Cours 11 Flashcards
Quels sont les types d’ADN?
ARN messager : inclut toute l’information spécifiant la séquence des acides aminées d’une protéine
ARN messager (3-7%)
ARN de transfert (10-15%)
ARN ribosomal (80-90%)
Autres ARNs (1%)
Il y a plusieurs types d’ARNs dans la cellule et on peut les classifier par rapport à leur relation avec les protéines:
Les ARN codants portent l’information pour déterminer la séquence d’une protéine Les ARN non codants sont ceux qui ne codent pas pour des protéines et leur fonction est directement accomplie par l’ARN.
Le tableau résume les ARN non codants plus importants : les ARNr et les ARNt jouent un rôle dans la traduction.
Il y a beaucoup de petits ARN avec des fonctions très importantes: par exemple les ARN interférants, les micro-ARN et les petit ARN nucléaires et nucléolaires. Finalement une famille très diverse les lincRNA, sont encore mal compris est sont le sujet de la recherche en ce moment.
En terme de masse (%) l’ARN ribosomal est le plus abondant.
En termes de nombre de molécules c’est l’ARNt le plus nombreux.
Quelle sont les caractéristiques structurales des ARNs ?
Ribose (2’OH)
U au lieu de T
Ribopolynucléotides monocaténaires
Appariement des bases intramoléculaires
Structure 3D variées
Régions appariées plus courtes
Plusieurs bases modifiées
Il y a des caractéristiques structurales de l’ARN qui sont importantes à savoir :
1- L’ARN contient ribose au lieu de désoxyribose et uracile au lieu de thymine,
2- Les molécules d’ARN sont souvent monocaténaires avec des appariements de bases intramoléculaires,
3- Leurs structures secondaires et tertiaires sont complexes et variées. Par exemple, ici nous voyons un ARNt avec sa structure secondaire caractéristique en forme de feuille de trèfle. Dans l’ARNt nous trouvons plusieurs détails structuraux communs à plusieurs ARN, comme les appariement intramoléculaires, les régions appariées courtes et plusieurs bases modifiées.
Quelles sont les modifications des nucléotides des molécules d’ARNt?
Méthylation des bases
Conversion d’uridine en pseudouridine : liaison glycosidique C-C
Les bases modifiées permettent à l’ARN d’augmenter la diversité structurale au-delà des 4 nucléotides classiques. Les bases modifiées peuvent par exemple déterminer la liaison à des protéines ou d’autres ARNs. La méthylation des bases est l’une des modifications les plus étudiées, mais aussi la pseudo-uridylation, où la liaison glycosidique entre la base et le ribose change d’une liaison N-glycosidique à une liaison C-glycosidique.
Expliquez le monde des ARN
Au début : ARN portait l’information génétique
Le dogme central de la biologie moléculaire établi dans les années 60, postule que l’ADN porte l’information nécessaire pour encoder les fonctions de la cellule et cette information est transmise de l’ADN vers les protéines via l’ARN messager. L’étude de la structure de l’ARN révèle son potentiel à former des structures 3D complexes, ce qui a suggéré qu’à l’origine, des polymères d’ARN formaient les premiers organismes vivants et l’ADN et les protéines ont été ajoutés après.
Qu’est-ce que sont les ribozymes?
Ribozymes : ARN doués d’activité enzymatique :
-Spécificité de substrat
-Non modifiés par la réaction
-Accélèrent les réactions
-Ex : auto-épissage des introns (Cech), ARN de la ribonucléase P (Altman), le ribosome
-Le ribosome est un ribozyme
En 1982 les laboratoires de Tom Cech et Sydney Altman (né a Montréal) ont découvert des molécules d’ARN avec activité catalytique. Avant cette découverte, toutes les enzymes connues étaient des protéines. Par exemple, l’enzyme RNAse P qui joue un rôle dans la maturation de l’ARNt est une ribozyme. Une preuve indirecte de l’importance de l’activité enzymatique de l’ARN pour l’origine de la vie est le fait que la formation de la liaison peptidique dans le ribosome est une réaction catalysée par l’ARN ribosomal. La structure du ribosome montre en fait que seulement l’ARN ribosomal est proche du site où la liaison peptidique est catalysée.
