Informations

3.4 : Ribosomes - Biologie


Les ribosomes sont les machines de synthèse des protéines de la cellule. Ils Traduire les informations codées dans ARN messager (ARNm) en un polypeptide.

Forme, taille et fonction

Les ribosomes sont à peu près sphériques avec un diamètre d'environ 20 nm, ils ne peuvent être vus qu'au microscope électronique. La figure (PageIndex{1}) est une micrographie électronique montrant des amas de ribosomes. Ces amas, appelés polysomes, sont maintenus ensemble par l'ARN messager (ARNm). Ils peuvent représenter 25 % du poids sec des cellules (par exemple, les cellules du pancréas) et se spécialisent dans la synthèse des protéines. Une seule cellule du pancréas peut synthétiser 5 millions de molécules de protéines par minute.

Chez les eucaryotes, les ribosomes qui synthétisent des protéines à utiliser dans le cytosol (par exemple, les enzymes de la glycolyse) sont en suspension dans le cytosol. Les ribosomes spécifiques qui synthétisent les protéines destinées à la sécrétion (par exocytose), la membrane plasmique (par exemple, les récepteurs de la surface cellulaire) et les lysosomes. Ces ribosomes sont attachés à la face cytosolique des membranes du réticulum endoplasmique. Au fur et à mesure que le polypeptide est synthétisé, il est extrudé à l'intérieur (lumière) du réticulum endoplasmique. Ensuite, avant que ces protéines n'atteignent leur destination finale, elles subissent une série d'étapes de traitement dans l'appareil de Golgi.

Les ribosomes qui synthétisent 13 des protéines destinées à la membrane interne des mitochondries se trouvent dans la mitochondrie elle-même et ont une structure assez différente des autres. Les ribosomes des bactéries, des eucaryotes et des mitochondries diffèrent par de nombreux détails de leur structure (tableau (PageIndex{1})). Cependant, malgré ces différences, les opérations de base des ribosomes bactériens, eucaryotes et mitochondriaux sont très similaires.

Bactérien (70S)Eucaryote (80S)Mitochondriale (55S)
Tableau (PageIndex{1}) : Comparaison de la structure des ribosomes chez les bactéries, les eucaryotes et les mitochondries humaines
Grande sous-unité50S60S39S
ARNr
(1 de chaque)
23S (2904 nts)28S (4700 nts)16S (1560 nts)
5S (120 nts)5S (120 nts)
5.8S (160 nts)
Protéines354750
Petite sous-unité30S40S28S
ARNr16S (1542 nts)18S (1900 nts)12S (950 nts)
Protéines203330
S les valeurs sont le coefficient de sédimentation : une mesure de la vitesse à laquelle les particules sont centrifugées dans l'ultracentrifugeuse. Les valeurs S ne sont pas additives. nts = nucléotides.

ARN ribosomique

Acide ribonucléique ribosomique (ARNr) est un type d'ARN non codant qui est le composant principal des ribosomes, essentiel à toutes les cellules. L'ARNr est un ribozyme qui effectue la synthèse des protéines dans les ribosomes. L'ARN ribosomique est transcrit à partir de l'ADN ribosomique (ADNr) puis lié aux protéines ribosomiques pour former de petites et grandes sous-unités de ribosomes. L'ARNr est le facteur physique et mécanique du ribosome qui force l'ARN de transfert (ARNt) et l'ARN messager (ARNm) à traiter et à traduire ces derniers en protéines. [1] L'ARN ribosomique est la forme prédominante d'ARN que l'on trouve dans la plupart des cellules, il représente environ 80% de l'ARN cellulaire, bien qu'il n'ait jamais été traduit lui-même en protéines. Les ribosomes sont composés d'environ 60% d'ARNr et 40% de protéines ribosomiques en masse.


