Fiche explicative de la leçon: Traduction génétique Biologie • Troisième année secondaire

Dans cette fiche explicativee, nous allons apprendre à décrire le processus de la traduction cellulaire et à présenter les rôles de l’ARNm, de l’ARNt et des ribosomes.

La ricine est un poison très puissant qui peut être extrait des graines de l’huile de ricin (les graines sont illustrées ci-dessous).

Même une dose de ricine équivalant à quelques grains de sel peut tuer un Homme adulte ! En fait, la ricine a été utilisée à plusieurs reprises au cours de l’histoire dans diverses tentatives d’assassinat, celle par exemple avec le fameux parapluie modifié qui tirait de minuscules pastilles de ricine ! 

Comment fonctionne la ricine ? La ricine inhibe la traduction des protéines à partir de l’ARNm. Si la cellule ne peut pas produire de protéines, alors tout son métabolisme s’arrête et la cellule meurt.

Un gène est un segment d’ADN qui code pour une unité fonctionnelle particulière, par exemple une protéine. Vous vous souvenez certainement que, pour qu’un gène s’exprime sous la forme d’une protéine, il doit d’abord être transcrit en ARNm. Cet ARNm est ensuite traduit en une chaîne polypeptidique dans un processus appelé traduction. Un polypeptide est une longue chaîne d’acides aminés (les blocs de construction des protéines). Cette chaîne polypeptidique, en association avec d’autres chaînes, peut alors se replier en une protéine correspondant au gène.

Dans les cellules eucaryotes, l’ARNm est transcrit dans le noyau puis sort par des pores nucléaires vers le cytoplasme, où se produit la traduction. Dans les cellules procaryotes, qui ne possèdent pas de noyaux, la transcription et la traduction ont lieu dans le cytoplasme.

La traduction d’un ARNm en un polypeptide implique la conversion de la séquence d’ARNm en acides aminés correspondants. Rappelez vous que les séquences de 3 nucléotides forment ce qu’on appelle des codons. Chaque codon peut coder pour un acide aminé spécifique en fonction du code génétique.

Vous vous souvenez sûrement que les séquences d’ARNm sont lues dans le sens à . Par exemple, considérons la séquence d’ARNm suivante

Les deux codons « AUG » et « UUC » codent pour les acides aminés méthionine (Met) et phénylalanine (Phe). Vous pouvez décoder n’importe quelle séquence d’ARNm en utilisant une roue de codons, comme le montre la figure 2.

Exemple 2: Déterminer la séquence des acides aminés à partir de l’ARNm

Considérons la séquence suivante d’ARNm : 

À l’aide de la roue de codons fournie, déterminez la séquence en acides aminés qui se traduirait de cette séquence d’ARNm.

1. Tyr, Asp, Gln, Pro
2. Ser, Gly, Gln, Ser
3. Tyr, Glu, Asn, Arg
4. Stop, Asp, Lys, Pro
5. His, Glu, Thr, Arg

Réponse

Pour qu’un gène dans l’ADN soit converti en protéine, l’ARN messager (ARNm) doit d’abord être formé dans un processus appelé transcription. La transcription produit une séquence d’ARNm qui porte la même information que celle contenue dans l’ADN du gène, sauf qu’elle inclut de l’uracile (U) à la place de la thymine (T) puisqu’il s’agit d’ARN. Cette séquence d’ARNm peut ensuite être traduite en acides aminés pour former un polypeptide dans un processus appelé traduction. Le polypeptide résultant peut se replier pour former la protéine correspondant au gène.

Une roue de codons, comme indiqué ci-dessus, est le code génétique qui fait correspondre les codons à l’acide aminé. Pour l’utiliser, partez du centre de la roue (de ) et avancez vers l’extérieur (vers ). Rappelez vous que, par convention, les séquences d’ARNm sont lues dans le sens à . Ainsi, pour le codon -GAG- , vous utiliserez la roue de codon en partant du centre, vous commencerez donc par « G », puis « A » dans la zone suivante, puis « G » dans la zone suivante. Cela donne l’acide aminé Glu.