Ces découvertes supportent fortement l’idée que l’ARN était la 1ère biomolécule dans un monde où les 1ers organismes vivants utilisaient l’ARN pour entreposer l’information génétique et pour catalyser leurs réactions chimiques.
Qu’est-ce que la transcription?
Définition: La transcription est le processus par lequel l’information conservée dans l’ADN est communiquée à l’ARN et, par cette voie, disponible pour la synthèse protéique.
Le transfert d’information génétique de l’ADN aux protéines exige la participation de plusieurs classes de molécules d’ARN:
1- ARN de transfert (ARNt): apporte les acides aminés à la machinerie de traduction.
2- ARN ribosomique (ARNr): occupe la plus grande partie du ribosome.
3- ARN messager (ARNm): séquence complémentaire à un des brins d’ADN qui est traduit au niveau des ribosomes en protéine.
L’information biologique passe de l’ADN à l’ARN, puis de l’ARN à la protéine. L’information génétique se perpétue de génération en génération par duplication de l’ADN
Qu’est-ce que l’ARN polymérase ?
La synthèse d’ARN est catalysée par l’ARN polymérase.
Les réactions d’allongement de la synthèse d’ARN sont précédées d’une étape d’initiation séparée et distincte au cours de laquelle le complexe transcripteur s’assemble au site d’initiation
Excepté une petite hélice ARN/ADN de 8-9 nt, l’ARN nouvellement synthétisé est libéré sous la forme d’une molécule simple brin
La synthèse d’ARN est catalysée par l’ARN polymérase en 3 étapes: initiation, élongation et terminaison. Excepté une petite hélice ARN/ADN de 8-9 nt, l’ARN nouvellement synthétisé est libéré sous la forme d’une molécule simple brin. À remarquer que l’ARN se fait à partir du brin matriciel. L’ARN est complémentaire au brin matriciel et il a la même séquence que le brin codant (sens)
De quoi est composé l’ARN polymérase?
Les 5 sous-unités de la polymérase bactérienne composent le cœur commun àtoutes les ARN polymérases
Ressemble aux pinces d’un crabe
L’ARN polymérase est une enzyme très conservée, parce qu’essentiellement elle catalyse la même réaction de polymérisation de l’ARN. Le noyau central de 5 sous-unités est le même chez les bactéries et les eucaryotes. Les sous-unités additionnelles chez les eucaryotes jouent des rôles dans la maturation de l’ARN et la régulation de l’activité de l’enzyme. L’enzyme ressemble à un crabe, l’ADN glisse entre les deux pinces.
Comment se déroule la synthèse d’ARN?
Similaire àla synthèse d’ADN
-3’OH attaque le Pα d’un NTP
-Formation de liaison phosphodiester
-Libération de PPi
-Par contre, pas d’amorce!
La réaction catalysée par la RNA polymérase est similaire à la réaction de l’ADN polymérase. Le 3’OH du ribose d’un nucléotide déjà incorporé ou du 1e nucléotide au début de la transcription attaque le phosphate alpha du nucléotide rentrant. Comme vous savez ce nucléotide doit être complémentaire à celui du brin matriciel.
Le résultat est une liaison phosphodiester entre les 2 nucléotides et la libération du pyrophosphate. Attention, pas besoin d’amorce pour l’ARN polymérase.
Où démarre la transcription?
La transcription démarre aux promoteurs
Promoteur: Région de l’ADN où s’amorce la transcription.
Chez les bactéries, l’élément σ de l’ARN polymérase est indispensable à la reconnaissance du promoteur.
Opéron: Chez les bactéries, plusieurs gènes sont souvent transcrits comme un tout sous la commande d’un promoteur commun. Cet ensemble constitue un opéron.
Chez les eucaryotes, la reconnaissance du promoteur se fait par une panoplie de protéines auxiliaires dont l’ensemble porte le nom de facteurs généraux de transcription.
Dans la cellule eucaryote, chaque gène possède en général son propre promoteur.
La transcription démarre aux promoteurs. Le promoteur inclut une région de l’ADN avec des séquences spécifiques pour reconnaître le site d’initiation de la transcription. Même si la réaction de transcription est identique dans tous les organisme, l’organisation des gènes est différente entre les procaryotes et les eucaryotes. Dans les 2 cas, la polymérase ne reconnait pas le promoteur directement. Elle a besoin des facteurs auxiliaires: sigma chez les bactéries et les facteurs généraux de la transcription chez les eucaryotes.
