Fiche de révision : Synthèse et traduction des protéines

📋 Plan du Cours

1. Acteurs moléculaires de la traduction
2. Code génétique et cadres de lecture
3. Initiation et régulation de la traduction
4. Élongation et contrôle qualité
5. Terminaison et inhibiteurs
6. Sauvetage des ribosomes sans codon stop
7. Inhibition et régulation de la traduction
8. Repliement et protéines chaperonnes
9. Protéines mal repliées et pathologies
10. Maturation post-traductionnelle des protéines
11. Durée de vie et signaux de dégradation
12. Systèmes cellulaires de dégradation protéique

📖 1. Acteurs moléculaires de la traduction

🔑 Notions clés & Définitions

• ARN de transfert : Petit ARN simple brin de 75 à 95 nucléotides qui adapte un acide aminé à son codon sur l’ARNm.
• Ribosome : Particule ribonucléoprotéique composée d’une petite et d’une grande sous-unité, qui lit l’ARNm et catalyse la synthèse peptidique.

★ À maîtriser

• Chez les eucaryotes, l’ADN est transcrit dans le noyau, puis l’ARNm est exporté et traduit dans le cytosol ; la synthèse peptidique mitochondriale constitue une exception.

• Une aminoacyl-ARNt synthétase charge un ARNt en activant d’abord l’acide aminé avec l’AMP grâce à l’ATP, puis en transférant l’acide aminé activé sur le 3’OH de l’ARNt avec expulsion de l’AMP.

• Il existe 20 aminoacyl-ARNt synthétases, qui assurent la spécificité du couplage acide aminé-ARNt grâce à la reconnaissance de l’anticodon et à un site d’édition éliminant les acides aminés incorrects.

• Le ribosome possède un site A d’entrée des aminoacyl-ARNt, un site P où se trouve la chaîne en cours de synthèse et un site E de sortie des ARNt déchargés.

Compléments

• Les ARNt sont transcrits par l’ARN polymérase III et leur extrémité 3’ porte la séquence CCA où se fixe l’acide aminé.

• Le contrôle d’édition des aminoacyl-ARNt synthétases limite les erreurs de couplage à environ une pour 40 000.

• Dans le nucléole, les ARNr précurseurs sont maturés, s’associent aux protéines ribosomiques, forment des structures intermédiaires auxquelles s’intègre l’ARNr 5S, puis les sous-unités matures sont exportées séparément par les pores nucléaires.

• Les quatre types d’ARNr sont :

  • ARNr 18S, incorporé à la petite sous-unité.
  • ARNr 5,8S, incorporé à la grande sous-unité.
  • ARNr 28S, incorporé à la grande sous-unité.
  • ARNr 5S, incorporé à la grande sous-unité.

• Un peptide signal est reconnu par une particule cytosolique qui interagit avec le translocon du réticulum endoplasmique granuleux, ce qui associe le ribosome au réticulum et permet la translocation de la protéine naissante dans sa lumière.

📖 2. Code génétique et cadres de lecture

🔑 Notions clés & Définitions

• Code génétique : Établit la correspondance entre la séquence de l’ARNm et celle du polypeptide néosynthétisé.
• Règle du wobble : Appariement flottant de la troisième base du codon avec la base située en 5’ de l’anticodon, ce qui permet à un ARNt de reconnaître plusieurs codons synonymes.
• Cadre ouvert de lecture : Portion de l’ARNm traduite, qui commence au codon initiateur AUG et se termine à un codon stop en phase.

★ À maîtriser

• Un codon est une combinaison de trois nucléotides de l’ARNm lue dans le sens 5’ vers 3’.

📌 Le code génétique est dégénéré car plusieurs codons peuvent coder le même acide aminé, mais il est non ambigu car chaque codon ne spécifie qu’un seul acide aminé.

• Le code génétique utilise quatre bases pour coder 20 acides aminés et comprend 64 codons, dont 61 codons signifiants et trois codons stop.

