis de taille similaire. Selon vous, quel fruit produirait plus d'ADN ?

Testez votre hypothèse: Isolez l'ADN d'une fraise et d'un kiwi de taille similaire. Effectuez l'expérience au moins en trois exemplaires pour chaque fruit.

  1. Préparez une bouteille de tampon d'extraction d'ADN à partir de 900 ml d'eau, 50 ml de détergent à vaisselle et deux cuillères à café de sel de table. Mélangez par inversion (bouchez et retournez quelques fois).
  2. Broyez une fraise et un kiwi à la main dans un sac en plastique, ou à l'aide d'un mortier et d'un pilon, ou avec un bol en métal et l'extrémité d'un instrument émoussé. Broyer pendant au moins deux minutes par fruit.
  3. Ajouter 10 ml de tampon d'extraction d'ADN à chaque fruit et bien mélanger pendant au moins une minute.
  4. Retirez les débris cellulaires en filtrant chaque mélange de fruits à travers une étamine ou un tissu poreux et dans un entonnoir placé dans un tube à essai ou un récipient approprié.
  5. Versez de l'éthanol glacé ou de l'isopropanol (alcool à friction) dans le tube à essai. Vous devriez observer de l'ADN blanc précipité.
  6. Rassemblez l'ADN de chaque fruit en l'enroulant autour de tiges de verre séparées.

Enregistrez vos observations: Étant donné que vous ne mesurez pas quantitativement le volume d'ADN, vous pouvez enregistrer pour chaque essai si les deux fruits ont produit des quantités d'ADN identiques ou différentes, comme observé à l'œil nu. Si l'un ou l'autre fruit a produit sensiblement plus d'ADN, notez-le également. Déterminez si vos observations sont cohérentes avec plusieurs morceaux de chaque fruit.

Analysez vos données: Avez-vous remarqué une différence évidente dans la quantité d'ADN produite par chaque fruit ? Vos résultats étaient-ils reproductibles ?

Tirer une conclusion: Compte tenu de ce que vous savez sur le nombre de chromosomes dans chaque fruit, pouvez-vous conclure que le nombre de chromosomes est nécessairement corrélé à la quantité d'ADN ? Pouvez-vous identifier des inconvénients à cette procédure? Si vous aviez accès à un laboratoire, comment pourriez-vous standardiser votre comparaison et la rendre plus quantitative ?


9.3 Transcription

Chez les procaryotes comme chez les eucaryotes, la deuxième fonction de l'ADN (la première était la réplication) est de fournir les informations nécessaires à la construction des protéines nécessaires pour que la cellule puisse remplir toutes ses fonctions. Pour ce faire, l'ADN est « lu » ou transcrit en une molécule d'ARNm. L'ARNm fournit ensuite le code pour former une protéine par un processus appelé traduction. Grâce aux processus de transcription et de traduction, une protéine est construite avec une séquence spécifique d'acides aminés qui était à l'origine codée dans l'ADN. Ce module traite des détails de la transcription.

Le dogme central : l'ADN code l'ARN L'ARN code la protéine

Le flux d'informations génétiques dans les cellules de l'ADN à l'ARNm à la protéine est décrit par le dogme central (figure 9.14), qui stipule que les gènes spécifient les séquences des ARNm, qui à leur tour spécifient les séquences des protéines.

La copie de l'ADN en ARNm est relativement simple, un nucléotide étant ajouté au brin d'ARNm pour chaque nucléotide complémentaire lu dans le brin d'ADN. La traduction en protéine est plus complexe car des groupes de trois nucléotides d'ARNm correspondent à un acide aminé de la séquence protéique. Cependant, comme nous le verrons dans le prochain module, la traduction en protéine est toujours systématique, de sorte que les nucléotides 1 à 3 correspondent à l'acide aminé 1, les nucléotides 4 à 6 correspondent à l'acide aminé 2, et ainsi de suite.

Transcription : de l'ADN à l'ARNm

Les procaryotes et les eucaryotes effectuent fondamentalement le même processus de transcription, avec la différence importante du noyau lié à la membrane chez les eucaryotes. Avec les gènes liés dans le noyau, la transcription se produit dans le noyau de la cellule et le transcrit d'ARNm doit être transporté vers le cytoplasme. Les procaryotes, qui comprennent les bactéries et les archées, sont dépourvus de noyaux liés à la membrane et d'autres organites, et la transcription se produit dans le cytoplasme de la cellule. Chez les procaryotes comme chez les eucaryotes, la transcription se déroule en trois étapes principales : initiation, élongation et terminaison.

Initiation

La transcription nécessite que la double hélice d'ADN se déroule partiellement dans la région de synthèse de l'ARNm. La région de déroulement s'appelle une bulle de transcription. La séquence d'ADN sur laquelle les protéines et les enzymes impliquées dans la transcription se lient pour initier le processus est appelée un promoteur. Dans la plupart des cas, les promoteurs existent en amont des gènes qu'ils régulent. La séquence spécifique d'un promoteur est très importante car elle détermine si le gène correspondant est transcrit tout le temps, une partie du temps ou presque pas (Figure 9.15).