Quelle est la différence entre la transcription eucaryote et procaryote?
Cette organisation différente du génome et donc des promoteurs est résumé ici avec l’exemple des enzymes de la biosynthèse du tryptophane chez E. coli, un procaryote, et la levure un eucaryote. Chez E. coli, les gènes qui codent pour les enzymes sont tous groupés dans une région du chromosome bactérien. Ils sont transcrits à partir d’un seul promoteur pour produire un ARNm avec les séquences pour chaque enzyme. Chez la levure chaque enzyme est encodée dans un gène indépendant, distribués sur plusieurs chromosomes et chacun avec son promoteur. La transcription génère des ARNm séparés qui sont traduits pour produire les enzymes.
Qu’est-ce que les séquences promotrices ?
Par convention, ces séquences sont écrites telles que présentes sur le brin d’ADN codant ou non matriciel (donc direction ADN 5’3’ comme l’ARN).
+1 = premier nucléotide transcrit
Inr: élément initiateur
Éléments promoteurs chez les eucaryotes: un gène donné peut contenir plusieurs mais pas tous ces éléments, agissant en synergie.
Voici la structure générale des promoteurs chez les procaryotes et les eucaryotes. Chez les procaryotes on distingue 3 régionsconsensus: la région -35, la région -10 and le site d’initiation. Une séquence consensus est un modèle pour définir un site fonctionnel ou à chaque position il y soit une base définie ou un assortiment de bases définies.
Chez les eucaryotes il y a 6 régions. Un gène donné peut contenir plusieurs mais pas tous ces éléments, agissant en synergie. La région la mieux étudiée c’est la TATA box (boîte TATA) qui est équivalente à la région -10 chez les bactéries. Le site d’initiation a aussi une séquence consensus. Les autres éléments sont le, Inr, BRE, MTE et le DPE.
DPE: downstream promoter element = élément en aval du promoteur, toujours avec Inr
MTE: motif ten element
BRE: B recognition element: fixe le facteur TFIIB (à voir après)
Qu’est ce que sigma lie ?
Sigma lie les séquences -35 et -10
Les cellules bactériennes peuvent réguler les patrons d’expression des gènes par l’utilisation de différents facteurs sigma, chacun spécifique d’une séquence promotrice différente.
Les séquences consensus du promoteur servent comme sites de reconnaissance pour les facteurs qui recrutent l’ARN polymérase. Dans le cas des bactéries, le facteur sigma reconnait les régions -35 et -10. Comme ça la polymérase contacte l’ADN sans spécificité de séquence en utilisant les pinces et la sous-unité sigma confère la spécificité et définit où la transcription commence.
Les cellules bactériennes peuvent réguler les patrons d’expression des gènes par l’utilisation de différents facteurs sigma, chacun étant spécifique d’une séquence promotrice différente. On peut distinguer le facteur sigma primaire que lie la plus part des promoteurs et les facteurs sigma spécialisés qui en général reconnaissent des gènes de réponse à un stress particulier (7 dans l’E. coli et 18 chez B. subtilis).
Pour résumer, l’ADN porte 2 sortes d’information, l’information de comment faire les protéines via l’ARNm et l’information pour indiquer comment on peut synthétiser cet ARNm et réguler son expression
Pourquoi l’initiation de la transcription ne peut pas commencer avec l’ARN polymérase chez les eucaryotes?
L’initiation de la transcription chez les eucaryotes ne peut pas commencer avec l’ARN polymérase et ses facteurs accessoires qui lient les séquences du promoteur pour 2 raisons:
1 ) L’ADN est beaucoup plus abondant. Avec l’évolution, la taille du génome codant augmente en fonction du nombre de types cellulaires. La taille du génome non codant augmente encore plus (en bleu), ce qui indique encore une fois l’importance de la partie non codante, nommée la matière noire du génome et
2) l’ADN est condensé dans la chromatine. En effet l’ADN, faisant presque 2 m de longueur, est replié dans la chromatine et il n’est pas très accessible. Le noyau a un diamètre de 2 mm, alors accommoder 2 m d’ADN est équivalent à accommoder une corde aussi longue que la Place Ville Marie sous un ongle. Alors, la chromatine est une barrière formidable pour l’ARN polymérase.