• Un décalage d’une ou de deux bases modifie le cadre de lecture et change l’enchaînement des acides aminés traduits.

Compléments

• Le code génétique est universel entre les espèces, avec quelques exceptions chez certaines bactéries et dans le génome mitochondrial.

• Chez l’Homme, 48 gènes distincts codent les ARNt, alors que 61 ARNt théoriques pourraient reconnaître les 61 codons signifiants.

• Les codons de début et de fin sont :

  • AUG : codon initiateur qui code la méthionine.
  • UAA : codon stop.
  • UAG : codon stop.
  • UGA : codon stop.

• Le gène CDKN2a peut produire par épissage alternatif deux ARNm matures traduits dans des cadres distincts, codant p16 et p14-ARF, qui contribuent à l’arrêt du cycle cellulaire et à l’apoptose.

• Une insertion ou une délétion d’une ou de deux bases peut décaler le cadre de lecture, et un décalage ribosomique contrôlé est également décrit dans le génome du rétrovirus HIV.

💡 Astuce mémo

Un codon est non ambigu ; le code, lui, est dégénéré.

📖 3. Initiation et régulation de la traduction

🔑 Notions clés & Définitions

• Liaison peptidique : Liaison covalente entre la fonction carboxyle du carbone α d’un acide aminé et la fonction amine du carbone α de l’acide aminé suivant.

★ À maîtriser

• L’initiation de la traduction commence par l’assemblage de la petite sous-unité, de l’ARNt initiateur chargé de méthionine et d’eIF2 activé par le GTP.

📌 En carence en fer, l’IRP fixée à la région 5’ de l’ARNm de la ferritine bloque sa traduction, tandis que sa fixation à la région 3’ de l’ARNm du récepteur de la transferrine stabilise ce transcrit et favorise sa traduction.

Compléments

• La peptidyl-transférase portée par la grande sous-unité ribosomique catalyse la liaison peptidique et son activité est portée par l’ARNr, ce qui en fait un ribozyme.

• L’ARNm est circularisé par les facteurs eIF4E et eIF4G associés à la protéine liant la queue polyadénylée, ce qui contribue à sa stabilisation et indique son intégrité au système de traduction.

• Dans 90 % des cas, l’initiation se fait au premier AUG rencontré, tandis que dans 10 % des cas elle se fait sur un AUG situé plus en aval.

📌 En excès de fer, le fer se lie aux protéines IRP, libérant l’ARNm de la ferritine pour sa traduction et favorisant la dégradation de l’ARNm du récepteur de la transferrine.

💡 Astuce mémo

Fer abondant → ferritine traduite et récepteur de la transferrine dégradé.

📖 4. Élongation et contrôle qualité

📝 Points essentiels

• Pendant l’élongation, un aminoacyl-ARNt entre au site A, la liaison peptidique est formée, la grande sous-unité avance de trois nucléotides, puis la petite sous-unité se déplace pour libérer le site A et placer l’ARNt déchargé au site E.

• Le facteur EF1 associé au GTP retarde la formation de la liaison peptidique afin que le ribosome vérifie l’appariement codon-anticodon ; un appariement incorrect dissocie l’ARNt, tandis qu’un appariement correct permet l’hydrolyse du GTP et la poursuite de l’élongation.

💡 Astuce mémo

Entrée au site A, liaison peptidique, translocation de trois nucléotides, sortie au site E.

📖 5. Terminaison et inhibiteurs

★ À maîtriser

• Lorsqu’un codon stop atteint le site A, un facteur de relargage s’y fixe, provoque l’hydrolyse et la libération de la chaîne polypeptidique, puis le ribosome se dissocie de l’ARNm et est recyclé.

• En l’absence de codon stop sur un ARNm endommagé, un tmRNA apporte une alanine au ribosome, remplace l’ARNm défectueux et permet la synthèse d’une étiquette de 11 alanines suivie d’un codon stop, qui dirige la protéine de fusion vers le protéasome.