Élongation

La transcription procède toujours de l'un des deux brins d'ADN, appelé brin matrice. Le produit d'ARNm est complémentaire du brin matrice et est presque identique à l'autre brin d'ADN, appelé brin non-matrice, à l'exception du fait que l'ARN contient un uracile (U) à la place de la thymine (T) trouvée dans l'ADN. Pendant l'élongation, une enzyme appelée ARN polymérase procède le long de la matrice d'ADN en ajoutant des nucléotides par appariement de bases avec la matrice d'ADN d'une manière similaire à la réplication de l'ADN, à la différence qu'un brin d'ARN est synthétisé qui ne reste pas lié à la matrice d'ADN. Au fur et à mesure que l'allongement progresse, l'ADN est continuellement déroulé devant l'enzyme centrale et rembobiné derrière elle (Figure 9.16).

Résiliation

Une fois qu'un gène est transcrit, la polymérase procaryote doit recevoir l'instruction de se dissocier de la matrice d'ADN et de libérer l'ARNm nouvellement créé. Selon le gène à transcrire, il existe deux types de signaux de terminaison, mais les deux impliquent des séquences nucléotidiques répétées dans la matrice d'ADN qui entraînent un blocage de l'ARN polymérase, quittant la matrice d'ADN et libérant le transcrit d'ARNm.

À la fin, le processus de transcription est terminé. Dans une cellule procaryote, au moment où la terminaison se produit, le transcrit aurait déjà été utilisé pour synthétiser partiellement de nombreuses copies de la protéine codée car ces processus peuvent se produire simultanément en utilisant plusieurs ribosomes (polyribosomes) (Figure 9.17). En revanche, la présence d'un noyau dans les cellules eucaryotes empêche la transcription et la traduction simultanées.

Traitement de l'ARN eucaryote

Les ARNm eucaryotes nouvellement transcrits doivent subir plusieurs étapes de traitement avant de pouvoir être transférés du noyau au cytoplasme et traduits en une protéine. Les étapes supplémentaires impliquées dans la maturation de l'ARNm eucaryote créent une molécule beaucoup plus stable qu'un ARNm procaryote. Par exemple, les ARNm eucaryotes durent plusieurs heures, alors que l'ARNm procaryote typique ne dure pas plus de cinq secondes.

Le transcrit d'ARNm est d'abord recouvert de protéines stabilisant l'ARN pour l'empêcher de se dégrader pendant qu'il est traité et exporté hors du noyau. Cela se produit alors que le pré-ARNm est encore en cours de synthèse en ajoutant un « capuchon » nucléotidique spécial à l'extrémité 5' du transcrit en croissance. En plus d'empêcher la dégradation, les facteurs impliqués dans la synthèse des protéines reconnaissent la coiffe pour aider à initier la traduction par les ribosomes.

Une fois l'élongation terminée, une enzyme ajoute ensuite une chaîne d'environ 200 résidus d'adénine à l'extrémité 3', appelée queue poly-A. Cette modification protège en outre le pré-ARNm de la dégradation et signale aux facteurs cellulaires que le transcrit doit être exporté vers le cytoplasme.

Les gènes eucaryotes sont composés de séquences codant pour des protéines appelées exons (ex-allumé signifie qu'ils sont exenfoncé) et entierdes séquences intermédiaires appelées introns (int-ron désigne leur entierrôle principal). Les introns sont retirés du pré-ARNm pendant le traitement. Les séquences d'intron dans l'ARNm ne codent pas pour des protéines fonctionnelles. Il est essentiel que tous les introns d'un pré-ARNm soient complètement et précisément éliminés avant la synthèse des protéines afin que les exons se joignent pour coder les bons acides aminés. Si le processus se trompe ne serait-ce que d'un seul nucléotide, la séquence des exons rejoints serait décalée et la protéine résultante serait non fonctionnelle. Le processus d'élimination des introns et de reconnexion des exons est appelé épissage (Figure 9.18). Les introns sont retirés et dégradés alors que le pré-ARNm est encore dans le noyau.


Traduction et biosynthèse des protéines | La génétique

Un ARNm peut être associé à plusieurs ribosomes (polysomes) dans une cellule activement engagée dans la synthèse des protéines. Le processus se déroule en 4 étapes principales, à savoir l'activation des acides aminés, l'initiation, l'élongation et la terminaison de la chaîne. Chaque étape est contrôlée par des enzymes et des cofacteurs spécifiques.

Étape # 1. Activation des acides aminés:

Les acides aminés sont activés par une classe d'enzymes appelées enzymes d'activation d'acides aminés, ou plus précisément des aminoacyl ARNt synthétases dont il existe une spécifique pour chaque acide aminé et son ARNt.

La réaction globale est la suivante :

Les enzymes ou synthétases activatrices ont un poids moléculaire compris entre 100 000 et 240 000, certaines ont une seule chaîne, d'autres sont des enzymes à plusieurs chaînes. Tous ont besoin de Mg ++ pour leur activité. L'acide aminé est ensuite attaché (estérifié) au résidu d'adénosine terminal à l'extrémité 3 & 8242 de son ARNt en 2 étapes.