Il est évident qu’avant de reconnaitre le promoteur, il faudra exposer la chromatine où ces promoteurs sontlocalisés.
Comment se fait l’initiation de la transcription chez les eucaryotes? (les étapes ?
1- Remodelage de la chromatine
1.1- Facteurs de transcription spécifiques: ne lient pas le promoteur
1.2- Complexes de remodelage: ouvrent la chromatine
2-Recrutement du Médiateur
3-Recrutement de facteurs généraux de la transcription et de l’ARNpolymérase
Comme vous pouvez imaginer, l’initiation de la transcription chez les eucaryotes est beaucoup plus complexe que chez les procaryotes. Le processus est divisé en 3 étapes:
1) Remodelage de la chromatine par des protéines, 2) Recrutement du Médiateur et 3) Recrutement de l’ARN polymérase et les facteurs généraux de la transcription grâce au médiateur
Comment se déroule le remodelage de la chromatine avant transcription ?
Remodelage de la chromatine: rendre des séquences d’ADN plus accessibles à la machinerie de transcription
1ère étape: Le processus de remodelage de la chromatine commence quand des protéines connues comme facteurs de transcription reconnaissent un site de liaison spécifique autour de la région promotrice du gène qui sera activé. Ces facteurs sont capables de reconnaitre leur site de liaison même dans le contexte de nucléosomes. Ensuite, ces facteurs de transcription nommés pionniers recrutent des complexes de remodelage de la chromatine qui vont ouvrir la chromatine et exposer la région du promoteur.
Que contient les complexes de remodelage de la chromatine?
Contient une ATPase de la superfamille SNF2
Catalyse le glissement ou le déroulement de nucléosomes, l’éviction des histones ou l’échange des histones
Les complexes de remodelage de la chromatine contiennent und ATPase de la superfamille SNF2 et catalyse le glissement ou le déroulement de nucléosomes, l’éviction des histones ou l’échange des histones (plus permissive à la transcription)
Expliquez comment les histones peuvent être modifiées
Le remodelage de la chromatine implique la modification des queues N-terminales des histones
Code des histones: détermine la conformation ouverte ou fermée de la chromatine
Les complexes de remodelage de la chromatine contiennent aussi des enzymes qui catalysent des modifications post-transcriptionnelles des histones. Les histones qui forment les nucléosomes possèdent une queue N-terminale avec des lysines qui peuvent être modifiées par acétylation et méthylation. Comme il y a 8histones de 4 types différents dans le nucléosome et plusieurs lysines dans ces queues, il y a plusieurs combinaisons de modifications qui forment un code de régulation connu comme le code des histones. Ce code détermine la liaison des différents facteurs à la chromatine et sa conformation ouverte ou fermée.
Parmi les modifications qui ferment la chromatine et donc servent à la répression des gènes: méthylation des lysines 9 et 27 de la H3,
Parmi les modifications qui servent à l’activation de la chromatine: méthylation de la lysine 4 de la H3, acétylation des lysines 9 de H3 et acétylation de la lysine 16 de H4.
Expliquez l’acétylation des histones
Les histone acétyltransférases (HAT) aident à décondenser la chromatine en ajoutant des groupement acétyles sur la chaîne latérale des Lys. Des histones désacétylases (HDAC) annulent cette modification.
En général, l’acétylation des histones sur les résidus lysines aident à décondenser la chromatine et est une marque d’activation. Les enzymes HAT catalysent la réaction et les enzymes HDAC enlèvent cette modification
Qu’est-ce que sont le médiateur et les facteurs de transcription? Leur rôle?
Un important complexe multiprotéique, le Médiateur de la transcription, est responsable du recrutement de la Pol II en réponse aux facteurs de transcription et, en conjonction avec les facteurs généraux de la transcription, de l’assemblage des complexes de préinitiation.
Activateurs = Facteurs de Transcription ou
Facteurs de Transcription Spécifiques
Facteurs Généraux: version des facteurs sigma eucaryote,
aide l’ARN polymérase à reconnaitre la région du promoteur
Une fois que la chromatine est décompactée et modifiée, un complexe-multi protéique connu comme Médiateur est recruté au promoteur. C’est en fait le Médiateur qui recrute les facteur généraux et l’ARN polymérase. Le Médiateur fait des contacts avec les facteurs de transcription, la chromatine modifiée et les facteurs généraux. À ce jour, l’importance relative des ses interactions n’est pas encore claire.
