Mécanismes de la transcription Flashcards
Le mécanisme de transcription de l’ADN est très semblable à celui de la réplication. Donnez les similarités et les différences de la réplication.
Ressemblance :
Les 2 mécanismes nécessitent des enzymes qui synthétisent un nouveau brin d’acide nucléique complémentaire à un brin ‘matrice’ (template) d’ADN.
Différences :
1) La transcription génique produit un brin constitué de ribonucléotides et non de désoxyribonucléotides.
2) L’ARN polymérase (catalyse la synthèse d’ARN) ne nécessite pas d’amorce.
3) L’ARN nouvellement synthétisé ne reste pas apparié au brin matrice d’ADN : l’enzyme déplace la chaîne naissante (plusieurs ARN polymérases peuvent transcrire le même gène en même temps).
4) Bien que très précise, la transcription est moins fidèle que la réplication (1 erreur/ 10 000 nucléotides contre 1 erreur/10 000 000 pour la réplication).
Bien que très précise, la transcription est moins fidèle que la réplication. Expliquez pourquoi cela est logique pour la cellule.
C’est logique pour la cellulede favoriser l’exactitude de la réplication plutôt que celle de la transcription, car l’ADN est le support du matériel génétique. La réplication doit assurer la transmission fidèle de ce matériel génétique. Toute erreur durant la réplication peut avoir des conséquences catastrophiques, car elle devient permanente dans le génome et est transmise aux générations suivantes, au contraire de la transcription.
Comment décrire la régulation de la transcription?
Différentes parties du génome peuvent être transcrites à des niveaux différents. Le choix des gènes à transcrire et le niveau de leur transcription peuvent être régulés. Ainsi, des jeux de gènes différents peuvent être transcrits dans 2 types de cellules provenant d’un même organisme.
Les ARN polymérases se présentent sous différentes formes mais partagent plusieurs caractéristiques. Pourquoi?
Parce que les ARN polymérases réalisent essentiellement les mêmes réactions dans toutes les cellules (bactéries aux humains), il n’est donc pas surprenant qu’elles partagent beaucoup de caractéristiques.
Vrai ou faux? Les ARN polymérases sont constituées de plusieurs sous-unités?
Vrai (excepté certains phages et organites dont le génome code une enzyme constituée d’une seule chaine).
Quelles sont les différentes polymérases chez les bactéries et chez les eucaryotes?
Les bactéries : une seule ARN polymérase
Les cellules eucaryotes : trois ARN polymérases : Pol I, Pol II et Pol III
Pol II : enzyme responsable de la transcription de la plupart des gènes, essentiellement tous les gènes codant des protéines.
Pol I : transcrit les gènes codant pour le grand précurseur des ARNr
Pol III : transcrit les gènes codant les ARNt, certains petits ARN nucléaires et l’ARNr 5S
Au niveau des sous-unités, en quoi se ressemblent l’enzyme minimale bactérienne et les polymérases eucaryotes?
L’enzyme minimale bactérienne comprend 2 exemplaires de la sous-unité α et 1 exemplaire de chacune des sous-unités β, β’ et ω (omega).
Les 2 > sous-unités β et β’ sont homologues des 2 > sous-unités de Pol II (RPB1 et RPB2).
Les sous-unités α sont homologues de RPB3 et RPB11 et ω est homologue de RPB6.
La structure du cœur de l’ARN polymérase bactérienne est similaire à quoi?
La structure du cœur de l’ARN polymérase bactérienne est similaire à celle de Pol II de la levure.
Elles partagent une même forme globale et une même organisation (plus semblables entre-elles que la comparaison des séquences de leurs sous-unités pourrait le prédire)
Plus particulièrement le cas pour les parties internes, près du site actif (impliquées dans la synthèse d’ARN sur une matrice d’ADN) que des parties périphériques (impliquées dans des interactions avec des protéines qui diffèrent entre procaryotes et eucaryotes).
