Transcription et Traduction chez les Procaryotes

Étapes de la transcription chez les procaryotes

Comme chez les eucaryotes, la transcription chez les procaryotes se déroule en trois étapes : l'initiation, l'élongation et la terminaison. L'une des principales différences entre la transcription eucaryote et procaryote est que chez les eucaryotes, ce processus se déroule dans le noyau, alors que les procaryotes transcrivent leurs gènes dans le cytoplasme (ils n'ont pas de noyau).

D'autres différences importantes entre la transcription procaryote et la transcription eucaryote se trouvent dans les étapes d'initiation et de terminaison. Nous allons passer en revue chaque étape et identifier où se situent ces différences.

L'initiation de la transcription chez les procaryotes

L'initiation dela transcription commence par la liaison de l'enzyme ARN polymérase à une séquence spécifique du double brin d'ADN, appelée promoteur, qui représente le début du gène. Contrairement aux eucaryotes qui possèdent trois types de polymérase (I, II et III), les procaryotes n' ont qu'un seul type de polymérase.

L'ADN se déroule ensuite dans la région du promoteur et l'ARN polymérase se lie au site de début de la transcription. L'ARN polymérase est maintenant prête à "lire" les bases dans la séquence du brin d'ADN déroulé et à produire un ARN avec une séquence de bases complémentaires.

Les cellules procaryotes ont des opérateurs, des répresseurs et des protéines activatrices qui participent à l'étape d'initiation.

• Lesopérateurs sont des séquences qui ordonnent à des protéines appelées répresseurs de se lier à l'ADN avant le site de démarrage de la transcription.

• Lesrépresseurs empêchent l'ARN polymérase d'accéder à l'ADN. Comme l'ARN polymérase est physiquement bloquée, la transcription ne peut pas avoir lieu.

• Lesprotéines activatrices envoient des signaux à la cellule si et quand l'expression du gène est nécessaire. Lorsqu'elles le font, les répresseurs ne bloquent plus l'ARN polymérase.

Terminaison de la transcription chez les procaryotes

L'ARN polymérase "lit" les bases en parcourant le brin d'ADN de l'extrémité 3′ à l'extrémité 5' (\N(3' \Nrightarrow 5'\N)). Au fur et à mesure qu'elle parcourt le brin, elle le "copie" en ajoutant des paires de bases complémentaires à partir de la direction opposée.

Comme le produit final de la transcription est l'ARN, la base adénine (A) est codée comme (complétée par) uracile (U) au lieu de thymine (T) lorsque les bases complémentaires sont ajoutées.

C'est également à ce stade que le squelette sucre-phosphate de l'ARN est créé par l'ARN polymérase. Alors que le sucre pentose de l'ADN est le désoxyribose, le brin d'ARN qui en résulte contient du ribose.

Fin de la transcription chez les procaryotes

L'élongation se poursuit jusqu'à ce que l'ARN polymérase rencontre une séquence de terminaison dans le gène qui signale la fin de la transcription. La terminaison chez les procaryotes peut suivre deux voies possibles:

• Terminaison Rho-indépendante : lorsque l'ARN polymérase traverse une séquence de terminaison palindromique qui produit une structure en tige-boucle, la faible connexion entre l'hybride ARN-ADN et la polymérase entraîne sa dissociation .

• Terminaison Rho-dépendante: Une protéine appelée rho se lie à l'ARNm transcrit et se déplace le long du brin vers la polymérase. Lorsqu'elle atteint la polymérase, elle incite l'ARNm à se dissocier de la polymérase.

À ce stade, les liaisons hydrogène qui réunissent les hélices d'ARN et d'ADN se rompent, libérant l'ARN nouvellement formé. Dans les cellules procaryotes, le processus de transcription se termine ici, mais dans les cellules eucaryotes, l'ARNm subit un traitement supplémentaire.

Les étapes de la traduction chez les procaryotes

Comme chez les eucaryotes, la traduction chez les procaryotes se déroule en trois étapes : l'initiation, l'élongation et la terminaison. Chez les eucaryotes comme chez les procaryotes, la traduction a lieu dans le cytoplasme avec la médiation des ribosomes. La principale différence entre la traduction procaryote et la traduction eucaryote réside dans l'étape d'initiation, tandis que les étapes d'élongation et de terminaison sont très similaires.

Encore une fois, nous allons discuter de l'ensemble du processus de traduction procaryote et identifier où se situent ces différences.

Initiation de la traduction chez les procaryotes

Les ribosomes peuvent être divisés en petites et grandes sous-unités ribosomiques.

• La petite sous-unité ribosomique liele modèle d'ARNm.

• La grande sous- unité ribosomiquefixe les ARN de transfert (ARNt).

Chez les procaryotes, la petite sous-unité ribosomique se lie à la séquence Shine-Dalgarno sur la matrice de l'ARNm. La séquence Shine-Dalgarno "AGGAGG" se trouve juste avant le codon de départ"AUG" .

La petite sous-unité ribosomique se lie ensuite à la molécule d'ARNt initiateur chargée (ARNti) et, ensemble, elles traversent le brin d'ARNm jusqu'au codon de départ. Cela signale le début de la traduction.

L'anticodon de l'ARNt se lie au codon de départ par appariement des bases. Ensuite, la petite sous-unité ribosomique, l'ARNm et l'ARNt s'attachent à la grande sous-unité ribosomique, formant ce que l'on appelle lecomplexe d'initiation.

L'élongation de la traduction chez les procaryotes

Les bases des étapes d'élongation et de terminaison de la traduction chez les procaryotes et les eucaryotes sont similaires.

