4. F LUX DE L ’ INFORMATION GÉNÉTIQUE.S TRUCTURE ET EXPRESSION DES G È NES.
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© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit.
d’être fabriquées dès qu’un ou plusieurs produits
sont ajoutés au milieu de culture;l’exemple classique est celui de la régulation de la chaîne de biosynthèse du tryptophane chez E. coli, qui a été
présentée plus haut. En l’absence de cet acide
aminé dans le milieu, la cellule synthétise toutes
les enzymes nécessaires à sa biosynthèse ; si on le
rajoute au milieu, il y a répression de l’expression
des gènes responsables. Ceci est à nouveau compréhensible, en termes de coût énergétique pour la
cellule : il n’est pas nécessaire de continuer à fabriquer du tryptophane endogène, s’il en existe une
source utilisable dans le milieu. Ceci est vrai pour
un grand nombre de systèmes physiologiques de
type anabolique.
Comme dans le cas précédent, les gènes de
structure sont organisés en un opéron, contrôlé
par un seul segment promoteur/opérateur. L’opéron tryptophane compte cinq gènes de structure,
qui codent cinq chaînes polypeptidiques intervenant dans cinq réactions enzymatiques. Le fonctionnement de cet ensemble est basé sur la
synthèse par le gène régulateur d’un répresseur
protéique inactif, appelé aporépresseur, qui n’est
pas capable de se fixer seul sur l’opérateur ; dans
ces conditions, la transcription a lieu. En présence
d’un excès de tryptophane, l’aporépresseur le fixe
et acquiert une configuration telle que ce dernier
devient capable de reconnaître l’opérateur. La
répression est donc contrôlée par une petite molécule exogène à laquelle on donne le nom de corépresseur. Il s’agit en général du produit final de la
chaîne de biosynthèse (ici un acide aminé), mais
cela peut aussi être un de ses dérivés directs, par
exemple l’ARNt chargé de l’acide aminé. De
même que pour l’induction, la fixation du complexe répresseur empêche l’ARN polymérase de se
fixer sur l’unique promoteur de l’opéron. Il faut
noter ici que le gène régulateur n’est pas localisé à
proximité immédiate de l’opéron tryptophane.
Plusieurs centaines d’opérons inductibles ou
répressibles ont été identifiées chez E. coli ; certaines variations sont possibles autour des deux
schémas de base que nous avons décrits. Dans le
cas de la synthèse de l’arginine, par exemple, il y a
bien répression coordonnée par cet acide aminé,
mais tous les gènes ne sont pas rassemblés en un
seul opéron. D’autre part, dans le cas de l’opéron
histidine, qui comprend neuf gènes à la suite, on
constate que l’on n’obtient pas le même nombre de
molécules de protéines pour les différents gènes ;
il existe un gradient décroissant de l’efficacité de la
traduction à partir de l’extrémité 5’ de l’ARNm,
cette modulation étant sous contrôle génétique, car
il existe des mutations qui la perturbent.
6. MÉCANISMES MOLÉCULAIRES
DE LA TRADUCTION
6.1. Ribosomes procaryotiques
et eucaryotiques
6.1.1. O RGANISATION GÉNÉRALE DES RIBOSOMES
Les ribosomes sont des particules de taille voisine de 20 nm, apparaissant très sombres en microscopie électronique, que l’on trouve en abondance
dans le cytoplasme de toutes les cellules ; il en
existe plus de 15 000 dans une Bactérie, où ils
représentent jusqu’à 25 % de la masse cellulaire.
Leur morphologie précise a été étudiée grâce à la
technique de coloration négative, couplée à des
analyses immunologiques (voir figure 4.13). Ces
particules sont exclusivement constituées d’ARN
et de protéines, dans des proportions respectivement voisines de 65 % et 35 %. Ce sont des édifices
supramoléculaires dans lesquels les ARN ont une
configuration tridimensionnelle très précise et où
les protéines contractent à la fois des liens étroits
non covalents avec eux, mais aussi entre elles
(structure de type quaternaire). Les ribosomes sont
des édifices compacts, peu hydratés et donc relativement denses (d = 1,6).
Les ribosomes possèdent, essentiellement sur
leur grosse sous-unité, deux sites majeurs de liaison pour deux ARNt adjacents ; celle-ci possède
un site liant, au cours de la synthèse protéique, un
ARNt associé à la chaîne polypeptidique
naissante : site peptidique ou site P , et un site liant
un ARNt chargé et libre : site amino-acyl ARNt, ou
site A . Les ARNt ne peuvent se maintenir au
niveau de ces deux sites que si un ARNm est déjà
associé à la petite sous-unité, le long de laquelle il
glisse. Ces sites sont si proches l’un de l’autre que
les deux molécules d’ARNt sont obligées de
s’apparier à des codons immédiatement adjacents
le long de l’ARNm (voir plus loin).