Forme de chaque enzyme : ressemble à une pince de crabe.
Les 2 mâchoires de la pince sont constituées des 2 + > sous-unités de chaque enzyme (β et β’ côté bactérie et RPB1 et RPB2 pour enzyme eucaryote).
Que nécessitent les polymérases pour fonctionner?
Elles fonctionnent suivant le mécanisme catalytique d’addition de nucléotides faisant intervenir 2 ions métalliques communs à toutes les polymérases (vue dans chap. 8)
Toutefois, site actif ne contient qu’un seul ion Mg2+ permanent. Le 2ème Mg2+ est introduit avec chaque nouveau nucléotide et libéré avec le pyrophosphate.
Qu’est-ce qui permet à l’ADN, l’ARN et aux ribonucléotides d’accéder au sillon catalytique des polymérases et de les quitter?
Différents canaux permettent à l’ADN, l’ARN et aux ribonucléotides d’accéder au sillon catalytique et de les quitter.
Où est situé le site actif des polymérases?
Le site actif est situé à la base de la pince = région désignée « centre catalytique ».
Pour transcrire un gène, l’ARN polymérase effectue une série d’étapes regroupées en 3 phases. Quelles sont-elles?
Initiation, Élongation et Terminaison
Quelles sont les caractéristiques de la phase d’initiation?
Le complexe promoteur-polymérase subit des modifications structurales qui vont permettre l’initiation.
- Il y a la formation du complexe fermé.
- Il y a la formation du complexe ouvert. La double hélice d’ADN s’ouvre autour du point de démarrage de la transcription : produit la « bulle de transcription » dans laquelle l’ADN est simple-brin. Un seul des 2 brins de l’ADN sert de matrice pour assembler la chaine d’ARN.
- La polymérase démarre la transcription. Comme pour la réplication, la transcription procède dans la direction 5’ 3’ (nouveau nucléotide est donc ajouté à l’extrémité 3’ de la chaine naissante). La synthèse initiale d’ARN est inefficace (courts transcrits de moins de 10 nucléotides) = synthèse abortive. Quand l’ARN polymérase réussi à synthétiser un segment de 10 nucléotides, il y a libération de la polymérase. La phase d’élongation peut commencer.
Qu’est-ce que le promoteur?
C’est une séquence d’ADN qui fixe l’ARN polymérase + facteurs d’initiation requis.
Quelles sont les caractéristiques de la phase d’élongation?
Une fois que l’ARN polymérase a synthétisé un court fragment d’ARN (≈10 bases) elle passe à la phase d’élongation.
L’enzyme réalise une série impressionnante de tâches en + de la catalyse de la synthèse d’ARN:
1) Déroule l’ADN devant elle
2) Réassocie les brins en arrière du complexe
3) Dissocie la chaine d’ARN en croissance de la matrice au fur et à mesure de sa progression
4) Corrige les erreurs potentielles
Quel est le principe de synthèse abortive?
C’est tant que les ARN formés sont plus petits que 10 nucléotides, le processus d’élongation ne pourra pas avoir lieu.
Quelles sont les caractéristiques de la phase de terminaison?
Lorsque la polymérase a transcrit un gène (ou un groupe de gènes)sur toute sa longueur, elle s’arrête et libère l’ARN produit et se décroche ensuite de l’ADN.
Dans certaines ø des séquences spécifiques provoquent la terminaison. Dans d’autres, les déterminants qui provoquent l’arrêt sont moins clairs.
Comment décrire les 3 étapes de l’initiation?
- Il y a la formation d’un complexe fermé par la liaison initiale de la polymérase au promoteur. Les brins d’ADN sont toujours appariés
- Le complexe fermé subit une transition vers le complexe ouvert : les brins d’ADN se séparent (fusion) sur une distance de 14 pb autour du site d’initiation de la transcription pour former la bulle de transcription.