Dans le premier, l'acide aminé est activé lorsque l'ATP réagit avec l'acide aminé catalysé par l'aminoacyl synthétase pour former un complexe intermédiaire acide aminoacyl adénylique-AMP-synthétase et le pyrophosphate est libéré. Dans la deuxième étape, le groupe aminoacyle est transféré du complexe AMP à l'extrémité 3 & 8242 de son ARNt. Suite à cela, l'acide adénylique et l'aminoacyl-ARNt sont libérés.

ATP + acide aminé ⇋ acide aminoacyl adénylique + pyrophosphate acide aminoacyl adénylique + ARNtf aminoacyl-ARNt + acide adénylique

L'aminoacyle devient maintenant estérifié par son groupe carboxyle en groupe hydroxyle libre à la deuxième position du résidu adénylique terminal à l'extrémité 3 & 8242 (C-C-A) de l'ARNt (Fig. 15.23)

Les aminoacyl-ARNt synthétases sont hautement spécifiques à la fois pour l'acide aminé et son ARNt. Par conséquent, ces enzymes doivent posséder au moins deux sites de liaison, un pour l'acide aminé, le second pour sa molécule d'ARNt correspondante. Il est évident que chaque aminoacyl-ARNt synthétase est une enzyme hautement spécifique qui ne peut sélectionner qu'un seul acide aminé sur 20, puis sélectionne le bon ARNt pour cet acide aminé particulier et aucun autre.

Comment une aminoacyl-ARNt synthétase reconnaît-elle un ARNt ? Les preuves génétiques et biochimiques indiquent un état général dans lequel un ARNt et une aminoacyl-ARNt synthétase s'adaptent l'un à l'autre. De plus, une synthétase pourrait être capable de reconnaître quelques points de reconnaissance de deux ou trois bases dans la structure de l'ARNt.

Événements sur le ribosome:

L'ARNm après sa formation sur l'ADN, migre hors du noyau vers le cytoplasme où il s'associe à la sous-unité 30S du ribosome. Les molécules d'ARNt chargées de leurs acides aminés (appelées ARNt chargés) atteignent également les ribosomes. La sous-unité 50S du ribosome possède deux sites de liaison pour deux molécules d'ARNt appelées sites peptidyle (P) et aminoacyle (A).

C'est ici que les molécules d'acides aminés seront polymérisées en une chaîne polypeptidique. Chez les bactéries, environ 10 acides aminés sont ajoutés à la chaîne par seconde, chez les animaux seulement environ 2 par seconde. L'ARNm se lie à la sous-unité 30S au niveau du site de liaison au ribosome.

Dans ce site se trouvent des séquences nucléotidiques qui assurent l'alignement correct des molécules d'ARNm sur la surface ribosomique. Chaque molécule d'ARNm possède donc un site de liaison ribosomique pour chacune de ses chaînes polypeptidiques synthétisées indépendamment (Fig. 15.22a).

Un ribosome ne contient qu'une seule chaîne polypeptidique naissante liée à son extrémité carboxyle à la molécule d'ARNt qui est attachée à son site spécifique sur le ribosome. Lorsque l'acide aminé suivant est amené par un deuxième ARNt à être lié à l'extrémité carboxyle de la chaîne par formation de liaison peptidique, le premier ARNt est libéré. Le ribosome se déplace sur l'ARNm et le prochain triplet de nucléotides vient se placer en position pour le prochain acide aminé (Fig. 15.23).

Les ribosomes successifs d'un tel polysome portent des chaînes polypeptidiques à des stades successifs d'achèvement (Fig. 15.22C). L'extrémité 5 & 8242 de l'ARNm est la première à s'attacher à la sous-unité 30S d'un ribosome. Le nombre de ribosomes dans les polysomes est variable.

Il peut y en avoir 5 ou 6 comme dans le cas de chaque chaîne polypeptidique d'hémoglobine contenant environ 150 acides aminés. Des chaînes polypeptidiques plus grandes d'environ 500 acides aminés peuvent avoir 20 ribosomes ou plus dans un polysome. Chez E. coli, jusqu'à 40 ribosomes ont été observés dans un polysome.

Dans les cellules procaryotes et eucaryotes, la traduction commence par l'acide aminé méthionine codé par le triplet de nucléotides AUG. Les bactéries peuvent initier la traduction en utilisant des codons d'initiation alternatifs tels que GUG. Lorsqu'il est présent au début d'une chaîne polypeptidique, le GUG code pour la méthionine. GUG code normalement la valine.

Chez les bactéries, la synthèse des polypeptides est initiée avec une méthionine modifiée, c'est-à-dire la N-formylméthionine, alors que chez les eucaryotes, la méthionine non modifiée peut initier la synthèse des protéines. Les mitochondries et les chloroplastes dont les ribosomes sont similaires à ceux des procaryotes utilisent la méthionine formylée pour initier la traduction.

Les procaryotes et les eucaryotes ont des signaux différents qui identifient les codons d'initiation. Les codons d'initiation dans l'ARNm bactérien sont précédés d'une séquence Shine-Dalgarno spécifique qui aligne l'ARNm sur le ribosome pour la traduction. L'alignement s'effectue par appariement de bases avec une séquence complémentaire près de l'extrémité 3 & 8242 de l'ARNr 16S dans la petite sous-unité du ribosome.

