Fiche de révision : Principes de la transcription et traduction

📋 Plan du Cours

1. Différences structurales et chimiques entre ARN et ADN
2. Séquences consensus et initiation de la transcription chez les procaryotes
3. Élongation et terminaison de la transcription chez les procaryotes
4. Organisation des promoteurs et facteurs de transcription chez les eucaryotes
5. Mécanismes d’initiation, d’élongation et de régulation de la transcription chez les eucaryotes
6. Maturation des ARN : épissage, coiffage et polyadénylation
7. Régulation de la transcription des gènes de classe II chez les eucaryotes
8. Code génétique : codons, dégénérescence, wobble et cadre de lecture
9. Machinerie et étapes moléculaires de la traduction protéique

📖 1. Différences structurales et chimiques entre ARN et ADN

🔑 Notions clés & Définitions

• ARNm : Molécule d'acide ribonucléique qui porte l'information génétique codant pour la synthèse des protéines.
• Chez les eucaryotes : Organisation cellulaire caractérisée par la présence d'un noyau contenant l'ADN, où la transcription de l'ARNm implique des facteurs de transcription et une maturation incluant l'ajout d'une coiffe en 5', une queue polyA en 3' et l'épissage des introns.
• Hélicase : = déroule hétéroduplex et « détache » l’ARN complet Séparation de l’ARN et du facteur rho car rho va plus vite donc avoir une interaction avec ARN pol Libération de l’ARN pol Terminaison rho indépendante Séquences spécifiques sur l’ADN comprenant deux portions

📝 Points essentiels

• L’ARN contient un sucre ribose, contrairement à l’ADN qui contient un désoxyribose, ce qui influence leur stabilité chimique.
• L’ARN utilise l’uracile (U) comme base azotée à la place de la thymine (T) présente dans l’ADN.
• L’ARN est généralement simple brin, contrairement à l’ADN qui est double brin.
• La structure chimique de l’ARN rend sa double hélice moins stable que celle de l’ADN.

💡 À retenir

Les différences chimiques fondamentales entre ARN et ADN, telles que le type de sucre, les bases azotées utilisées et la structure simple ou double brin, expliquent leurs fonctions distinctes et la stabilité moindre de l’ARN par rapport à l’ADN.

📖 2. Séquences consensus et initiation de la transcription chez les procaryotes

🔑 Notions clés & Définitions

• Excision : Processus enzymatique qui consiste à retirer des segments spécifiques d’ARN, comme les introns dans les ARNm eucaryotes, pour produire un ARN mature.
• Séquences consensus : 1) - Séquences consensus (conservée) o Boite TATA (pribnow) en -10 5’-TATAAT-3’ Ouverture + facile, accès de l’ARN pol o En boite -35, 5’-TTGACA-3’ Auriane GAUTHIER Biologie moléculaire 2022-2023 5 Initiation de la transcription : - Le premier nucléotide est le plus souvent A (parfois
• Chez les procaryotes : Une seule ARN polymérase.

📝 Points essentiels

• La boîte -35 (5’-TTGACA-3’) est une séquence consensus importante pour la reconnaissance par l’ARN polymérase.
• L’ARN polymérase procaryote n’a pas besoin d’amorce pour initier la transcription, contrairement à la réplication.
• Le premier nucléotide transcrit est le plus souvent une adénine (A).
• L’information de l’ADN est fidèlement transcrite en ARN - Certains ARN sont édifiés (RNA editing) c’est-à-dire un changement de la séquence nucléotidiques des ARNm matures - Dans l’édition les séquences de l’ARN sont différentes de la séquence génomique donc on aura une nouvelle protéine à partir d’un gène. Les modifications peuvent être dans les nouveau acides aminés, dans les protéines tronquées - Ce n’est pas un épissage et existe aussi chez certains virus Quand les ARNm sont maturés, ils sont transférés vers le cytoplasme (traduction) - Processus fortement régulé - Les autres ARN (introns, ARN non terminés…) sont retenus dans le noyau et dégradés par des RNASes Auriane GAUTHIER Biologie moléculaire 2022-2023 26 - Les ARNm matures sont identifiés par un ensemble de facteurs protéiques car d’autres facteurs sont fixés sur leur structure - L’export des ARN se déroule à travers les pores nucléaires - Les facteurs protéiques fixés sur les ARN sont relargués et réimportés dans le cytoplasme. 2- Transcription des ARNm des gènes I (a voir vite fait) ARN polymérase I font la transcription des ARNr Chez les eucaryotes : ARNr 18S (petite sous unité du ribosomes), ARNr 28S, 5,8S et 5S (pol lll) (grande sous unité) - ARNr = ARN les plus abondants - Multiples copies des gènes des ARNr - Les ARNr sont regroupés en unité de transcription Quelques ARNr possèdent des introns
• Chez les eucaryotes : Les ARN polymérases n’ont pas d’affinité pour l’ADN → nécessité d’autres protéines : Les facteurs de transcription TF Chez les procaryotes : contrôle de la transcription par des séquences de régulation proche du promoteur.

