396 trOiSiÈMe partie La génétique
Le repliement des protéines
et les modifications post-traductionnelles
Pendant la synthèse, la chaîne polypeptidique s’enroule et se
replie spontanément à cause de sa séquence d’acides aminés
(structure primaire), en formant une protéine dotée d’une
struc ture spécifique. En d’autres termes, elle devient une molécule tridimensionnelle possédant une structure secondaire et
tertiaire (voir la figure 5.20, p. 90). Par conséquent, un gène
détermine la structure primaire, et cette dernière détermine
à son tour la structure de la molécule. La plupart du temps,
une chaperonine (une protéine jouant le rôle de chaperon
moléculaire) contribue à plier correctement le polypeptide
nouvellement formé (voir la figure 5.23, p. 93).
Avant de pouvoir remplir sa fonction dans la cellule, la protéine doit parfois subir des modifications post-traductionnelles,
c’est-à-dire des modifications qui s’effectuent après la traduction proprement dite. Certains acides aminés sont modifiés
chimiquement par l’ajout de glucides, de lipides, de groupements phosphate ou d’autres substances. Des enzymes
peuvent détacher un ou plusieurs acides aminés de l’extrémité N-terminale de la chaîne polypeptidique. Dans certains
cas, une chaîne polypeptidique est découpée en plusieurs
fragments par voie enzymatique. Par exemple, l’insuline (une
protéine) est d’abord synthétisée sous la forme d’une chaîne
polypeptidique unique ; toutefois, elle ne devient active que
lorsqu’une enzyme enlève un segment situé au centre de la
chaîne. La protéine résultante est formée de deux chaînes
poly peptidiques reliées par des ponts disul fure. Dans d’autres
cas, plusieurs poly peptides synthétisés séparément s’unissent
de façon à constituer les sous-unités d’une protéine pourvue
d’une structure quaternaire. L’hémoglobine en est un exemple
familier (voir la figure 5.20, p. 90).
L’acheminement des polypeptides
vers des cibles spécifiques
L’observation au microscope électro nique de cellules eucaryotes synthétisant des protéines permet de mettre en
évidence deux populations de ribosomes (et de polyribosomes) : des ribosomes libres et d’autres qui sont liés (voir la
figure 6.10, p. 113). Les premiers sont en suspension dans le
cytosol et synthétisent surtout des protéines qui restent dans
le cytosol, où elles remplissent leurs fonctions. Les seconds
sont fixés à la face cytoplasmique du réticulum endoplasmique (RE) rugueux, ou à celle de l’enveloppe nucléaire ; ils
m Figure 17.22 Le mécanisme de signalisation pour l’acheminement des protéines au RE. Les polypeptides
affectés au réseau intracellulaire de membranes ou sécrétés à l’extérieur de la cellule commencent par une séquence
signal, c’est-à-dire par une série d’acides aminés qui leur assigne une destination précise, le RE. Ce schéma montre
successivement le début de la synthèse d’une protéine destinée à la sécrétion et son arrivée dans le RE. Sa maturation
se poursuit dans le RE, puis dans l’appareil de Golgi. Enfin, une vésicule de sécrétion l’achemine vers la membrane
plasmique. C’est de là qu’elle sera sécrétée à l’extérieur de la cellule (voir la figure 7.12, p. 146).
Ribosome
Particule de
reconnaissance
du signal (PRS)
Protéine
réceptrice
de la PRS
CYTOSOL
LUMIÈRE DU RE
Membrane
du RE
Protéine
La
séquence
signal est
enlevée
Complexe
de translocation
La synthèse
du polypeptide
commence sur
un ribosome libre
dans le cytosol.
1
Une particule
de reconnaissance
du signal (PRS) se lie
à la séquence signal
et interrompt
momentanément
la synthèse
polypeptidique.
2
L’enzyme
de clivage coupe
la séquence signal.
5
Le polypeptide
enfin terminé se
détache du ribosome
et se plie de façon
à prendre sa conformation définitive.
6
La PRS se lie à une protéine
réceptrice de la membrane
du RE ; cette protéine fait partie
d’un complexe protéique
(complexe de translocation)
qui comprend notamment
un canal protéique membranaire
et une enzyme de clivage
de la séquence signal.
3
La PRS se détache,
et le polypeptide traverse
la membrane pendant que
sa synthèse se poursuit.
(La séquence signal reste
liée à la membrane.)