Le mécanisme d'appariement des bases permet aux ribosomes bactériens d'initier la transcription non seulement à l'extrémité 5 & 8242 de l'ARNm, mais également aux multiples sites d'initiation internes des messages polycistroniques. Chez les eucaryotes, en revanche, les ribosomes reconnaissent les ARNm en se liant à la coiffe 7-méthylguanosine à l'extrémité 5 & 8242.

Les ribosomes traversent ensuite l'ARN m en aval du capuchon 5 & 8242 jusqu'à ce qu'ils rencontrent le codon d'initiation AUG. Les ARNm eucaryotes n'ont pas la séquence Shine-Dalgarno et la traduction est initiée à un site déterminé par le ribosome traversant l'ARNm à partir de l'extrémité 5′.

La première étape de la traduction:

La première étape de la traduction chez les bactéries implique la liaison de trois facteurs d'initiation, IF-1, IF-2 et IF-3 à la petite sous-unité 30S du ribosome (Figs. 15.24, 15.25). L'ARNm et l'ARNt N-formyl-méthionyle rejoignent le complexe. IF-2 reconnaît l'ARNt initiateur. IF-3 est libéré permettant à une grande sous-unité ribosomique 50S de s'associer au complexe.

L'association déclenche la libération d'IF-1 et d'IF-2, entraînant la formation d'un complexe d'initiation 70S ayant un ARNm et un ARNt initiateur liés au ribosome. Le complexe est prêt à commencer la formation de liaisons peptidiques. L'initiation chez les eucaryotes est plus compliquée et nécessite au moins 10 protéines désignées eIF-1 à elF-10 (facteurs d'initiation eucaryotes).

Étape # 2. Initiation des chaînes polypeptidiques:

Chez E. coli et d'autres procaryotes, le premier acide aminé dans une chaîne polypeptidique est la méthionine avec un groupe formyle (CHO) attaché au groupe amino libre. L'initiation de la synthèse protéique nécessite donc du N-formyl-méthionyl-ARNt (appelé fMet-ARNtf), et non du méthionyl-ARNt. La transformylation a lieu lorsqu'un groupe formyle est transféré du N 10 -formyl-tétrahydrofolate au groupe -amino du méthionyl-ARNt.

Ainsi, l'acide aminé méthionine dans E. coli possède des ARNt de deux espèces distinctes dont une seule peut initier la synthèse en chaîne : l'ARNt de méthionyle.Rencontré et méthionyl-ARNtfRencontré. Seul le méthionyl-ARNt de la seconde espèce (ARNtfRencontré) peut accepter le groupe N-formyle et devenir formylé. Les deux espèces d'ARNt ont la même séquence d'anticodon UAC, mais ont une légère différence dans la séquence de nucléotides restante.

La formylation n'a lieu qu'une fois que l'acide aminé s'est attaché à la molécule d'ARNt et est catalysée par l'enzyme transformylase. La réaction est N 10 -Formyl-tétrahydrofolate + Met-ARNtf → tétrahydrofolate + fMet + ARNtf. Les autres espèces d'ARNtfRencontré-ARNtRencontré ne peut pas être formylé ni reconnu par la transformylase.

Le codon de départ AUG pour la méthionine est lu à la fois par l'ARNtfMet et par l'ARNtRencontré. Le triplet GUG qui code pour la valine est lu aussi par l'ARNtfMet mais pas par l'ARNtRencontré.

Ainsi, AUG et GUG sont tous deux des codons de départ et peuvent conduire au placement de la formylméthionine en première position de la chaîne polypeptidique. Lorsque AUG est présent en position interne dans l'ARNm, une méthionine est insérée en position interne dans la chaîne lorsque GUG est présent en interne dans l'ARNm elle code pour la valine.

Il semble maintenant probable que non seulement dans les bactéries mais aussi dans les mitochondries des cellules eucaryotes, le fMet-tRNAf initie la synthèse des protéines.

Étape # 3. Allongement de la chaîne:

L'élongation commence lorsque l'aminocyl-ARNt initiateur est positionné sur le site peptidyle (P) en face du codon de départ sur l'ARNm et que le site aminocyl (A) est libre.

L'allongement est réalisé en 3 étapes comme suit :

(une) Reliure sur le site A :

L'aminoacyl-ARNt correspondant au premier triplet après le codon de départ est lié au site aminoacyle (A) de la manière suivante. Tout d'abord, l'aminocyl tRNAx (x désigne l'un des 20 acides aminés) se lie à une protéine spécifique, un facteur d'élongation (EF-T). En fait EF-T contient 2 sous-unités à savoir EF-T8 et EF-Tvous.

Maintenant EF-T se combine avec GTP pour former un EF-Tvous-Complexe GTP et EF-TS est libérée. L'EF-Tvous-Le complexe GTP lie maintenant l'aminoacyl-tRNAx pour former EF-Tvous-Complexe GTP-ammoacyl-tRNAx.