Pendant l'élongation, le ribosome continue de traduire les codons et d'ajouter des acides aminés à la chaîne d'acides aminés en croissance. L'élongation a lieu dans les trois compartiments de la grande sous-unité ribosomale : Le site A (aminoacyle), le site P (peptidyle) et le site E (sortie).

Le processus d'élongation peut être résumé comme suit :

• L'ARNt porteur de méthionine se lie au site P tandis que l'ARNt porteur d'aminoacyle se lie au site A.

• La molécule porteuse d'énergie, la guanosine triphosphate (GTP), qui est liée au facteur d'élongation, est hydrolysée, ce qui libère le facteur d'élongation du ribosome.

• Une liaison peptidique se forme entre l'ARNt porteur de méthionine et l'ARNt porteur d'aminoacyle.

• Laméthionine se rend au site A et forme un ARNt peptidique.

• L'ARNt dissocié du site P est déplacé vers le site E.

• Le ribosome déplace le codon suivant dans le site A libre.

• À mesure que le ribosome se déplace le long du brin d'ARNm, il continue d'enregistrer chaque codon, en ajoutant à la chaîne l'anticodon chargé correspondant de l'ARNt.

• L'élongation se poursuit jusqu'à ce que l'ensemble de l'ARNm soit traduit en une chaîne polypeptidique.

Fin de la traduction chez les procaryotes

Latraduction se termine lorsqu'un codonnon-sens ou stop (UAA, UAG, ou UGA) entre dans le site A. Les facteurs de libération appellent l'ARNt pour qu'il se libère. Les facteurs de libération demandent l'hydrolyse de l'ARNt et de la chaîne polypeptidique, libérant ainsi la chaîne polypeptidique nouvellement formée. Pendant et après la traduction, la chaîne polypeptidique est "repliée" dans sa structure tridimensionnelle spécifique au cours d'un processus appelé repliement des protéines.

Après la terminaison, les nucléotides de l'ARNm dégradé peuvent participer à une autre réaction de transcription tandis que les petites et grandes sous-unités ribosomiques se dissocient les unes des autres et de l'ARNm, ce qui leur permet de participer à un autre processus de traduction.

Transcription et traduction couplées chez les procaryotes

Aulieu d'être enfermé dans le noyau, l'ADN procaryote est suspendu dans le cytoplasme , dans la région centrale de la cellule appelée nucléoïde. Comme il n'y a pas de membrane qui sépare l'ADN procaryote des ribosomes, la transcription et la traduction peuvent avoir lieu presque simultanément chez les procaryotes (Fig. 1). Plus précisément, les ribosomes peuvent commencer la traduction alors même que la transcription de l'ARNm n'est pas encore terminée, en formant des complexes ARN polymérase-ARNm-ribosomes.

D'autre part, l'ADN eucaryote est enfermé dans le noyau membranaire, ce qui le sépare des ribosomes dans le cytoplasme et le réticulum endoplasmique. Pour cette raison, la transcription et la traduction eucaryotes ont lieu séparément: la transcription de l'ADN en ARNm a lieu à l'intérieur du noyau. Du noyau, l'ARNm se déplace vers les ribosomes du cytoplasme et du réticulum endoplasmique où il est traduit en protéines (Fig. 2).

Facteurs de transcription chez les procaryotes

Transcription Lesfacteurs sont des protéines qui régulent l'activité d'un gène en envoyant à la cellule un signal indiquant que la transcription est nécessaire. En tant que tels, ils jouent un rôle important dans la régulation de l'expression des gènes procaryotes.

Les procaryotes tels que les bactéries utilisent un facteur de transcription appelé sigma qui se lie vaguement à l'ADN et aide l'ARN polymérase à rechercher un promoteur au cours de la phase d'initiation.

Le facteur sigma se dissocie de l'ARN polymérase une fois que la transcription a commencé, ce qui permet à l'ARN polymérase de poursuivre le processus d'élongation. Le facteur sigma joue donc un rôle essentiel dans la régulation de l'expression des gènes procaryotes en contrôlant la spécificité de la liaison de l'ARN polymérase aux régions promotrices.

Il existe plusieurs types de facteurs sigma dans les cellules procaryotes, chacun reconnaissant un ensemble différent de séquences promotrices et régulant la transcription de gènes spécifiques. Par exemple, le facteur sigma-70 est le facteur sigma le plus courant chez Escherichia coli, et il reconnaît les promoteurs de gènes domestiques impliqués dans des fonctions cellulaires essentielles. En revanche, les facteurs sigma alternatifs, tels que sigma-32, sont induits dans des conditions de stress et régulent la transcription des gènes de réponse au stress.

Différences entre la transcription et la traduction chez les procaryotes et les eucaryotes

Comme les celluleseucaryotes, les cellules procaryotes subissent l'expression et la régulation des gènes . Les cellules procaryotes sont des organismes simples et unicellulaires qui ne possèdent pas de noyau ni d'autres organites liés à une membrane .

Cette caractéristique distinctive des cellules procaryotes fait que les processus de transcription et de traduction des cellules procaryotes sont différents de ceux des cellules eucaryotes. Nous avons déjà abordé la plupart des différences, mais il existe un autre processus important qui diffère entre les procaryotes et les eucaryotes : La réparation de l'ADN, et plus précisément la réparation couplée à la transcription (RCT).

La TCR est un mécanisme de réparation de l'ADN par lequel l'ARN polymérase détecte des lésions dans l'ADN en cours de transcription et arrête la transcription. Cela permet d'éviter la création d'ARN messager et de protéines défectueux. En outre, l'ARN polymérase recrute des protéines de réparation qui tenteront de réparer l'erreur dans l'ADN, de sorte que les mutations ne soient pas intégrées de façon permanente dans l'ADN.