Certain facteurs généraux interagissent avec des éléments du promoteur
Un gène donné peut contenir plusieurs (mais pas tous) de ces éléments
BRE= TFIIB-response element
Ce que médiateur amène au promoteur, c’est un complexe de l’ARN polymérase avec plusieurs facteurs généraux. À noter que l’ARN polymérase qui synthétise l’ARN messager est nommé pol II. En conséquence, les facteurs généraux de la pol II portent tous le chiffre romain II.
Les FG son identifiés avec des lettres, alors nous avons TFIIA jusqu’au TFIl-I. Les mieux étudiés sont: TFIID et TFIIH. A noter que TFIIB est similaire aux facteurs sigma bactériens.
La fonction de TFIIB et TFIID est facile à voir dans cette diapo. TFIIB et TFIID lient plusieurs éléments du promoteur. TFIID est formé par plusieurs sous-unités. La plus étudiée est TBP ou TATA binding protéine, donc son nom décrit sa fonction. Pourquoi avons-nous besoin d’autant d’éléments pour reconnaître le promoteur.? En fait un gène donné peut contenir plusieurs éléments mais pas tous. La composition de TFIID change entre les différentes types cellulaires ce qui aide a choisir le bon programme de transcription.
La fonction de TFIIH nous allons l’étudier un peu plus tard. Regardons d’abord en détail 2 protéines de TFIID: TBP et TAF1
Qu’est-ce que la TBP ?
TFIID: TBP liée àl’ADN (TATA box)
L’insertion des résidus Phe de TBP (en orange) courbe l’ADN (bleu) en deux endroits
TBP est la sous-unité de TFIID qui lie le TATA box.
Qu’est-ce que le TAF1 est le bromodomaine?
Les activateurs recrutent TFIID
Bromodomaine: lie les histones acétylés (histone code)
Activité HAT sur H3
Activité kinase
Activité ubiquitine ligase sur H1
TAF1 est la protéine la plus grande chez TFIID. TAF1, un facteur général est recruté par les facteurs de transcription spécifiques ou activateurs et médiateurs. TAF1 a plusieurs motifs qui lui permettent de:
1- lier TBP, 2- activité HAT, 3- Bromodomaine qui peut lier les lysines acétylées, 4- activité kinase et 5- Activité monoubiquitine ligase de l’histone H1.
Quel est le rôle de la TFIIH?
TFIIH: hélicase et kinase
Le domaine C-terminal (CTD) de mammifères contient 52 pseudorépétitions de la séquence YSPTSPS
Sérines 2, 5 et 7 peuvent être phosphorylées
Dégagement du promoteur (Promoter clearance)
Au début, l’ARN polymérase fait une transcription abortive (2-3 ntds) et elle reste collée au promoteur avec les facteurs généraux. Grace à TFIIH, l’ARN polymérase dégage le promoteur et perd le contact avec la plupart des facteurs généraux
Une fois la pol II avec quelques facteurs généraux liés au promoteur, le facteur TFIIH est recruté. TFIIH est important pour deux étapes de l’initiation via des activités catalytiques importantes.
a)Formation de la bulle de transcription: TFIIH possède des hélicases (XPB, XPD), qui déroulent l’ADN et permettent la formation de la bulle de transcription et l’activation de l’ARN polymérase: L’activité kinase de la sous-unité CDK7 de TFIIH sur la sérine 5 du domaine C terminal (CTD) de la sous-unité RBP1 génère la forme active de la pol II. Cette forme active fait par contre des transcriptions abortives (tri-nucléotides en rouge). Pas beaucoup de paires de bases transcrites
b) Dégagement du promoteur, l’ARN polymérase dégage le promoteur, l’hybride ARN-ADN atteint sa longueur mature (10 ntds) et la bulle de transcription avance (direction 5’-3’ par rapport au brin codant)
c) Mode élongation: Recrutement de la kinase CDK9 pour phosphoryler le CTD en sérine 2 et le recrutement du facteur d’élongation TEFb. La phosphorylation en sérine 2 du CTD change la pol II du mode d’initiation au mode d’élongation.
Quels sont les 2 facteurs à tenir en compte pour l’initiation de la transcription eucaryote?