Le défi du ribosome dans le monde de l'ARN

Un monde d'ARN antérieur au monde moderne des polypeptides et des polynucléotides est l'un des modèles les plus largement acceptés à l'origine de la recherche sur la vie. Dans ce modèle, le système de traduction a guidé le monde de l'ARN dans la biologie existante de l'ADN, de l'ARN et des protéines. Ici, nous examinons l'hypothèse du monde de l'ARN dans le contexte d'informations de plus en plus détaillées disponibles sur les origines, l'évolution, les fonctions et les mécanismes du système de traduction. Nous concluons que le système de traduction présente des défis critiques pour les hypothèses mondiales sur l'ARN. Premièrement, une chronologie du monde de l'ARN est problématique lorsque le ribosome est incorporé. Le mécanisme de transfert de peptidyle du ribosome semble distinct des enzymes évoluées, signalant des origines dans un milieu chimique plutôt que biologique. Deuxièmement, nous n'avons aucune preuve que l'ensemble d'outils biochimiques de base de la vie est sujet à des changements substantiels par l'évolution darwinienne, comme requis pour la transition du monde de l'ARN à la biologie existante. Troisièmement, nous ne voyons pas de preuves spécifiques d'une prise de contrôle biologique de la fonction des ribozymes par les enzymes protéiques. Enfin, nous ne pouvons trouver aucune base pour la préservation du ribosome en tant que ribozyme ou l'universalité de la traduction, si c'était le cas que d'autres informations transduisant des ribozymes, telles que les ribozymes polymérases, étaient remplacées par des analogues de protéines et effacées de l'enregistrement phylogénétique. Nous suggérons qu'un modèle mis à jour du RNA World devrait tenir compte de l'état actuel des connaissances du système de traduction.


Aperçu

La séquence d'ADN, qui code la séquence des acides aminés d'une protéine, est copiée dans une chaîne d'ARN messager. Il peut être copié plusieurs fois dans des chaînes d'ARN. Les ribosomes peuvent se lier à une chaîne d'ARN messager et utiliser sa séquence pour déterminer la séquence correcte d'acides aminés. Les acides aminés sont sélectionnés, collectés et transportés vers le ribosome par des molécules d'ARN de transfert (ARNt), qui pénètrent dans une partie du ribosome et se lient à la chaîne d'ARN messager. C'est au cours de cette liaison que se produit la traduction correcte de la séquence d'acide nucléique en séquence d'acides aminés. Pour chaque triplet codant dans l'ARN messager, il existe un ARN de transfert distinct qui correspond et qui porte l'acide aminé correct pour ce triplet codant. Les acides aminés attachés sont ensuite liés entre eux par une autre partie du ribosome. Une fois que la protéine est produite, elle peut alors se replier pour produire une structure tridimensionnelle fonctionnelle spécifique bien que pendant la synthèse certaines protéines commencent à se replier dans leur forme correcte.

Un ribosome est fabriqué à partir de complexes d'ARN et de protéines et est donc une ribonucléoprotéine. Chaque ribosome est divisé en deux sous-unités : 1) une sous-unité plus petite qui se lie à une sous-unité plus grande et au motif d'ARNm, et 2) une sous-unité plus grande qui se lie à l'ARNt, aux acides aminés et à la sous-unité plus petite. Lorsqu'un ribosome finit de lire une molécule d'ARNm, ces deux sous-unités se séparent. Les ribosomes sont des ribozymes, car l'activité catalytique de la peptidyl transférase qui lie les acides aminés entre eux est réalisée par l'ARN ribosomique. Les ribosomes sont souvent associés aux membranes intracellulaires qui constituent le réticulum endoplasmique rugueux.

Les ribosomes de bactéries, d'archées et d'eucaryotes du système à trois domaines se ressemblent à un degré remarquable, preuve d'une origine commune. Ils diffèrent par leur taille, leur séquence, leur structure et le rapport protéine/ARN. Les différences de structure permettent à certains antibiotiques de tuer les bactéries en inhibant leurs ribosomes, sans affecter les ribosomes humains. Chez les bactéries et les archées, plus d'un ribosome peut se déplacer le long d'une seule chaîne d'ARNm à la fois, chacun « lisant » sa séquence et produisant une molécule de protéine correspondante.