La suite fournie peut se diviser en codons après le troisième nucléotide, ce qui correspond à UAC GAG AAC CGA. Regardons comment chaque codon se traduit par son acide aminé : 

• UAC : Tyr ; 
• GAG : Glu ; 
• AAC : Asn ; 
• CGA : Arg.

Par conséquent, la bonne réponse est l’option C, Tyr, Glu, Asn, Arg.

Il y a deux éléments principaux dans la traduction : les ARN de transfert et les ribosomes. Regardons chacun d’eux en détail.

Un ARN de transfert (ARNt) est une molécule d’ARN spécialisée dans le transport des acides aminés sur le site de traduction pour la synthèse. Il existe un ARNt correspondant à chaque codon et à chaque acide aminé. Toutes les molécules d’ARNt ont la forme caractéristique de trèfle que vous pouvez voir sur la figure 3. Cette forme distincte est due à l’ARN simple brin pouvant se replier sur lui-même en raison des règles d’appariement complémentaire des bases.

Chaque ARNt possède deux régions spécialisées.

La boucle anticodon se trouve à l’extrémité basse de la molécule (figure 3). Cette région est complémentaire à la séquence de codon qui se trouve sur l’ARNm. En raison de sa complémentarité, l’anticodon peut s’associer au codon de l’ARNm. C’est ainsi qu’un ARNt interagit de façon spécifique avec les codons de l’ARNm. Par exemple, l’anticodon UUA (comme sur la figure 3) peut se lier au codon complémentaire de l’ARNm AAU, comme le montre la figure 4, avec l'anticolon dans le sens à .

L’autre extrémité en haut de l’ARNt représente le site où l’acide aminé correspondant est lié. Dans notre exemple, AAU est le codon pour l’asparagine (Asn), donc cet ARNt sera porteur d’un acide aminé d’asparagine.

En plus de l’ARNt, l’autre élément majeur de la traduction est un complexe de protéines et d’ARN appelé le ribosome. Ce complexe est une structure macromoléculaire qui interagit avec les ARNt pour convertir l’ARNm en polypeptides. Pour ce faire, il lit chaque segment de la molécule d’ARNm pour décoder la séquence, en apportant les acides aminés appropriés (portés par l’ARNt) et en formant une liaison covalente (une liaison peptidique) entre eux. Le polypeptide résultant peut ensuite se replier en une protéine.

Parlons un peu de la structure du ribosome.

Le ribosome est constitué de deux sous-unités appelées la grande sous-unité et la petite sous-unité, comme vous pouvez le voir sur la figure 5. Lorsqu’elles ne sont pas requises, les deux sous-unités se séparent et restent dans le cytoplasme jusqu’à ce qu’un autre brin d’ARNm ait besoin d’être traduit.

Les sous-unités ribosomiques sont composées de protéines et d’ARN. L’ARN est un type particulier d’ARN appelé ARN ribosomique ou ARNr. L’assemblage des ribosomes se fait dans le nucléole des cellules eucaryotes, où il peut se produire des centaines de milliers de ribosomes en une heure ! Une fois les sous-unités des ribosomes assemblées, elles se dirigent vers le cytoplasme où elles peuvent effectuer la traduction.

Maintenant que nous avons vu les deux éléments principaux de la traduction, il est temps de décrire comment l’ARNt et les ribosomes fonctionnent ensemble pour traduire une séquence d’ARNm en un polypeptide correspondant.

La traduction comporte trois étapes principales : l’initiation, l’élongation et la terminaison.

Lors de l’initiation, la petite sous-unité du ribosome commence par se lier à l’ARNm et se déplace le long jusqu’à atteindre le codon de départ. Ce codon est la séquence « AUG » qui correspond à l’acide aminé méthionine (Met). Une fois liée, la petite sous-unité du ribosome s’associe à l’ARNt portant la méthionine, comme le montre la figure 6.