Compléments

• Des molécules inhibitrices de la traduction peuvent se fixer aux sous-unités ribosomiques ou aux sites d’accueil et de déplacement des aminoacyl-ARNt ; certains de ces composés agissent comme antibiotiques contre les bactéries.

💡 Astuce mémo

Codon STOP : facteur de relargage ; absence de STOP : tmRNA et étiquette.

📖 6. Sauvetage des ribosomes sans codon stop

★ À maîtriser

• En absence de codon stop sur un ARNm endommagé, un tmRNA porteur d’alanine se fixe au site A, permet la liaison à la chaîne naissante, remplace l’ARNm endommagé et code une étiquette de 11 alanines suivie d’un codon stop.

• La protéine issue du sauvetage par le tmRNA est une protéine de fusion portant, après la protéine initiale incomplète, une étiquette de 11 alanines reconnue par le protéasome.

Compléments

• Le sauvetage par le tmRNA libère le ribosome d’un ARNm endommagé, qui est ensuite rapidement dégradé parce qu’il a perdu l’extrémité 3’ qui le protège des RNases.

💡 Astuce mémo

tmRNA–alanine–étiquette–protéasome

📖 7. Inhibition et régulation de la traduction

★ À maîtriser

• Chez les bactéries, les inhibiteurs de la traduction agissent comme antibiotiques en bloquant la synthèse protéique et donc la croissance bactérienne.

• La traduction est un processus séquentiel et hautement régulé à chaque étape, ce qui la rend relativement fidèle.

Compléments

• Les inhibiteurs peuvent cibler : la grande sous-unité ribosomique, la petite sous-unité ribosomique, le site actif, les sites d’accueil et de déplacement des aminoacyl-ARNt

• L’initiation de la traduction est particulièrement régulée : une réponse au stress peut bloquer complètement la traduction ou favoriser celle de protéines cibles, comme les protéines chaperonnes.

• L’élongation est efficace mais consomme de l’énergie lors du couplage de l’aminoacyl à l’ARNt, et les facteurs d’initiation et d’élongation consomment également du GTP.

📖 8. Repliement et protéines chaperonnes

🔑 Notions clés & Définitions

• Repliement des protéines : Processus physique par lequel un polypeptide acquiert sa structure tridimensionnelle caractéristique et fonctionnelle, appelée forme native.

★ À maîtriser

• Les protéines chaperonnes guident le repliement en plusieurs étapes et sont présentes dans le cytosol, le réticulum endoplasmique et la mitochondrie.

Compléments

• Pour certaines protéines, le repliement commence pendant la synthèse ribosomique à l’extrémité N-terminale, synthétisée en premier, puis se poursuit jusqu’à l’extrémité C-terminale.

• La HSP70 se fixe à une protéine en cours de synthèse pour l’aider à acquérir sa structure tridimensionnelle, et chaque repliement assisté consomme de l’ATP.

• La HSP60 forme deux anneaux empilés délimitant une cavité centrale où les sites hydrophobes sont résolus avec de l’ATP ; un couvercle protège la protéine et son ouverture nécessite également de l’ATP.

📌 Une protéine que les chaperonnes ne parviennent pas à replier correctement est orientée vers le protéasome pour être dégradée.

📖 9. Protéines mal repliées et pathologies

★ À maîtriser

📌 Une protéine mal repliée peut être orientée vers la dégradation lorsque son acquisition de la forme native prend trop de temps ou lorsqu’elle expose anormalement des zones hydrophobes.

• Dans les maladies d’Alzheimer, de Parkinson et de Huntington, des protéines neuronales changent spontanément de conformation, exposent des zones hydrophobes et s’assemblent en plaques amyloïdes résistantes aux protéases, qui perturbent les neurones et peuvent entraîner leur mort.

📌 Dans la maladie de Creutzfeldt-Jakob, le changement de conformation est induit par une protéine prion mal repliée, qui peut être transmise d’un individu à l’autre et rend la maladie contagieuse.