- La polymérase démarre la transcription et se détache du promoteur. Les 2 premiers ribonucléotides sont amenés dans le site actif, alignés sur la matrice et liés l’un à l’autre. Les ribonucléotides suivants sont incorporés à la chaine naissante d’ARN L’incorporation de la 1ère dizaine de nucléotides est relativement inefficace : l’enzyme libère souvent de courts transcrits (- de 10 nucléotides) et recommence la synthèse. Complexe promoteur-polymérase est alors appelé complexe de transcription initial. Une fois qu’un transcrit de + de 10 nucléotides est produit l’enzyme est dite ‘libérée’ du promoteur. Forme alors un complexe ternaire stable avec l’ADN et l’ARN : c’est la transition vers l’élongation
Comment décrire l’activité de l’ARN polymérase minimale?
L’ARN polymérase minimale peut en principe initier la transcription n’importe où sur l’ADN. Vrai in vitro mais pas in vivo. Dans les ø, polymérase n’initie la transcription qu’au niveau des promoteurs. C’est l’addition d’un facteur d’initiation (σ = sigma) qui convertit l’enzyme minimale (α2ββ’ω) en une forme désignée «holoenzyme de l’ARN polymérase » qui initie la transcription uniquement au niveau des promoteurs.
Quel est le facteur σ prédominant chez E. Coli?
Chez E. coli, le facteur σ prédominant est désignée σ70.
Les promoteurs reconnus par la polymérase contenant σ70 partagent quelles caractéristiques?
On trouve 2 séquences conservées de 6 nucléotides séparés par un segment non-spécifique de 17 à 19 nucléotides.
Le centre des 2 séquences conservées sont situés à ≈10 pb et 35 pb du site de démarrage de la transcription. Ils sont désignées régions ou éléments -10 et -35.
Ces séquences, biens que hautement conservées, ne sont pas identiques pour tous les gènes transcrits.
Qu’est-ce qu’une séquence consensus?
Une séquence consensus est la séquence nucléotidique ou la séquence peptidique la plus fréquente à chaque position d’un alignement de séquences. Elle représente le résultat d’alignements de séquences multiples dans lesquelles les séquences apparentées sont comparées les unes aux autres afin de déterminer les motifs les plus fréquents. Cette information est importante pour les protéines dépendantes des séquences nucléotidiques, telles que les ARN polymérases.
Qu’est-ce qu’un promoteur fort?
Promoteurs forts (rythme d’initiation transcription élevé): ceux dont séquence se rapproche le plus du consensus.
Qu’est-ce qu’on retrouve dans les promoteurs les plus puissants?
Un élément additionnel (élément UP) liant la polymérase.
Il augmente la liaison polymérase en permettant une interaction spécifique supplémentaire entre enzyme/ADN.
Certains promoteurs σ70 ne possèdent pas d’élément -35. Qu’est-ce qui compense ce manque?
Ils possèdent une région -10 allongée (ex. gènes gal (métabolisme du galactose)).
Elle permet des contacts additionnels entre le promoteur et la polymérase
Plus récemment, on a découvert un élément discriminateur (nouveau) identifié en aval de position -10.
Le facteur σ contrôle quoi?
Le facteur σ contrôle la liaison de la polymérase au promoteur.
σ70 peut être divisé en 4 régions (régions 1 à 4). Quelles sont les caractéristiques de chacune?
Régions 2 + 4 : reconnaissent respectivement éléments -10 et -35
Région 4 : porte 2 hélices formant motif courant de liaison à l’ADN = motif hélice-coude-hélice
1ère hélice s’insère dans grand sillon ADN et interagit avec bases élément -35
2ème hélice place en travers, au dessus du sillon, et établit contacts avec squelette ADN
Quelles sont les séquences consensus de la boîte-35 et -10?
- 10 : TATAAT
- 35 : TTGACA
L’élement -10 est reconnu par quelle région de σ70?
Élément -10 est reconnu par hélice α (provenant de la région 2). Son interaction est moins bien caractérisée et plus complexe.