💡 À retenir

La boîte TATA (Pribnow) en position -10 (5’-TATAAT-3’) facilite l’ouverture de l’ADN pour l’initiation de la transcription chez les procaryotes.

📖 3. Élongation et terminaison de la transcription chez les procaryotes

🔑 Notions clés & Définitions

📝 Points essentiels

• L'ARN polymérase forme une bulle de transcription d'environ 20 nucléotides et progresse à environ 40 nt/s.
• L'hétéroduplex ARN/ADN formé pendant l'élongation contient environ 10 nucléotides.
• La terminaison rho-dépendante implique la protéine rho qui interagit avec l'ARN polymérase pour arrêter la transcription.
• La terminaison rho-indépendante repose sur des séquences riches en GC formant une structure en épingle à cheveux suivie d'une série de U, provoquant la dissociation de l'ARN polymérase.

💡 À retenir

L'ARN polymérase forme une bulle de transcription d'environ 20 nucléotides et progresse à environ 40 nt/s.

📖 4. Organisation des promoteurs et facteurs de transcription chez les eucaryotes

🔑 Notions clés & Définitions

• Chez les eucaryotes : Organisation de la transcription caractérisée par la nécessité de facteurs de transcription pour l’initiation, avec des éléments promoteurs spécifiques et un contrôle complexe incluant la chromatine.
• Enhancer : Séquence régulatrice située à distance du promoteur qui augmente la transcription en facilitant la fixation des facteurs de transcription généraux via des facteurs spécifiques.
• Facteurs de transcription généraux (TFII) : Ensemble de six protéines (TFIIA, TFIIB, TFIID, TFIIE, TFIIF, TFIIH) qui s’assemblent séquentiellement sur le promoteur pour former le complexe de pré-initiation nécessaire à l’initiation de la transcription par l’ARN polymérase II.
• GC box : Élément régulateur situé en position -90 du promoteur, reconnu par le facteur de transcription spécifique SP1, qui influence la force du promoteur.

📝 Points essentiels

• Le promoteur de l'ARN polymérase II contient une boîte TATA en -25 (TATAAAA) essentielle pour le positionnement de la polymérase.
• Le TFIID contient la TBP qui reconnaît la boîte TATA, et des TAFs qui participent à la régulation.
• Les éléments régulateurs comme la GC box et la CAAT box, reconnus par des facteurs spécifiques, modulent la force du promoteur.
• Il est composé de TBP (TATA box binding protein) et de TAFs (TBP associated factors) 2- TFIIA et TFIIB se fixent à TFIID 3- Le complexe TFIIF / ARN pol II (préalablement formé) est recruté 4- TFIIE est recruté puis TFIIH.

💡 À retenir

La transcription eucaryote nécessite l'assemblage séquentiel de facteurs de transcription sur des éléments promoteurs spécifiques, dont la boîte TATA, la GC box, et la CAAT box, pour initier la transcription.

📖 5. Mécanismes d’initiation, d’élongation et de régulation de la transcription chez les eucaryotes

🔑 Notions clés & Définitions

• Chez les eucaryotes : Les mécanismes de transcription, de maturation et de régulation sont spécifiques aux cellules eucaryotes, impliquant notamment la phosphorylation de l'extremité CTD de l'ARN polymérase II, le coiffage, la polyadénylation et l'excision des introns.
• Coiffage (capping) de l’ARNm : Modification post-transcriptionnelle consistant en l'ajout d'une coiffe en 5' (structure 7-méthylguanosine) qui protège l'ARNm, facilite son exportation et sa traduction.
• Transcription chez les procaryotes : Les procaryotes, il n’existe qu’une seule ADN pol unique.

📝 Points essentiels

• La phosphorylation de l’extrémité CTD de l’ARN polymérase II par TFIIH déclenche le passage de l’initiation à l’élongation.
• Les facteurs TFIIA, TFIIB et TFIID sont relargués après l’initiation, tandis que TFIIF reste associé à la polymérase.
• Le coiffage de l’ARNm en cours de synthèse consiste en l’ajout d’un guanylate monophosphate en 5’ via un pont triphosphate, protégeant l’ARNm.
• L’élongation implique l’ajout de nucléotides monophosphates (NMP) en 3’OH à partir de NTP dans une bulle de transcription d’environ 10 nt.

💡 À retenir

La transcription eucaryote est régulée par des étapes clés incluant la formation du complexe de pré-initiation, la phosphorylation de la CTD, le coiffage, la polyadénylation et l'élongation, essentielles pour une expression précise et efficace.