Ce complexe se lie maintenant au ribosome de telle sorte que l'aminoacyl-ARNt est placé sur le site A, tandis que le triplet d'anticodon devient lié par l'hydrogène à son codon spécifique dans l'ARNm. Chez les eucaryotes, les facteurs d'allongement sont désignés par EF-1 et EF-2 et ils agissent différemment.

(b) Formation de liaison peptidique :

Lorsque le site P est occupé par le FMet-ARNtF et le site A par l'aminoacyl-tRNAx, une liaison peptidique se forme entre le groupe amino de l'amino-acyl-tRNAx et le carbone carboxyle du FMet-ARNt.

L'enzyme peptidyl transférase présente dans la sous-unité 50S du ribosome catalyse cette réaction (Fig. 15.26). Le résultat est un dipeptide attaché à l'ARNtx au site A, l'ARNt au site P a déchargé son acide aminé (fmet) et est lui-même vide, mais est lié au site P.

Alors que l'ARNt portant le dipeptide est toujours lié au site A opposé au codon d'ARNm de l'acide aminé nouvellement ajouté x, le ribosome passe au codon suivant sur l'ARNm. Simultanément, l'ARNt avec le dipeptide se déplace du site A vers le site P. Ce mouvement est appelé translocation et nécessite une protéine spécifique, un facteur d'élongation G(EF-G) et GTP.

Le GTP se lie d'abord à EF-G pour former un complexe qui se lie au ribosome. Le GTP s'hydrolyse pour former GDP et P. L'énergie libérée pendant l'hydrolyse est utilisée pour un changement de conformation qui amène le ribosome à passer au codon suivant sur l'ARNm portant la chaîne du site A au site P.

Cela amène le site A maintenant opposé à un nouveau codon, et un nouvel aminoacyl-ARNt va maintenant venir occuper le site A. Après translocation, EF-G se dissocie du ribosome.

Étape # 4. Terminaison de la chaîne:

S'il n'y avait pas de signal pour arrêter la croissance de la chaîne, la chaîne polypeptidique continuerait à s'allonger indéfiniment. Ce n'est pas le cas. Chacun des 3 codons de terminaison spéciaux dans l'ARNm (UAA, UAG, UGA) peut signaler la fin de la croissance de la chaîne. Ces codons sont lus par des protéines spécifiques, facteurs de libération R1 (répondant à UAA et UAG) et R2 (répondant à UAA et UGA).

Lorsque le codon de terminaison est atteint, le polypeptide est toujours attaché à l'ARNt qui se trouve sur le site A de la sous-unité 50S. Pour libérer la chaîne de l'ARNt, les facteurs de libération R 1 et R 2 sont nécessaires (Fig. 15.27). Ils se lient au ribosome et provoquent le déplacement de l'ARNt du site A vers le site P.

L'enzyme peptidyl transférase hydrolyse la liaison ester entre la chaîne et l'ARNt, aidée par les facteurs de libération liés. Lorsque le polypeptide est libéré, le dernier ARNt et l'ARNm sont libérés. Ceci est ensuite répété par un autre ribosome qui s'associerait à l'ARNm dès que le point d'initiation est libre.


Résiliation

Une fois qu'un gène est transcrit, la polymérase procaryote doit recevoir l'instruction de se dissocier de la matrice d'ADN et de libérer l'ARNm nouvellement créé. Selon le gène à transcrire, il existe deux types de signaux de terminaison, mais les deux impliquent des séquences nucléotidiques répétées dans la matrice d'ADN qui entraînent un blocage de l'ARN polymérase, quittant la matrice d'ADN et libérant le transcrit d'ARNm.

À la fin, le processus de transcription est terminé. Dans une cellule procaryote, au moment où la terminaison se produit, le transcrit aurait déjà été utilisé pour synthétiser partiellement de nombreuses copies de la protéine codée, car ces processus peuvent se produire simultanément en utilisant plusieurs ribosomes (polyribosomes) ([Figure 4]). En revanche, la présence d'un noyau dans les cellules eucaryotes empêche la transcription et la traduction simultanées.

Figure 4 : Plusieurs polymérases peuvent transcrire un seul gène bactérien tandis que de nombreux ribosomes traduisent simultanément les transcrits d'ARNm en polypeptides. De cette façon, une protéine spécifique peut rapidement atteindre une concentration élevée dans la cellule bactérienne.