La région -35 apporte seulement énergie de liaison pour fixer la polymérase au promoteur, région -10 a un rôle plus élaboré dans initiation transcription.
C’est à son niveau que la fusion de l’ADN démarre lors de transition du complexe vers complexe ouvert.
Cette région de σ70 ne se lie pas seulement à l’ADN : stabilise ADN simple brin grâce à son hélice α impliquée dans reconnaissance élément -10.
L’élement -10-allongé est reconnu par quelle région de σ70?
Par l’hélice α de la région 3.
L’élement discriminateur est reconnu par quelle région de σ70?
Par la région 1.2
Par quelle partie de σ l’élément UP est-il reconnu?
Il n’est pas reconnu par une hélice σ mais par le domaine C-terminal de la sous-unité α, appelée αCTD.
Où sont situées les régions σ liant ADN (σ2 et σ4)?
Les régions σ liant ADN (σ2 et σ4) sont exposées à la surface de l’enzyme et non enchâssées. Cela fait en sorte qu’elles ont plus de facilité à se lier.
Comment αCTD est relié à αNTD?
αCTD relié à αNTD par un pont flexible, αCTD peut ainsi atteindre élément UP
Qu’est-ce que permet la sous-unité σ positionnée dans la structure de l’holoenzyme?
La reconnaissance des différents éléments du promoteur.
La transition en complexe ouvert implique des modifications structurales dans l’ARN polymérase et le promoteur. Quelles sont-elles?
Cela se produit au niveau des positions -11 à +3.
Dans enzyme bactérienne comportant σ70 , cette transition est une isomérisation, donc ne requiert pas d’énergie de l’hydrolyse de l’ATP.
L’isomérisation est normalement irréversible. Une fois réalisée, cela garantit que la transcription va ensuite démarrer.
La formation du complexe fermé et du complexe ouvert est-elle réversible?
Formation du complexe fermé est réversible, la polymérase peut facilement se dissocier du promoteur ou progresser vers la formation du complexe ouvert.
Formation du complexe ouvert est irréversible.
Comment caractériser les canaux d’entrée et de sortie du complexe ouvert?
L’enzyme comporte 5 canaux
Le canal d’entrée des NTPs au centre actif (pas visible)
Le canal de sortie de l’ARN permet à l’ARNm en croissance de quitter l’enzyme durant l’élongation.
3 autres canaux qui permettent l’entrée et la sortie de l’ADN.
Quel est le trajet de l’ADN dans l’ARN polymérase?
L’ADN en aval pénètre dans le centre catalytique sous forme double brin via le canal d’entrée (entre mâchoires)
Dans le centre catalytique, les brins d’ADN se séparent à partir de la position +3
Brin sens (celui qui n’est pas transcrit) quitte le centre actif par le canal NT et se déplace sur toute la surface de l’enzyme.
Brin matrice suit parcours passant par le centre catalytique, puis le canal du brin matrice (T).
Double hélice se reforme en -11 de l’ADN en amont, derrière l’enzyme
Deux changements structuraux saisissants sont observés dans l’enzyme durant l’isomérisation du complexe fermé vers complexe ouvert. Quels sont-ils?
1) Les mâchoires à l’avant de l’enzyme se referment sur l’ADN en aval.
2) Il se produit un déplacement important de la région N-terminale de σ (région 1.1)
En absence de liaison à ADN, la région N-terminale de σ se trouve dans le sillon catalytique de l’holoenzyme, bloquant le chemin, qui, dans un complexe ouvert, est suivi par un brin matrice.
Dans le complexe ouvert, la région 1.1 (fortement chargée (-)) se déplace 5nm pour se positionner extérieur de enzyme ce qui permet à l’ADN d’accéder au centre actif. Cela agit comme une imitation moléculaire de l’ADN. Donc, l’espace du centre catalytique (fortement chargé (+)) peut être occupé par la région 1.1 de l’enzyme ou par l’ADN.