4
ARNm
Séquence
signal
Le repliement des protéines
et les modifications post-traductionnelles
Pendant la synthèse, la chaîne polypeptidique s’enroule et se
replie spontanément à cause de sa séquence d’acides aminés
(structure primaire), en formant une protéine dotée d’une
struc ture spécifique. En d’autres termes, elle devient une molécule tridimensionnelle possédant une structure secondaire et
tertiaire (voir la figure 5.20, p. 90). Par conséquent, un gène
détermine la structure primaire, et cette dernière détermine
à son tour la structure de la molécule. La plupart du temps,
une chaperonine (une protéine jouant le rôle de chaperon
moléculaire) contribue à plier correctement le polypeptide
nouvellement formé (voir la figure 5.23, p. 93).
Avant de pouvoir remplir sa fonction dans la cellule, la protéine doit parfois subir des modifications post-traductionnelles,
c’est-à-dire des modifications qui s’effectuent après la traduction proprement dite. Certains acides aminés sont modifiés
chimiquement par l’ajout de glucides, de lipides, de groupements phosphate ou d’autres substances. Des enzymes
peuvent détacher un ou plusieurs acides aminés de l’extrémité N-terminale de la chaîne polypeptidique. Dans certains
cas, une chaîne polypeptidique est découpée en plusieurs
fragments par voie enzymatique. Par exemple, l’insuline (une
protéine) est d’abord synthétisée sous la forme d’une chaîne
polypeptidique unique ; toutefois, elle ne devient active que
lorsqu’une enzyme enlève un segment situé au centre de la
chaîne. La protéine résultante est formée de deux chaînes
poly peptidiques reliées par des ponts disul fure. Dans d’autres
cas, plusieurs poly peptides synthétisés séparément s’unissent
de façon à constituer les sous-unités d’une protéine pourvue
d’une structure quaternaire. L’hémoglobine en est un exemple
familier (voir la figure 5.20, p. 90).
L’acheminement des polypeptides
vers des cibles spécifiques
L’observation au microscope électro nique de cellules eucaryotes synthétisant des protéines permet de mettre en
évidence deux populations de ribosomes (et de polyribosomes) : des ribosomes libres et d’autres qui sont liés (voir la
figure 6.10, p. 113). Les premiers sont en suspension dans le
cytosol et synthétisent surtout des protéines qui restent dans
le cytosol, où elles remplissent leurs fonctions. Les seconds
sont fixés à la face cytoplasmique du réticulum endoplasmique (RE) rugueux, ou à celle de l’enveloppe nucléaire ; ils
m Figure 17.22 Le mécanisme de signalisation pour l’acheminement des protéines au RE. Les polypeptides
affectés au réseau intracellulaire de membranes ou sécrétés à l’extérieur de la cellule commencent par une séquence
signal, c’est-à-dire par une série d’acides aminés qui leur assigne une destination précise, le RE. Ce schéma montre
successivement le début de la synthèse d’une protéine destinée à la sécrétion et son arrivée dans le RE. Sa maturation
se poursuit dans le RE, puis dans l’appareil de Golgi. Enfin, une vésicule de sécrétion l’achemine vers la membrane
plasmique. C’est de là qu’elle sera sécrétée à l’extérieur de la cellule (voir la figure 7.12, p. 146).
Ribosome
Particule de
reconnaissance
du signal (PRS)
Protéine
réceptrice
de la PRS
CYTOSOL
LUMIÈRE DU RE
Membrane
du RE
Protéine
La
séquence
signal est
enlevée
Complexe
de translocation
La synthèse
du polypeptide
commence sur
un ribosome libre
dans le cytosol.
1
Une particule
de reconnaissance
du signal (PRS) se lie
à la séquence signal
et interrompt
momentanément
la synthèse
polypeptidique.
2
L’enzyme
de clivage coupe
la séquence signal.
5
Le polypeptide
enfin terminé se
détache du ribosome
et se plie de façon
à prendre sa conformation définitive.
6
La PRS se lie à une protéine
réceptrice de la membrane
du RE ; cette protéine fait partie
d’un complexe protéique
(complexe de translocation)
qui comprend notamment
un canal protéique membranaire
et une enzyme de clivage
de la séquence signal.
3
La PRS se détache,
et le polypeptide traverse
la membrane pendant que
sa synthèse se poursuit.
(La séquence signal reste
liée à la membrane.)
4
ARNm
Séquence
signal