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B IOLOGIE CELLULAIRE
perdu par l’enzyme, puis remplacé par des facteurs d’élongation, pour que celle-ci puisse continuer à recopier l’ADN.
La synthèse du brin d’ARN se poursuit jusqu’à
ce que l’enzyme rencontre sur l’ADN un signal de
terminaison. Cette structure particulière est
constituée de deux domaines riches en GC, situés
à proximité l’un de l’autre sur le même brin
d’ADN, et autocomplémentaires (structure palindromique) ; ceux-ci sont donc susceptibles de
s’apparier et de donner une structure en épingle à
cheveux. Cette séquence est immédiatement suivie
d’une série plus ou moins longue de paires de
bases A-T. La complémentarité interne dans
l’ADN se retrouvant évidemment au niveau de
l’ARN, le mécanisme de terminaison est le suivant : dès que l’ARN polymérase a transcrit cette
région, l’ARN naissant s’organise localement en
une double hélice stable, ce qui constitue pour
l’enzyme un signal d’arrêt de son travail. L’ARN
se décroche de sa matrice d’autant plus facilement
qu’il n’est alors que très faiblement retenu, en raison de la complémentarité entre la série terminale
de U qu’il possède et la série de A correspondante
dans l’ADN. Un autre processus de terminaison
de la transcription existe aussi chez les
Procaryotes, qui ne sera pas développé ici ; il met
en œuvre une protéine qui se fixe sur l’ARN et le
chasse du complexe ARN polymérase/ADN.
Les enzymes et les signaux intervenant dans la
transcription chez les Eucaryotes sont, à tous
points de vue, nettement plus complexes que ceux
décrits ici ; ils seront traités dans le chapitre 8.
5.2. Éléments de régulation de l’expression
des gènes chez les Bactéries
Plus que tous les autres êtres vivants qui possèdent un milieu intérieur, les êtres unicellulaires (et
donc les Bactéries) sont très sensibles aux variations de l’environnement. Pour survivre, ceux-ci
doivent s’adapter rapidement à des modifications
de la composition chimique ambiante, en particulier celle de leurs sources alimentaires. Malgré leur
simplicité d’organisation, liée à une relativement
faible quantité d’information génétique, les
Bactéries ont développé au cours de l’évolution
des mécanismes efficaces pour stopper ou induire
la synthèse d’enzymes, en fonction de besoins instantanés.
Deux exemples permettent d’illustrer ceci.
•Lorsqu’une souche de E. coli croissant dans
un milieu qui contient du glucose est transférée
dans un autre milieu, contenant du lactose, on
constate qu’elle se met à fabriquer en quelques
minutes une enzyme nommée H galactosidase, qui
était indétectable jusque-là. Cette enzyme permet
l’utilisation du lactose en clivant cette molécule en
ses deux constituants de base : le glucose et le
galactose ; du point de vue nutritif, la cellule est
ainsi ramenée à la situation précédente, où elle utilisait le glucose. Si les bactéries sont remises en
présence de ce composé, en l’absence de lactose,
on constate la disparition rapide de l’activité β
galactosidase qui avait été induite.
•Lorsqu’une souche prototrophe de E. coli est
cultivée sur un milieu minimum, sans autre apport
carboné qu’un sucre simple, elle fabrique tous ses
constituants organiques à partir de ce dernier, et
en particulier tous ses acides aminés (voir plus
haut). Si le tryptophane, par exemple, est ajouté au
milieu de culture, la cellule cesse de fabriquer
toutes les enzymes qui interviennent dans la synthèse de cet acide aminé, à partir de molécules
plus simples. Les enzymes présentes au moment
du changement de milieu persistent et continuent
à fonctionner mais elles sont très rapidement
diluées et dégradées dans les cellules, au cours des
divisions. Nous verrons que ce système de régulation opère au niveau transcriptionnel, et comme la
durée de vie des ARNm bactériens est très brève,
le mécanisme est opérationnel presque instantanément. Si l’on supprime le tryptophane du milieu,
le phénomène fait l’objet d’une réversion.
Ces deux situations permettent de définir deux
grands modes de régulation de l’expression des
gènes chez les Bactéries : la régulation par induction et la régulation par répression. Leurs mécanismes ont été élucidés grâce à l’utilisation de
nombreux mutants ainsi qu’à l’emploi judicieux
de systèmes d’échange de matériel génétique
(conjugaison, transduction et sexduction) et
l’obtention de diploïdes partiels pour la réalisation
de tests de dominance et de complémentation.
Nous verrons que ces deux types de régulation
sont basés sur le principe de l’utilisation d’une
protéine bloquant la transcription, en se fixant sur
l’ADN au niveau du promoteur ; il s’agit d’une
régulation négative.