Le code génétique est dégénéré et universel

Étant donné le nombre différent de « lettres » dans les « alphabets » d'ARNm et de protéines, les scientifiques ont émis l'hypothèse que les combinaisons de nucléotides correspondaient à des acides aminés uniques. Les doublets de nucléotides ne seraient pas suffisants pour spécifier chaque acide aminé car il n'y a que 16 combinaisons possibles de deux nucléotides (4 2 ). En revanche, il existe 64 triplets nucléotidiques possibles (4 3 ), ce qui est bien plus que le nombre d'acides aminés. Les scientifiques ont émis l'hypothèse que les acides aminés étaient codés par des triplets de nucléotides et que le code génétique était dégénéré. En d'autres termes, un acide aminé donné pourrait être codé par plus d'un triplet de nucléotides. Cela a ensuite été confirmé expérimentalement. Francis Crick et Sydney Brenner ont utilisé la proflavine, un mutagène chimique, pour insérer un, deux ou trois nucléotides dans le gène d'un virus. Lorsqu'un ou deux nucléotides ont été insérés, la synthèse des protéines a été complètement abolie. Lorsque trois nucléotides ont été insérés, la protéine a été synthétisée et fonctionnelle. Cela a démontré que trois nucléotides spécifient chaque acide aminé. Ces triplets de nucléotides sont appelés codons. L'insertion d'un ou deux nucléotides a complètement changé le cadre de lecture du triplet, modifiant ainsi le message pour chaque acide aminé suivant ([link]). Bien que l'insertion de trois nucléotides ait entraîné l'insertion d'un acide aminé supplémentaire pendant la traduction, l'intégrité du reste de la protéine a été maintenue.

Les scientifiques ont minutieusement résolu le code génétique en traduisant des ARNm synthétiques in vitro et en séquençant les protéines qu'ils ont spécifiées ([link]).

En plus d'instruire l'ajout d'un acide aminé spécifique à une chaîne polypeptidique, trois des 64 codons terminent la synthèse des protéines et libèrent le polypeptide de la machinerie de traduction. Ces triplets sont appelés codons non-sens ou codons stop. Un autre codon, AUG, a également une fonction spéciale. En plus de spécifier l'acide aminé méthionine, il sert également de codon de départ pour initier la traduction. Le cadre de lecture pour la traduction est défini par le codon de démarrage AUG près de l'extrémité 5 & 8242 de l'ARNm.

Le code génétique est universel. À quelques exceptions près, pratiquement toutes les espèces utilisent le même code génétique pour la synthèse des protéines. La conservation des codons signifie qu'un ARNm purifié codant pour la protéine de globine chez les chevaux pourrait être transféré dans une cellule de tulipe, et la tulipe synthétiserait la globine de cheval. Le fait qu'il n'y ait qu'un seul code génétique est une preuve puissante que toute la vie sur Terre partage une origine commune, d'autant plus qu'il existe environ 10 84 combinaisons possibles de 20 acides aminés et 64 codons triplets.

Transcrivez un gène et traduisez-le en protéine en utilisant un appariement complémentaire et le code génétique sur ce site.

On pense que la dégénérescence est un mécanisme cellulaire pour réduire l'impact négatif des mutations aléatoires. Les codons qui spécifient le même acide aminé ne diffèrent généralement que d'un nucléotide. De plus, les acides aminés avec des chaînes latérales chimiquement similaires sont codés par des codons similaires. Cette nuance du code génétique garantit qu'une mutation de substitution d'un seul nucléotide pourrait soit spécifier le même acide aminé mais n'avoir aucun effet, soit spécifier un acide aminé similaire, empêchant la protéine d'être rendue complètement non fonctionnelle.

Lequel a le plus d'ADN : un kiwi ou une fraise ?

Question: Est-ce qu'un kiwi et une fraise qui ont approximativement la même taille ([link]) auraient aussi approximativement la même quantité d'ADN ?

Fond: Les gènes sont portés par les chromosomes et sont constitués d'ADN. Tous les mammifères sont diploïdes, ce qui signifie qu'ils ont deux copies de chaque chromosome. Cependant, toutes les plantes ne sont pas diploïdes. Le fraisier commun est octoploïde (8m) et le kiwi cultivé est hexaploïde (6m). Recherchez le nombre total de chromosomes dans les cellules de chacun de ces fruits et réfléchissez à la façon dont cela pourrait correspondre à la quantité d'ADN dans les noyaux cellulaires de ces fruits. Découvrez la technique d'isolement de l'ADN pour comprendre comment chaque étape du protocole d'isolement aide à libérer et à précipiter l'ADN.

Hypothèse: Faites l'hypothèse que vous seriez capable de détecter une différence dans la quantité d'ADN à partir de fraises et de kiwis de taille similaire. Selon vous, quel fruit produirait plus d'ADN ?

Testez votre hypothèse: Isolez l'ADN d'une fraise et d'un kiwi de taille similaire. Effectuez l'expérience au moins en trois exemplaires pour chaque fruit.

  1. Préparez une bouteille de tampon d'extraction d'ADN à partir de 900 ml d'eau, 50 ml de détergent à vaisselle et deux cuillères à café de sel de table. Mélangez par inversion (bouchez et retournez quelques fois).
  2. Broyez une fraise et un kiwi à la main dans un sac en plastique, ou à l'aide d'un mortier et d'un pilon, ou avec un bol en métal et l'extrémité d'un instrument émoussé. Broyer pendant au moins deux minutes par fruit.
  3. Ajouter 10 ml de tampon d'extraction d'ADN à chaque fruit et bien mélanger pendant au moins une minute.
  4. Retirez les débris cellulaires en filtrant chaque mélange de fruits à travers une étamine ou un tissu poreux et dans un entonnoir placé dans un tube à essai ou un récipient approprié.
  5. Versez de l'éthanol glacé ou de l'isopropanol (alcool à friction) dans le tube à essai. Vous devriez observer un ADN précipité blanc.
  6. Rassemblez l'ADN de chaque fruit en l'enroulant autour de tiges de verre séparées.