Lorsque l’ARNt portant la méthionine est lié au codon de départ, la grande sous-unité rejoint la petite sous-unité, et l’étape d’élongation de la traduction peut commencer. La grande sous-unité contient 3 sites avec lesquels l’ARNt peut interagir. Le site « A » est le site aminoacyl, le site « P » est le site peptidyl, et le site « E » est le site de sortie (exit en anglais). Lorsque la grande sous-unité se joint, l’ARNt lié au codon de départ se trouve sur le site P. L’ARNt suivant portant l’acide aminé correspondant s’associe ensuite à l’ARNm dans le site aminoacyl. Le ribosome peut à présent rassembler les deux acides aminés en formant une liaison peptidique grâce à son activité enzymatique peptidyl- transférase située dans la grande sous-unité ribosomique. Cela permet de lier un nouveau acide aminé à l’acide aminé précédent pour allonger le polypeptide. Vous pouvez voir l’étape d’élongation de la traduction sur la figure 7.

La ricine, le poison décrit ci-dessus, a une activité enzymatique qui clive ou élimine les composants spécifiques du ribosome impliqués dans l’élongation. Cela empêche le ribosome de poursuivre l’étape d’élongation, et la synthèse des protéines s’arrête dans les cellules.

Ensuite, le ribosome se déplace dans le sens à le long de l’ARNm, d’un codon à l’autre. Cela déplace les ARNt vers de nouveaux sites dans le ribosome. L’ARNt qui perd son acide aminé à l’étape précédente arrive alors dans le site E et sort du ribosome, l’ARNt avec la chaîne polypeptidique passe dans le site peptidyl, et un nouvel ARNt contenant l’acide aminé pour le prochain codon entre dans le site aminoacyl. Vous pouvez le voir sur la figure 8.

Ces étapes se répètent, et la chaîne polypeptidique continue à s’agrandir jusqu’à atteindre un codon de terminaison (UAA, UAG ou UGA). La terminaison de la traduction est déclenchée par des protéines spéciales appelées facteurs de libération qui stimule le ribosome à libérer le polypeptide et l’ARNm. Le polypeptide peut ensuite se replier pour prendre sa forme finale.

Exemple 4: Comprendre les étapes de la traduction

La figure ci-dessous illustre les étapes de la traduction dans le mauvais ordre. Placez les étapes dans le bon ordre.

Réponse

La traduction est le processus de conversion d’un ARNm en un polypeptide correspondant.

Le site de traduction est le ribosome, qui est composé de deux sous-unités (une petite sous-unité et une grande sous-unité). Les ARN de transfert (ARNt) permettent de mettre en place les acides aminés correspondants (déterminé par l’ARNm) pour que le ribosome lie les acides aminés entre eux en formant une liaison peptidique. Un ARNt a une boucle anticodon capable de se lier à la séquence du codon complémentaire sur l’ARNm.

Ce processus commence par la liaison de la petite sous-unité du ribosome à l’extrémité de l’ARNm. Ensuite, l’ARNt de ce codon pénètre dans le ribosome et se lie à l’ARNm avec son anticodon complémentaire. La grande sous-unité du ribosome rejoint ensuite la petite sous-unité. L’ARNt avec l’anticodon complémentaire au codon suivant se lie ensuite sur l’ARNm. Une fois réunis, le ribosome peut joindre les deux acides aminés avec une liaison peptidique. Le ribosome se déplace sur sa longueur et libère ensuite le premier ARNt (qui ne porte plus un acide aminé) pour laisser entrer un autre ARNt complémentaire au codon suivant. Ce processus d’élongation continue jusqu’à atteindre un codon de terminaison, et le ribosome finit par libérer le polypeptide et l’ARNm.

Par conséquent, l’ordre correct est W, V, Z, Y, X.

Les polypeptides peuvent être synthétisés relativement rapidement à une vitesse d’environ 10 acides aminés par seconde. Pour vous donner une idée, le ribosome mettrait environ 5 secondes à synthétiser la protéine insuline, composée de deux polypeptides qui possèdent ensemble environ 50 acides aminés ! De plus, un seul ARNm peut être traduit par de nombreux ribosomes, dans une structure appelée polysome ou polyribosome, pour permettre la synthèse simultanée d’un seul polypeptide. Une fois l’ARNm traduit, il peut être réutilisé pour d’autres traductions jusqu’à ce que l’ARNm soit finalement dégradé.

Récapitulons certains des points clés que nous avons couverts dans cette fiche explicative.