Compléments

• Dans le cytosol polaire, les zones hydrophobes exposées rendent les protéines mal repliées moins solubles et favorisent leur agrégation, qui peut être délétère pour la cellule.

💡 Astuce mémo

Exposition des zones hydrophobes → agrégation → dysfonctionnement neuronal

📖 10. Maturation post-traductionnelle des protéines

★ À maîtriser

• Des groupements peuvent être greffés de façon covalente sur les chaînes latérales des acides aminés : la sérine, la thréonine et la tyrosine peuvent être phosphorylées, tandis que la sérine, la thréonine et l’asparagine peuvent être glycosylées.

• Pour certaines protéines G monomériques comme Ras, la chaîne aliphatique est cachée lorsque la protéine inactive est liée au GDP et exposée lorsque la protéine est activée, ce qui permet son association à la membrane.

• Les modifications fonctionnelles décrites comprennent : la rencontre avec un ligand ou un cofacteur, l’interaction avec une autre protéine, notamment la formation d’un dimère, la dissociation d’un complexe par libération d’un inhibiteur, le clivage protéolytique d’un précurseur

Compléments

• Les ajouts lipidiques cités sont :

  • acide myristique sur la glycine
  • acide palmitique
  • farnésyle sur la cystéine

• Les acétylations citées concernent la sérine, l’alanine et la lysine, tandis que les méthylations concernent la lysine, l’histidine, l’arginine, l’aspartate, l’asparagine et la glutamine.

📖 11. Durée de vie et signaux de dégradation

🔑 Notions clés & Définitions

• Demi-vie : Temps nécessaire pour éliminer la moitié d’une quantité donnée de cette protéine.

★ À maîtriser

• La synthèse et la dégradation des protéines sont équilibrées par un renouvellement, ou turnover, qui remplace les protéines dégradées par de nouvelles protéines.

• Les trois systèmes majeurs sont :

  • le système calpaïne/calpastatine
  • les lysosomes
  • le protéasome

Compléments

• La demi-vie de l’ARN polymérase est de 75 minutes, celle de l’hémoglobine de 120 jours et celle de la LDH de 130 heures.

• La dégradation d’une protéine peut être signalée par sa phosphorylation, le démasquage d’un domaine normalement caché, sa séquence et la stabilité de son domaine N-terminal, son ubiquitinylation ou l’exposition de zones hydrophobes en cas de mauvais repliement.

📖 12. Systèmes cellulaires de dégradation protéique

🔑 Notions clés & Définitions

• Calpaïnes : Protéases à cystéine non lysosomales dont l’activité dépend du calcium et qui participent à la protéolyse de nombreuses protéines.

★ À maîtriser

📌 Les calpastatines inhibent les calpaïnes en formant avec elles un complexe, mais le calcium déplace les calpastatines, libère le site actif des calpaïnes et permet des clivages protéolytiques.

• 🔄 La dégradation lysosomale par autophagie suit ces étapes :

  1. Une double membrane se forme autour du contenu pour constituer un autophagosome.
  2. L’autophagosome fusionne avec un lysosome.
  3. La pompe à protons abaisse le pH et active les hydrolases acides.
  4. Les hydrolases dégradent le contenu de l’autolysosome secondaire.

• L’ubiquitinylation nécessite l’action coordonnée des enzymes E1, E2 et E3, et E3 porte l’activité ubiquitine-ligase qui transfère l’ubiquitine sur la protéine cible.

• 🔄 L’étiquetage par ubiquitine suit ces étapes :

  1. Le complexe E2-E3 reconnaît le signal de dégradation de la protéine cible.
  2. E2 transfère une ubiquitine sur le groupement NH2 d’une lysine de la protéine.
  3. La répétition du transfert polyubiquitinyle la protéine.
  4. Le protéasome reconnaît la protéine polyubiquitinylée.

Compléments

• Le protéasome comporte trois domaines :
  • un domaine de reconnaissance des protéines cibles
  • un domaine contenant les sites actifs des protéases
  • un domaine permettant l’élimination des acides aminés issus de la dégradation