Enregistrez vos observations: Étant donné que vous ne mesurez pas quantitativement le volume d'ADN, vous pouvez enregistrer pour chaque essai si les deux fruits ont produit des quantités d'ADN identiques ou différentes, comme observé à l'œil nu. Si l'un ou l'autre fruit a produit sensiblement plus d'ADN, notez-le également. Déterminez si vos observations sont cohérentes avec plusieurs morceaux de chaque fruit.

Analysez vos données: Avez-vous remarqué une différence évidente dans la quantité d'ADN produite par chaque fruit ? Vos résultats étaient-ils reproductibles ?

Tirer une conclusion: Compte tenu de ce que vous savez du nombre de chromosomes dans chaque fruit, pouvez-vous conclure que le nombre de chromosomes est nécessairement corrélé à la quantité d'ADN ? Pouvez-vous identifier des inconvénients à cette procédure? Si vous aviez accès à un laboratoire, comment pourriez-vous standardiser votre comparaison et la rendre plus quantitative ?


Règlement de la traduction

Bien que la transcription soit le niveau primaire auquel l'expression des gènes est contrôlée, la traduction des ARNm est également régulée dans les cellules procaryotes et eucaryotes. Un mécanisme de régulation traductionnelle est la liaison de protéines répresseurs, qui bloquent la traduction, à des séquences d'ARNm spécifiques. L'exemple le mieux compris de ce mécanisme dans les cellules eucaryotes est la régulation de la synthèse de la ferritine, une protéine qui stocke le fer dans la cellule. La traduction de l'ARNm de ferritine est régulée par l'apport de fer : plus de ferritine est synthétisée si le fer est abondant (Figure 7.15). Cette régulation est médiée par une protéine qui (en l'absence de fer) se lie à une séquence (l'élément de réponse au fer, ou IRE) dans la région non traduite 5´ de l'ARNm de ferritine, bloquant sa traduction. En présence de fer, le répresseur ne se lie plus à l'IRE et la traduction de la ferritine peut se poursuivre.

Graphique 7.15

Régulation translationnelle de la ferritine. L'ARNm contient un élément de réponse au fer (IRE) près de son capuchon 5´. En présence d'approvisionnements adéquats en fer, la traduction de l'ARNm se déroule normalement. Si le fer est rare, cependant, une protéine (appelée (plus.)

Il est intéressant de noter que la régulation de la traduction de l'ARNm de la ferritine par le fer est similaire à la régulation de la stabilité de l'ARNm du récepteur de la transferrine, qui a été discutée dans le chapitre précédent (voir Figure 6.48). À savoir, la stabilité de l'ARNm du récepteur de la transferrine est régulée par la liaison protéique à un IRE dans sa région non traduite 3´. La même protéine se lie aux IRE des ARNm des récepteurs de la ferritine et de la transferrine. Cependant, les conséquences de la liaison des protéines aux deux IRE sont assez différentes. La protéine liée au récepteur de la transferrine IRE protège l'ARNm de la dégradation plutôt que d'inhiber sa traduction. Ces effets distincts résultent vraisemblablement des emplacements différents de l'IRE dans les deux ARNm. Pour fonctionner comme un site de liaison au répresseur, l'IRE doit être situé à moins de 70 nucléotides de la coiffe 5´ de l'ARNm de ferritine, ce qui suggère que la liaison de la protéine à l'IRE bloque la traduction en interférant avec la reconnaissance de la coiffe et la liaison de la sous-unité ribosomique 40S. Plutôt que d'inhiber la traduction, la liaison de la protéine à la même séquence dans la région non traduite 3´ de l'ARNm du récepteur de la transferrine protège l'ARNm de la dégradation par la nucléase. La liaison de la même protéine régulatrice à différents sites sur les molécules d'ARNm peut ainsi avoir des effets distincts sur l'expression des gènes, dans un cas inhibant la traduction et dans l'autre stabilisant l'ARNm pour augmenter la synthèse protéique.

Un autre mécanisme de régulation traductionnelle dans les cellules eucaryotes, entraînant des effets globaux sur l'activité traductionnelle globale plutôt que sur la traduction d'ARNm spécifiques, implique la modulation de l'activité des facteurs d'initiation, en particulier eIF-2. Comme déjà discuté, eIF-2 (complexé avec GTP) se lie à l'ARNt méthionyle initiateur, l'amenant au ribosome. La libération ultérieure d'eIF-2 s'accompagne d'une hydrolyse du GTP, laissant eIF-2 sous la forme d'un complexe GDP inactif. Pour participer à un autre cycle d'initiation, le complexe eIF-2/GTP doit être régénéré par l'échange de GDP lié contre GTP. Cet échange est médié par un autre facteur, eIF-2B. Le contrôle de l'activité de eIF-2 par la liaison au GTP et l'hydrolyse est donc similaire à celui de EF-Tu (voir Figure 7.12). Cependant, la régulation de eIF-2 fournit un point de contrôle critique dans une variété de cellules eucaryotes. En particulier, eIF-2 peut être phosphorylée par des protéines kinases régulatrices. Cette phosphorylation bloque l'échange du GDP lié contre le GTP, inhibant ainsi l'initiation de la traduction. Un type de cellule dans lequel une telle phosphorylation se produit est le réticulocyte, qui est consacré à la synthèse de l'hémoglobine (Figure 7.16). La traduction de l'ARNm de la globine est contrôlée par la disponibilité de l'hème : l'ARNm n'est traduit que si un hème adéquat est disponible pour former des molécules d'hémoglobine fonctionnelles. En l'absence d'hème, une protéine kinase qui phosphoryle eIF-2 est activée et la traduction ultérieure est inhibée. Des mécanismes similaires ont été trouvés pour contrôler la synthèse des protéines dans d'autres types de cellules, en particulier les cellules infectées par des virus dans lesquelles la synthèse des protéines virales est inhibée par l'interféron.