Les ribosomes mitochondriaux des cellules eucaryotes sont produits à partir de gènes mitochondriaux et ressemblent fonctionnellement à de nombreuses caractéristiques de ceux des bactéries, reflétant l'origine évolutive probable des mitochondries. [5] [6]


Structure du complexe ribosome-Sec61 de mammifère à une résolution de 3,4

La translocation cotraductionnelle des protéines est un processus universellement conservé pour la biosynthèse des protéines sécrétoires et membranaires. Les polypeptides naissants émergeant d'un ribosome en traduction sont soit transportés à travers soit insérés dans la membrane via le canal Sec61 lié au ribosome. Ici, nous rapportons les structures d'un complexe ribosome-Sec61 de mammifère dans les deux états inactifs et de traduction, déterminés à une résolution de 3,4 et 3,9 . Les ensembles de données permettent la construction d'un modèle atomique presque complet du ribosome de mammifère, la visualisation des ARNt à l'état hybride A/P et P/E et l'analyse d'un polypeptide naissant dans le tunnel de sortie. Des détails chimiques sans précédent sont observés à la fois pour l'interaction ribosome-Sec61 et l'état conformationnel de Sec61 lors de la liaison du ribosome. La comparaison des cartes des complexes inactifs et de traduction suggère comment des changements de conformation du canal Sec61 pourraient faciliter la translocation d'un polypeptide sécrété. La structure à haute résolution du complexe mammifère ribosome-Sec61 fournit une référence précieuse pour les futures études fonctionnelles et structurelles.

Copyright © 2014 Les auteurs. Publié par Elsevier Inc. Tous droits réservés.

Les figures

La structure d'un mammifère…

La structure d'un modèle de complexe ribosome-translocon de mammifère (A) de l'inactivité des années 80…

Densité représentative pour le ribosomal…

Densité représentative pour les protéines ribosomiques et ARNr (A–D) Densité cryo-EM pour le…

Un ARNt d'état hybride A/P (A) Aperçu de l'hybride A/P (violet) et…

Interaction de Sec61 avec le…

Interaction de Sec61 avec le ribosome (A) Aperçu de la région du…

Conformation de Sec61α lié au ribosome (A)…

Conformation de Ribosome-Bound Sec61α (A) Vue d'ensemble de la porte latérale du ribosome-bound…

Le complexe de traduction Ribosome-Sec61 (A)…

La traduction du complexe Ribosome-Sec61 (A) Densité cryo-EM dans le tunnel de sortie ribosomique pour…

Un modèle en deux étapes pour l'activation…

Un modèle en deux étapes pour l'activation de Sec61 Voici une vue en coupe…

Caractérisation biochimique du ribosome-Sec61…

Caractérisation biochimique de l'échantillon Ribosome-Sec61, liée aux procédures expérimentales (A) Immunoblot utilisant…

Stratégie de raffinement et de classification 3D,…

Stratégie de raffinement et de classification 3D, liée aux procédures expérimentales Chaque classe du…

Qualité de la carte et du modèle, connexe…

Qualité de la carte et du modèle, liée à la figure 1 (A) Corrélation de l'étalon-or en coquille de Fourier…

Exemples de révision et nouvellement…

Exemples de caractéristiques de ribosome révisées et nouvellement visibles, liées à la figure 2 (A)…

Densité dans différentes régions de…

Densité dans différentes régions de la structure Sec61 inactive, liée à la figure 4…

Densité et caractéristiques du…

Densité et caractéristiques de la structure Sec61 liée au ribosome de traduction, connexe…


Evolution du ribosome à résolution atomique

Les origines et l'évolution du ribosome, il y a 3 à 4 milliards d'années, restent gravées dans la biochimie de la vie existante et dans la structure du ribosome. Les processus d'expansion de l'ARN ribosomique (ARNr) peuvent être « observés » en comparant les structures d'ARNr 3D de bactéries (petites), de levures (moyennes) et de métazoaires (grandes). La taille de l'ARNr est bien corrélée avec la complexité de l'espèce. Les différences de ribosomes entre les espèces révèlent que des segments d'expansion d'ARNr ont été ajoutés aux ARNr sans perturber le noyau préexistant. Ici, nous montrons que la croissance de l'ARNr se produit par un nombre limité de processus qui incluent l'insertion d'une hélice de branche sur une hélice de tronc préexistante et l'allongement d'une hélice. Les expansions d'ARNr peuvent laisser des empreintes digitales de résolution atomique distinctes, que nous appelons « empreintes digitales d'insertion ». L'observation des empreintes d'insertion dans le noyau commun ribosomique permet d'identifier les segments d'expansion ancestraux probables. L'inversion conceptuelle de ces expansions permet une extrapolation en arrière dans le temps pour générer des modèles de ribosomes primordiaux. L'approche présentée ici donne un aperçu de la structure des ARNr d'ancêtres communs universels pré-derniers et des expansions ultérieures qui ont façonné le centre de peptidyl transférase et le noyau conservé. Nous déduisons des phases distinctes d'évolution ribosomique à travers lesquelles les particules ribosomiques évoluent, acquérant le codage et la translocation, et étendant et élaborant le tunnel de sortie.