📖 6. Maturation des ARN : épissage, coiffage et polyadénylation

🔑 Notions clés & Définitions

• Épissage : Quand tous les introns sont éliminés et chaque exon est conservé

📝 Points essentiels

• L’épissage élimine les introns et relie les exons pour produire un ARNm mature.
• L’épissage alternatif permet la production de plusieurs protéines à partir d’un même gène par sélection variable des exons.
• Le coiffage en 5’ protège l’ARNm et facilite son exportation et traduction.
• La polyadénylation en 3’ ajoute une queue poly-A qui stabilise l’ARNm et régule sa traduction.
• Les snRNPs catalysent l’épissage via la formation du spliceosome.
• L’excision-épissage des introns Chez les eucaryotes, il existe des séquences codantes sur les ARNm = EXONS Et des séquences non codantes entre les exons= INTRONS L’ARN pol II permet la synthèse d’ARN prémessagers qui subissent donc 3 modifications co ou post transcriptionnelles : - Coiffage - Polyadénylation - Excision-épissage des introns Ces modifications sont réalisées dans le noyau avant export vers le réticulum endoplasmique (siècle de la traduction).
• L’information de l’ADN est fidèlement transcrite en ARN - Certains ARN sont édifiés (RNA editing) c’est-à-dire un changement de la séquence nucléotidiques des ARNm matures - Dans l’édition les séquences de l’ARN sont différentes de la séquence génomique donc on aura une nouvelle protéine à partir d’un gène. Les modifications peuvent être dans les nouveau acides aminés, dans les protéines tronquées - Ce n’est pas un épissage et existe aussi chez certains virus Quand les ARNm sont maturés, ils sont transférés vers le cytoplasme (traduction) - Processus fortement régulé - Les autres ARN (introns, ARN non terminés…) sont retenus dans le noyau et dégradés par des RNASes Auriane GAUTHIER Biologie moléculaire 2022-2023 26 - Les ARNm matures sont identifiés par un ensemble de facteurs protéiques car d’autres facteurs sont fixés sur leur structure - L’export des ARN se déroule à travers les pores nucléaires - Les facteurs protéiques fixés sur les ARN sont relargués et réimportés dans le cytoplasme. 2- Transcription des ARNm des gènes I (a voir vite fait) ARN polymérase I font la transcription des ARNr Chez les eucaryotes : ARNr 18S (petite sous unité du ribosomes), ARNr 28S, 5,8S et 5S (pol lll) (grande sous unité) - ARNr = ARN les plus abondants - Multiples copies des gènes des ARNr - Les ARNr sont regroupés en unité de transcription Quelques ARNr possèdent des introns

💡 À retenir

Les modifications post-transcriptionnelles, notamment l’épissage, le coiffage et la polyadénylation, transforment l’ARN pré-messager en un ARNm fonctionnel et diversifié.

📖 7. Régulation de la transcription des gènes de classe II chez les eucaryotes

🔑 Notions clés & Définitions

• Chez les eucaryotes : Les organismes dont les cellules possèdent un noyau délimité par une membrane, où la transcription des gènes de classe II est régulée par des facteurs de transcription généraux et spécifiques agissant sur des séquences promotrices et distales.
• Coli : Une bactérie modèle, Escherichia coli, utilisée pour étudier la régulation génétique, notamment l'expression coordonnée des gènes dans les opérons.
• Facteurs de transcription spécifiques : Initiation de la transcription ARNr 5S On va assembler des facteurs de transcription spécifiques : TFIIIA, TFIIIB, TFIIIC pour recruter l’ARN pol III.

📝 Points essentiels

• La transcription basale des gènes de classe II est assurée par la fixation des facteurs de transcription généraux sur la boîte TATA.
• Les séquences distales comme les enhancers et silencers modulent l’expression génique en activant ou réprimant la transcription.
• Les facteurs de transcription spécifiques se lient aux séquences proximales et distales pour moduler la force et la spécificité tissulaire de la transcription.
• Les enhancers facilitent la fixation des facteurs généraux, tandis que les silencers inhibent cette fixation.

💡 À retenir

Les facteurs de transcription spécifiques se lient aux séquences proximales et distales pour moduler la force et la spécificité tissulaire de la transcription.

📖 8. Code génétique : codons, dégénérescence, wobble et cadre de lecture

🔑 Notions clés & Définitions

• Codons : Triplets de nucléotides dans l'ARN messager qui spécifient un acide aminé ou un signal d'arrêt lors de la traduction protéique.
• Initiation : Phase initiale de la traduction où le ribosome reconnaît le codon start (AUG) et assemble le complexe de traduction pour commencer la synthèse protéique.