En conclusion, 2 facteurs à tenir en compte pour l’initiation de la transcription eucaryote:
1- D’abord, l’augmentation de la taille du génome et la complexité cellulaire des eucaryotes est associée aux mécanismes plus complexes pour l’initiation de la transcription.
2- La chromatine agit comme répresseur général de la transcription. Les activateurs recrutent des complexes de remodelage de la chromatine pour donner accès au promoteur qui est donc défini chez les eucaryotes par des éléments de séquence mais aussi par des modifications de la chromatine.
Comment se déroule la transcription chez les eubactéries, les archea et les eucaryotes, qui les différencient?
Eubactéries : le facteur sigma aide l’ARN polymérase à lier le promoteur. Un élément enhancer est généralement proximal au promoteur de base, et est occupé par un ou quelques activateurs.
Archea: Les facteurs généraux (TBP, TFB et TFE) substituent le facteur sigma. Plusieurs enhancers agissent en amont du promoteur pour recruter l’ARN polymérase et les facteurs généraux. Leur transcription ressemble plus à celle des eucaryotes
Eucaryotes: Les facteurs généraux augmentent en nombre. Plusieurs activateurs lient des enhancers qui peuvent être éloignés du promoteur de base. Le complexe médiateur aide les activateurs àrecruter l’ARN polymérase et les facteurs généraux.
Archea: troisième domaine du vivant,
organismes unicellulaires sans noyau mais très différents des bactéries et des eucaryotes
UAS= upstream activating sequences = enhancers
Comment se déroule l’élongation de la transcription?
Les deux brins d’ADN se séparent en avant du site de polymérisation et se réhybrident juste derrière le site de sortie de l’ARN
Durant la transcription la pince se referme sur l’ADN matriciel en bleu (haute processivité).
La taille de la bulle de transcription (14 ntds) et l’hybride ADN-ARN (9 ntds) demeurent constants
Rudder = gouvernail
Pendant l’élongation les deux brins d’ADN se séparent en avant du site de polymérisation et se réhybrident juste derrière le site de sortie de l’ARN. Durant la transcription la pince (clamp) se referme sur l’ADN matriciel en bleu, (haute processivité). La taille de la bulle de transcription (14 ntds) et l’hybride ADN-ARN (9 ntds) demeurent constants, Une partie conservée de la pol II nommée le gouvernail, sépare l’hybride ARN-ADN
ADN est hybridé en aval de la bulle de transcription ainsi qu’en amont là où l’ADN est déjà transcrit
Pince piège l’ADN pendant l’élongation dans une “fente” permettant la prossivité de l’ADN pol.
Le “mur” crée un angle de 90 degrés de l’ADN –>Le brin matrice est alors bien positionné dans le site actif et peut être lu
Les NTPs arrivent au pore pour atteindre le site actif, celui-ci caractérisé par la présence d’un ion Mg2+
La boucle de la pince (gouvernail) sépare l’ADN de l’ARNm et permet à la double hélice d’ADN de se reformer suite au passage de l’ADN pol.
Expliquez comment se fait la correction par l’ADN pol.
L’ARN mésapparié ressort du site actif à travers le canal par lequelrentrent les ribonucléotides
TFIIS stimule l’ARN polymérase à raboter (retrancher) l’ARN
La transcription reprend à l’extrémité 3’ de l’ARN tronqué
La pol II peut corriger des erreurs d’incorporation. Voici un modèle simplifié de l’ADN et l’ARN pendant la transcription. L’ARN mésapparié ressort du site actif à travers le canal par où rentrent les ribonucléotides. TFIIS stimule l’ARN polymérase à raboter (retrancher) l’ARN. La transcription peut reprendre à l’extrémité 3’ de l’ARN tronqué
ARN Pol II peut corriger s’il y a mauvais appariement (recule vers le canal)
Facteurs TFIIS stimule l’activité exonucléase dans l’ARN pol. pour enlever les mésappariements
Qu’est-ce que le franchissement des nucléosomes?
L’octamère d’histones ne se dissocie jamais entièrement de l’ADN transcrit
Pendant l’élongation la polymérase transcrit l’ADN qui est encore associé aux nucléosomes.
ADN forme plutôt des boucles permettant l’ADN Pol de passer sans enlever les histones
Comment se déroule la terminaison de la transcription chez les bactéries?