Mots clés: Valeur C ARN évolution origine de la vie phylogénie traduction.

Déclaration de conflit d'intérêts

Les auteurs ne déclarent aucun conflit d'intérêt.

Les figures

Phylogramme indiquant les tailles de…

Phylogramme indiquant les tailles des ARNr LSU et les tailles des génomes. Cercle…

Structures secondaires de l'ARNr LSU. (…

Structures secondaires de l'ARNr LSU. ( UNE ) E. coli , ( B )…

L'évolution de l'hélice 25/ES…

L'évolution de l'hélice 25/ES 7 montre une accrétion en série d'ARNr sur un…

Éléments d'expansion d'ARNr dans deux…

Éléments d'expansion d'ARNr en deux et trois dimensions. ( UNE ) Hélice 52…

Origines et évolution de la…

Origines et évolution du PTC. L'ARNr du tronc est montré avant et après…

L'évolution de l'ARNr cartographiée sur le…

Évolution de l'ARNr cartographiée sur la structure secondaire de l'ARNr LSU. Le tronc commun est…


Des chercheurs conçoivent le premier ribosome artificiel

Des chercheurs de l'Université de l'Illinois à Chicago et de la Northwestern University ont conçu un ribosome captif qui fonctionne presque aussi bien que le composant cellulaire authentique, ou organite, qui produit toutes les protéines et enzymes dans la cellule. Le ribosome modifié peut permettre la production de nouveaux médicaments et de biomatériaux de nouvelle génération et conduire à une meilleure compréhension du fonctionnement des ribosomes.

Le ribosome artificiel, appelé Ribo-T, a été créé dans les laboratoires d'Alexander Mankin, directeur du Centre des sciences biomoléculaires de l'UIC College of Pharmacy, et de Michael Jewett de Northwestern, professeur adjoint de génie chimique et biologique. Le ribosome fabriqué par l'homme peut être manipulé en laboratoire pour faire des choses que les ribosomes naturels ne peuvent pas faire.

Lorsque la cellule fabrique une protéine, l'ARNm (ARN messager) est copié à partir de l'ADN. Les deux sous-unités des ribosomes, une grande et une petite, s'unissent sur l'ARNm pour former l'unité fonctionnelle qui assemble la protéine dans un processus appelé traduction. Une fois la molécule de protéine terminée, les sous-unités du ribosome - qui sont toutes deux constituées d'ARN et de protéines - se séparent les unes des autres.

Dans une nouvelle étude de la revue La nature, les chercheurs décrivent la conception et les propriétés du Ribo-T, un ribosome dont les sous-unités ne se sépareront pas. Ribo-T peut être réglé pour produire des polymères uniques et fonctionnels pour explorer les fonctions des ribosomes ou produire des produits thérapeutiques de conception - et peut-être même un jour des polymères non biologiques.

Personne n'a jamais développé quelque chose de cette nature.

"Nous avions l'impression qu'il y avait une petite – très petite – chance que Ribo-T puisse fonctionner, mais nous ne le savions pas vraiment", a déclaré Mankin.

Mankin, Jewett et leurs collègues ont été frustrés dans leurs investigations par les sous-unités des ribosomes se désagrégeant et se réunissant à chaque cycle de synthèse des protéines. Les sous-unités pourraient-elles être liées en permanence entre elles ? Les chercheurs ont conçu un nouveau ribosome de concepteur avec des sous-unités captives - Ribo-T.