📝 Points essentiels

• Un codon est un triplet de nucléotides codant pour un acide aminé ou un signal stop.
• Le code génétique est dégénéré : plusieurs codons synonymes peuvent coder pour un même acide aminé, souvent par variation en troisième base.
• Le wobble permet une flexibilité dans l’appariement de la troisième base du codon avec l’anticodon de l’ARNt, réduisant le nombre d’ARNt nécessaires.
• Le cadre de lecture est défini par le codon start (AUG) et doit être maintenu pour une traduction correcte.
• Il existe 61 codons codants et 3 codons stop, avec quelques exceptions comme la sélénocystéine incorporée via un codon stop modifié.
• Interaction entre eIF4G et PABP (PolyA Binding Protein) →Formation d'une structure pseudo circulaire Remarque : Certains ARNm ne sont pas coiffés, il existe des séquences spécifiques IRES (Internal Ribosome Entry Site) qui permettent la fixation du ribosome c. Positionnement correct du complexe de pré initiation sur le codon initiateur eIF4G peut interagir avec le complexe 43S. Il va pouvoir aussi interagir avec PABP, fixée sur la séquence PolyA de l’ARNm. eIF4E peut interagir avec la coiffe, ce qui va faire le lien avec ARNm eIF4A est une Hélicase, va pouvoir supprimer les structures secondaires dans l’ARNm qui pourraient inhiber la fixation du complexe de pré initiation. = formation du complexe 48S Auriane GAUTHIER Biologie moléculaire 2022-2023 43 eIF1A permet la progression (hélicase) en présence d’ATP du complexe de pré-initiation jusqu'au codon initiateur. Il y a balayage par l’hélicase (Scanning) des codons AUG qui peuvent se trouver en 3' du complexe de pré- initiation jusqu'à ce qu'il y ait reconnaissance d'une séquence consensus, la Séquence de KOZAC (5' CCRCCAUGG 3' où R est une purine) et reconnaissance du codon initiateur Positionnement du complexe de pré-initiation sur l’AUG initiateur. eIF4 est libéré et recyclé pour un autre cycle de traduction ... eIF5 hydrolyse le GTP fixé sur eIF2 pour libérer de l’espace. Cela provoque la libération des facteurs

💡 À retenir

Maîtriser les principes du code génétique permet de comprendre la fidélité et la flexibilité de la traduction protéique.

📖 9. Machinerie et étapes moléculaires de la traduction protéique

🔑 Notions clés & Définitions

• Peptidyl transférase : Activité enzymatique ribozymique de l’ARNr 23S de la grande sous-unité ribosomale qui catalyse la formation de la liaison peptidique entre les acides aminés lors de la synthèse protéique.
• Traduction chez : Processus de synthèse protéique impliquant l’assemblage de la chaîne polypeptidique à partir de l’ARNm, des ARNt et des ribosomes, coordonné par des facteurs protéiques et enzymatiques spécifiques.

📝 Points essentiels

• Les facteurs d’élongation EF-Tu et EF-Ts facilitent la fixation des acides aminés-ARNt au site A du ribosome en présence de GTP.
• La translocation du ribosome d’un codon en 5’→3’ est assurée par EF-G hydrolysant le GTP, libérant le site A pour un nouvel acide aminé-ARNt.
• La terminaison survient lorsqu’un codon stop est rencontré, sans ARNt correspondant, entraînant la libération de la chaîne polypeptidique.

💡 À retenir

Les facteurs d’élongation EF-Tu et EF-Ts facilitent la fixation des acides aminés-ARNt au site A du ribosome en présence de GTP.

📊 Tableaux de Synthèse

Différences structurales ARN-ADN

Initiation transcription procaryotes vs eucaryotes

⚠️ Pièges & Confusions Fréquentes

1. Confusion entre la stabilité chimique de l'ARN et de l'ADN.
2. Mélanger les séquences consensus chez procaryotes et eucaryotes.
3. Confondre la structure simple brin de l'ARN avec la double hélice de l'ADN.
4. Oublier que l'ARN polymérase eucaryote nécessite des facteurs de transcription.
5. Confondre la terminaison rho-dépendante et rho-indépendante chez les procaryotes.
6. Mélanger les étapes de maturation de l'ARNm avec la transcription.
7. Confondre les mécanismes de régulation chez procaryotes et eucaryotes.

✅ Checklist Examen

1. Comparer la structure chimique de l'ARN et de l'ADN.
2. Identifier les séquences consensus chez les procaryotes.
3. Expliquer le mécanisme de terminaison rho-indépendante.
4. Décrire l'organisation des facteurs de transcription chez les eucaryotes.
5. Détailler les étapes de maturation de l'ARN eucaryote.
6. Comprendre le code génétique et la lecture des codons.
7. Expliquer la machinerie de la traduction et ses étapes.
8. Différencier initiation, élongation et terminaison en transcription et traduction.
9. Connaître les modifications post-transcriptionnelles de l'ARNm.
10. Identifier les éléments promoteurs chez procaryotes et eucaryotes.