La terminaison est très importante. La terminaison, dans le processus de transcription, est une phase à part, car aussi activement le complexe transcripteur a été activé, aussi activement doit-il être démantelé quand l’élongation est accomplie. Nous allons étudier le processus très simple chez les procaryotes, où il y a 2 types de mécanismes. Dans les deux cas, on vise à déstabiliser l’hybride ADN-ARN qui est dans le site active de l’ARN polymérase afin que l’ARN puisse quitter:
1. Le type le plus simple et aussi le plus fréquent de terminaison se produit au niveau de certaines séquences d’ARN qui après leur transcription rendent le complexe d’élongation instable (boucle en épingle à cheveux = séquence palindromique et série de T, = paires de bases A=U peu stable. Déstabilisation de l’hybride ARN-ADN
2. D’autres formes plus complexes de terminaison mettent en jeu une protéine particulière qui favorise la dislocation du complexe d’élongation (terminaison Rho-dépendante chez E. coli). Rho (hélices) lie des séquences libres de ribosomes dans l’ARNm. Ces séquences sont riches en C, pauvres en G et ne forment pas des structures secondaires. ATP-dépendante
Comment est utilisé le lactose?
La cellule peut utiliser le lactose comme source d’énergie àl’aide de la β-galactosidase
La β-galactosidase convertit le lactose en glucose et galactose.
La β-galactosidase convertit le lactose en allolactose (50%) (isomérisation).
La β-galactosidaseest un enzyme inductible (elle est seulement présente en grande quantité en présence de lactose)
Jacob et Monod s’intéressé a l’utilisation du lactose comme source de carbone pour les bactéries. Ils savait que la cellule peut utiliser le lactose comme source d’énergie a l’aide de la β-galactosidase, un enzyme qui converti le lactose en glucose et galactose.
Expliquez les tests de coloration sur agir avec X-Gal
Test de coloration sur agar avec X-gal : mutants incapables de régler la synthèse de β-galactosidase
Jacob et Monob ont considéré toutes les possibilités: 1) l’enzyme est toujours présente mais pas active, 2) l’ARN qui code pour l’enzyme est là mais il n’est pas traduit ou 3) l’ARN n’est pas la parce que le gène n’est pas transcrit. Pour arrive au model correct ils avait un test d’activité très simple pour la beta galactosidase. Le X-Gal produit un couleur bleu quand il est hydrolysé par la beta galactosidase. Alors le bactéries qui expriment la beta gal sont bleus en présence de X-gal et le bactéries qui n’est l’expriment pas sont blanches. Ils avaient une collection des mutants de E. coli ou ils pouvaient savoir les conditions qui permettais que la beta galactosidase soit exprimé ou pas.L’analyse de se collection des mutants lui ont permis de découvrir lé mécanisme qui régule la synthèse de la beta-galactosidase.
Si bactérie positive pour B-galactosidase : bleue. Si négative : blanche
Expliquez comment est régulé l’opérons lactose
L’activité du répresseur lac, dont l’expression dépend du gène lacI, est ajusté par l’allolactose, isomère β-(1→6) du lactose.
Quand du lactose est disponible comme source de carbone, une partie de ce lactose se transforme en allolactose; la fixation de ce dernier au répresseur lac I induit alors une transformation qui entraîne la dissociation du répresseur de son site de liaison sur l’opérateur.
L’inactivation du répresseur permet à l’ARN polymérase de commencer à transcrire l’opéron et d’induire l’expression des gènes
Le modèle de Jacob et Monod sur la régulation de l’expression de la beta galactosidase montre en fait que l’enzyme est régulé au niveau de la transcription. Le gène qui code pour la beta galactosidase est désigné z et il fait partie d’un operon connu comme l’oéron lac. En absence de lactose, une protéine lie une séquence dans le promoteur que Jacob et Monod ont nommé opérator. Cette protéine réprime la transcription. Ce répresseur est nommé lac I. Dans ces conditions si les bactéries sont poussées dans une un milieu avec le X-gal les colonies seront blanches parce qu’il n’y as pas beaucoup de beta galactosidase. Importante il y a toujours un petite peu de beta galactosidase, la répression n’est pas 100%. En présence de lactose, la petite quantité de beta galactosidase présente va convertir le lactose en allolactose. L’allolactose lie le répresseur qui perdre son affinité pour l’opérateur. Ceci permettre a l’ARN polymérase de transcrire l’opéron lac ou le gène lac z est présente. Dans ces conditions si les bactéries sont poussées dans une un milieu avec le X-gal les colonies seront bleus.