On oppose ce mécanisme à celui basé sur l’utilisation de protéines qui, au contraire, par leur fixation à l’ADN, activent la transcription en stimulant
B IOLOGIE CELLULAIRE
perdu par l’enzyme, puis remplacé par des facteurs d’élongation, pour que celle-ci puisse continuer à recopier l’ADN.
La synthèse du brin d’ARN se poursuit jusqu’à
ce que l’enzyme rencontre sur l’ADN un signal de
terminaison. Cette structure particulière est
constituée de deux domaines riches en GC, situés
à proximité l’un de l’autre sur le même brin
d’ADN, et autocomplémentaires (structure palindromique) ; ceux-ci sont donc susceptibles de
s’apparier et de donner une structure en épingle à
cheveux. Cette séquence est immédiatement suivie
d’une série plus ou moins longue de paires de
bases A-T. La complémentarité interne dans
l’ADN se retrouvant évidemment au niveau de
l’ARN, le mécanisme de terminaison est le suivant : dès que l’ARN polymérase a transcrit cette
région, l’ARN naissant s’organise localement en
une double hélice stable, ce qui constitue pour
l’enzyme un signal d’arrêt de son travail. L’ARN
se décroche de sa matrice d’autant plus facilement
qu’il n’est alors que très faiblement retenu, en raison de la complémentarité entre la série terminale
de U qu’il possède et la série de A correspondante
dans l’ADN. Un autre processus de terminaison
de la transcription existe aussi chez les
Procaryotes, qui ne sera pas développé ici ; il met
en œuvre une protéine qui se fixe sur l’ARN et le
chasse du complexe ARN polymérase/ADN.
Les enzymes et les signaux intervenant dans la
transcription chez les Eucaryotes sont, à tous
points de vue, nettement plus complexes que ceux
décrits ici ; ils seront traités dans le chapitre 8.
5.2. Éléments de régulation de l’expression
des gènes chez les Bactéries
Plus que tous les autres êtres vivants qui possèdent un milieu intérieur, les êtres unicellulaires (et
donc les Bactéries) sont très sensibles aux variations de l’environnement. Pour survivre, ceux-ci
doivent s’adapter rapidement à des modifications
de la composition chimique ambiante, en particulier celle de leurs sources alimentaires. Malgré leur
simplicité d’organisation, liée à une relativement
faible quantité d’information génétique, les
Bactéries ont développé au cours de l’évolution
des mécanismes efficaces pour stopper ou induire
la synthèse d’enzymes, en fonction de besoins instantanés.
Deux exemples permettent d’illustrer ceci.
•Lorsqu’une souche de E. coli croissant dans
un milieu qui contient du glucose est transférée
dans un autre milieu, contenant du lactose, on
constate qu’elle se met à fabriquer en quelques
minutes une enzyme nommée H galactosidase, qui
était indétectable jusque-là. Cette enzyme permet
l’utilisation du lactose en clivant cette molécule en
ses deux constituants de base : le glucose et le
galactose ; du point de vue nutritif, la cellule est
ainsi ramenée à la situation précédente, où elle utilisait le glucose. Si les bactéries sont remises en
présence de ce composé, en l’absence de lactose,
on constate la disparition rapide de l’activité β
galactosidase qui avait été induite.
•Lorsqu’une souche prototrophe de E. coli est
cultivée sur un milieu minimum, sans autre apport
carboné qu’un sucre simple, elle fabrique tous ses
constituants organiques à partir de ce dernier, et
en particulier tous ses acides aminés (voir plus
haut). Si le tryptophane, par exemple, est ajouté au
milieu de culture, la cellule cesse de fabriquer
toutes les enzymes qui interviennent dans la synthèse de cet acide aminé, à partir de molécules
plus simples. Les enzymes présentes au moment
du changement de milieu persistent et continuent
à fonctionner mais elles sont très rapidement
diluées et dégradées dans les cellules, au cours des
divisions. Nous verrons que ce système de régulation opère au niveau transcriptionnel, et comme la
durée de vie des ARNm bactériens est très brève,
le mécanisme est opérationnel presque instantanément. Si l’on supprime le tryptophane du milieu,
le phénomène fait l’objet d’une réversion.
Ces deux situations permettent de définir deux
grands modes de régulation de l’expression des
gènes chez les Bactéries : la régulation par induction et la régulation par répression. Leurs mécanismes ont été élucidés grâce à l’utilisation de
nombreux mutants ainsi qu’à l’emploi judicieux
de systèmes d’échange de matériel génétique
(conjugaison, transduction et sexduction) et
l’obtention de diploïdes partiels pour la réalisation
de tests de dominance et de complémentation.
Nous verrons que ces deux types de régulation
sont basés sur le principe de l’utilisation d’une
protéine bloquant la transcription, en se fixant sur
l’ADN au niveau du promoteur ; il s’agit d’une
régulation négative.
On oppose ce mécanisme à celui basé sur l’utilisation de protéines qui, au contraire, par leur fixation à l’ADN, activent la transcription en stimulant