C’est au niveau des ribosomes que se déroulent
les phénomènes capitaux intervenant dans la synthèse des protéines : 1) le décryptage du message
génétique contenu dans l’ARNm, pour le traduire
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© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit.
d’être fabriquées dès qu’un ou plusieurs produits
sont ajoutés au milieu de culture;l’exemple classique est celui de la régulation de la chaîne de biosynthèse du tryptophane chez E. coli, qui a été
présentée plus haut. En l’absence de cet acide
aminé dans le milieu, la cellule synthétise toutes
les enzymes nécessaires à sa biosynthèse ; si on le
rajoute au milieu, il y a répression de l’expression
des gènes responsables. Ceci est à nouveau compréhensible, en termes de coût énergétique pour la
cellule : il n’est pas nécessaire de continuer à fabriquer du tryptophane endogène, s’il en existe une
source utilisable dans le milieu. Ceci est vrai pour
un grand nombre de systèmes physiologiques de
type anabolique.
Comme dans le cas précédent, les gènes de
structure sont organisés en un opéron, contrôlé
par un seul segment promoteur/opérateur. L’opéron tryptophane compte cinq gènes de structure,
qui codent cinq chaînes polypeptidiques intervenant dans cinq réactions enzymatiques. Le fonctionnement de cet ensemble est basé sur la
synthèse par le gène régulateur d’un répresseur
protéique inactif, appelé aporépresseur, qui n’est
pas capable de se fixer seul sur l’opérateur ; dans
ces conditions, la transcription a lieu. En présence
d’un excès de tryptophane, l’aporépresseur le fixe
et acquiert une configuration telle que ce dernier
devient capable de reconnaître l’opérateur. La
répression est donc contrôlée par une petite molécule exogène à laquelle on donne le nom de corépresseur. Il s’agit en général du produit final de la
chaîne de biosynthèse (ici un acide aminé), mais
cela peut aussi être un de ses dérivés directs, par
exemple l’ARNt chargé de l’acide aminé. De
même que pour l’induction, la fixation du complexe répresseur empêche l’ARN polymérase de se
fixer sur l’unique promoteur de l’opéron. Il faut
noter ici que le gène régulateur n’est pas localisé à
proximité immédiate de l’opéron tryptophane.
Plusieurs centaines d’opérons inductibles ou
répressibles ont été identifiées chez E. coli ; certaines variations sont possibles autour des deux
schémas de base que nous avons décrits. Dans le
cas de la synthèse de l’arginine, par exemple, il y a
bien répression coordonnée par cet acide aminé,
mais tous les gènes ne sont pas rassemblés en un
seul opéron. D’autre part, dans le cas de l’opéron
histidine, qui comprend neuf gènes à la suite, on
constate que l’on n’obtient pas le même nombre de
molécules de protéines pour les différents gènes ;
il existe un gradient décroissant de l’efficacité de la
traduction à partir de l’extrémité 5’ de l’ARNm,
cette modulation étant sous contrôle génétique, car
il existe des mutations qui la perturbent.
6. MÉCANISMES MOLÉCULAIRES
DE LA TRADUCTION
6.1. Ribosomes procaryotiques
et eucaryotiques
6.1.1. O RGANISATION GÉNÉRALE DES RIBOSOMES
Les ribosomes sont des particules de taille voisine de 20 nm, apparaissant très sombres en microscopie électronique, que l’on trouve en abondance
dans le cytoplasme de toutes les cellules ; il en
existe plus de 15 000 dans une Bactérie, où ils
représentent jusqu’à 25 % de la masse cellulaire.
Leur morphologie précise a été étudiée grâce à la
technique de coloration négative, couplée à des
analyses immunologiques (voir figure 4.13). Ces
particules sont exclusivement constituées d’ARN
et de protéines, dans des proportions respectivement voisines de 65 % et 35 %. Ce sont des édifices
supramoléculaires dans lesquels les ARN ont une
configuration tridimensionnelle très précise et où
les protéines contractent à la fois des liens étroits
non covalents avec eux, mais aussi entre elles
(structure de type quaternaire). Les ribosomes sont
des édifices compacts, peu hydratés et donc relativement denses (d = 1,6).
Les ribosomes possèdent, essentiellement sur
leur grosse sous-unité, deux sites majeurs de liaison pour deux ARNt adjacents ; celle-ci possède
un site liant, au cours de la synthèse protéique, un
ARNt associé à la chaîne polypeptidique
naissante : site peptidique ou site P , et un site liant
un ARNt chargé et libre : site amino-acyl ARNt, ou
site A . Les ARNt ne peuvent se maintenir au
niveau de ces deux sites que si un ARNm est déjà
associé à la petite sous-unité, le long de laquelle il
glisse. Ces sites sont si proches l’un de l’autre que
les deux molécules d’ARNt sont obligées de
s’apparier à des codons immédiatement adjacents
le long de l’ARNm (voir plus loin).
C’est au niveau des ribosomes que se déroulent
les phénomènes capitaux intervenant dans la synthèse des protéines : 1) le décryptage du message
génétique contenu dans l’ARNm, pour le traduire