L’universalité du modèle de Jacob et Monod reste sur les proprietés du represseur
Quand un bactérie pousse dans un milieu où il y a beaucoup de glucose, pas besoin de la B-galactosidase
La présence facteurs dépresseurs va inhiber l’expression d’un gène qu»on a pas besoin
En présence de lactose, l’allolactose va désactivé le répresseur de son site de liaison sur l’opérateur
Qu’est-ce que le répresseur Lac?
Le répresseur lac se fixe simultanément sur deux sites voisins du promoteur de l’opéron lac (O1 et O2), induisant la formation d’une boucle dans l’ADN.
Bien que la fixation du répresseur lac n’empêche pas l’ARN polymérase de s’attacher au promoteur, elle empêche cette enzyme de démarrer la transcription.
Le répresseur de lac est un tétramère.
Le represseur lac I c’est en fait une protéine que lie l’ADN de façon spécifique. A différence de l’ARN polymérase qui lie l’squelette sucre-phosphate, Lac I reconnaît la séquence de l’operator en faisant des interactions avec les bases azotées. Le site d’interaction est un palindrome, ça veut dire que la séquence d’ADN est identique lorsqu’elle est lu dans le sens 5’-3’ sur un brin et dans le sens 5’-3’ sur le brin complémentaire. A. noter que les sites palindromiques peuvent être consécutif, ça veut dire un après l’autre ou avoir une séquence séparatrice comme dans l’operateur lac. Il y a un 2e site operateur dans le promoteur lac. Lac I est un tétramère, un dimer lie un operator et l’autre dimer le 2e operator. Quand le tétramère lie les deux sites operators la séquence entre les deux sites de liaison forme une boucle PMID: 3301328.
Après lac I, la biologie a changé, la régulation transcriptionnelle est accomplie par les protéines qui lie l’ADN de façon spécifiques. LacI est le fondateur de la famille des protéines derrière la plupart des innovations biologiques pendant l’évolution. Lac I est un répresseur, quand il est lié à l’operateur il empêché l’ARN polymérase de démarrer la transcription. Chez les bactéries il y a aussi des activateurs.
Donnez un exemple d’activateur
Exemple d’activateur : la protéine régulatrice fixant l’AMPc (CRP)
En absence d’AMPc, CRP aune faible affinité pour l’ADN.
En présence d’AMPc, CRP se fixe à l’ADN.
CRP=CAP (catabolyte activator protein)
La liaison de CRP à l’ADN permet d’accélérer l’initiation de la transcription par le complexe de l’ARN polymérase.
La glucose inhibe la formation de AMPc.
L’operon lac est aussi régulé de façon positif par une protéine qui lie l’ADN de façon spécifique: CRP (cyclic AMP receptor protein). Le complexe CRP-AMPc va se fixer aussi à des séquences d’ADN particulières avoisinant les promoteurs d’environ 30 gènes de ce type: cette fixation permet à l’ARN polymérase de démarrer plus efficacement la transcription. Le glucose inhibe la synthése de l’AMP cyclique chez les bactéries. En absence d’AMPc CRP ne peut pas activer la transcription.
La régulation positive et négative sur lac z n’arrive pas de façon indépendante. Les activateurs et répresseurs peuvent agir en combinaison
AMPc besoin de CRP pour lier l’ADN
La régulation positive et négative sur lac z n’arrive pas de façon indépendante. Les activateurs et répresseurs peuvent agir en combinaison comment nous allons montrer a la prochain diapo
Comment se fait le contrôle négatif et positif de l’opérons lac ?
Nous pouvons intégrer maintenant le contrôle négatif et positif de l’operon lac et comprendre la régulation selon les besoins de la bactérie. En présence glucose et lactose, CRP/CAP n’est pas active mais le répresseur non plus. Il y aura des niveaux de transcription faible. En absence de glucose et de lactose la transcription est encore plus faible, presque absente, parce que le répresseur est actif. En absence de glucose et mais en présence de lactose, CRP/CAP est actif et le répresseur est inactif. Nous avons le niveau maximal de transcription.