Graphique 7.16

Régulation de la traduction par phosphorylation de eIF-2. La traduction dans les réticulocytes (qui est consacrée à la synthèse de l'hémoglobine) est contrôlée par l'apport d'hème, qui régule l'activité d'eIF-2. La forme active d'eIF-2 (complexée avec GTP) (suite. )

D'autres études ont impliqué eIF-4E, qui se lie à la coiffe 5´ des ARNm, en tant que protéine régulatrice de la traduction. Par exemple, l'hormone insuline stimule la synthèse des protéines dans les adipocytes et les cellules musculaires. This effect of insulin is mediated, at least in part, by phosphorylation of proteins associated with eIF-4E, resulting in stimulation of eIF-4E activity and increased rates of translational initiation.

Translational regulation is particularly important during early development. As discussed in Chapter 6, a variety of mRNAs are stored in oocytes in an untranslated form the translation of these stored mRNAs is activated at fertilization or later stages of development. One mechanism of such translational regulation is the controlled polyadenylation of oocyte mRNAs. Many untranslated mRNAs are stored in oocytes with short poly-A tails (approximately 20 nucleotides). These stored mRNAs are subsequently recruited for translation at the appropriate stage of development by the lengthening of their poly-A tails to several hundred nucleotides. In addition, the translation of some mRNAs during development appears to be regulated by repressor proteins that bind to specific sequences in their 3´ untranslated regions. These regulatory proteins may also direct mRNAs to specific regions of eggs or embryos, allowing localized synthesis of the encoded proteins during embryonic development.


Remerciements

We thank Pandolfi laboratory members for critical discussions, in particular A. Carracedo for critical input S. Feng for technical assistance. We thank B. Vogelstein for DICER −/− cells T. Yuan for assistance with FACS analysis A. Tuccoli for assistance with miRNA RT–PCR I. Osman for support and suggestions. L.P. was supported by fellowships from the Istituto Toscano Tumori and the American Italian Cancer Foundation. L.S. was supported by fellowships from the Human Frontier Science Program and the Canadian Institutes of Health Research. This work was supported by NIH grant R01 CA-82328-09 to P.P.P.


Exon Function

Exons are pieces of coding DNA that encode proteins. Different exons code for different domains of a protein. The domains may be encoded by a single exon or multiple exons spliced together. The presence of exons and introns allows for greater molecular evolution through the process of exon shuffling. Exon shuffling occurs when exons on sister chromosomes are exchanged during recombination. This allows for the formation of new genes.


The figure depicts possible alternative splicing mechanisms which can result in alternative proteins being translated.

Humain slo gène

An example of extreme alternative splicing is the human slo gene which encodes a transmembrane protein involved in regulation of potassium entry in the hair cells of the inner ear, resulting in frequency perception. The gene consists of 35 exons which can combine to form over 500 mRNAs through the excision of one to eight exons. The different mRNAs control which sound frequencies can be heard.

Souris alpha-amylase gène

The mouse alpha-amylase gene encodes two different mRNAs – one in the salivary glands and one in the liver. Which of the mRNA transcripts is formed is controlled by different promoters specific to the tissue type. In this case the processed mRNA contains the same two exons, resulting in the same protein, but it is regulated by a tissue-specific promoter.

1. A protein is coded for by how many exons?
UNE. 1
B. 2
C. 10
RÉ. Tout ce qui précède

2. How can new genes be formed?
UNE. Alternative splicing
B. Exon shuffling
C. Épissage
RÉ. Aucune de ces réponses

3. What sequence is commonly found at the beginning of an exon?
UNE. AOT
B. UAG
C. UAA
RÉ. UGA


Voir la vidéo: Dville Santa - Laboratory Lyrics shabadaba gooba like a meebo (Juillet 2022).


Commentaires:

  1. Ghislain

    C'est le pouvoir !!!!

  2. Tura

    Au lieu de la critique, écrivez les variantes.

  3. Rodric

    vraiment étrangement

  4. Meztijas

    À mon avis, c'est évident. Je vous conseille d'essayer de regarder dans google.com

  5. Almo

    Pour ma part, tu n'as pas raison. Je propose d'en discuter.



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