"Ce que nous avons finalement pu faire, c'est montrer qu'en créant un ribosome modifié où l'ARN ribosomique est partagé entre les deux sous-unités et lié par ces petites attaches, nous pourrions en fait créer un système de traduction double", a déclaré Jewett.

"Il était surprenant que notre ARN chimère hybride puisse supporter l'assemblage d'un ribosome fonctionnel dans la cellule. Il était également surprenant que ce ribosome captif puisse supporter la croissance en l'absence de ribosomes de type sauvage", a-t-il déclaré.

Ribo-T a fonctionné encore mieux que Mankin et Jewett ne le pensaient. Non seulement Ribo-T fabriquait des protéines dans un tube à essai, mais il était capable de produire suffisamment de protéines dans des cellules bactériennes dépourvues de ribosomes naturels pour maintenir les bactéries en vie.

Jewett et Mankin ont été surpris par cela. Les scientifiques pensaient auparavant que la capacité des deux sous-unités ribosomiques à se séparer était nécessaire à la synthèse des protéines.

"De toute évidence, cette hypothèse était incorrecte", a déclaré Jewett.

"Notre nouvelle usine de fabrication de protéines promet d'étendre le code génétique d'une manière unique et transformatrice, offrant des opportunités passionnantes pour la biologie synthétique et l'ingénierie biomoléculaire", a déclaré Jewett.

"Il s'agit d'un outil passionnant pour explorer les fonctions ribosomiques en expérimentant les parties les plus critiques de la machine de synthèse des protéines, qui étaient auparavant" intouchables "", a ajouté Mankin.


Ribosome

Coup d'oeil:
Un ribosome fonctionne comme une micro-machine pour fabriquer des protéines. Les ribosomes sont composés de protéines spéciales et d'acides nucléiques. La TRADUCTION de l'information et la Liaison des ACIDES AMINÉS sont au cœur du processus de production des protéines.
Un ribosome, formé de deux sous-unités se verrouillant ensemble, fonctionne pour : (1) Traduire les informations codées du noyau cellulaire fournies par l'acide ribonucléique messager (ARNm), (2) Relier les acides aminés sélectionnés et collectés à partir du cytoplasme par transfert d'acide ribonucléique ( ARNt). (L'ordre dans lequel les acides aminés sont liés ensemble est déterminé par l'ARNm) et, (3) Exporter le polypeptide produit vers le cytoplasme où il formera une protéine fonctionnelle.

Les ribosomes se trouvent "libres" dans le cytoplasme ou liés au réticulum endoplasmique (RE) pour former un RE rugueux. Dans une cellule de mammifère, il peut y avoir jusqu'à 10 millions de ribosomes. Plusieurs ribosomes peuvent être attachés au même brin d'ARNm, cette structure s'appelle un polysome. Les ribosomes n'ont qu'une existence temporaire. Lorsqu'elles ont synthétisé un polypeptide, les deux sous-unités se séparent et sont soit réutilisées soit brisées.

Les ribosomes peuvent joindre des acides aminés à un taux de 200 par minute. Les petites protéines peuvent donc être fabriquées assez rapidement, mais deux à trois heures sont nécessaires pour des protéines plus grosses telles que la titine, une protéine musculaire massive de 30 000 acides aminés.

Les ribosomes chez les procaryotes utilisent un processus légèrement différent pour produire des protéines que les ribosomes chez les eucaryotes. Heureusement, cette différence présente une fenêtre d'opportunité moléculaire pour une attaque par des médicaments antibiotiques tels que la streptomycine. Malheureusement certaines toxines bactériennes et le poliovirus l'utilisent également pour leur permettre d'attaquer le mécanisme de traduction.

Pour un schéma général de la production de protéines, cliquez ici.
(Le diagramme s'ouvrira dans une fenêtre séparée)

Il s'agit d'une image au microscope électronique montrant une partie du réticulum endoplasmique rugueux d'une cellule de racine végétale de maïs. Les taches sombres sont des ribosomes.

(avec l'aimable autorisation de Chris Hawes, The Research School of Biology & Molecular Sciences, Oxford Brookes University, Oxford, Royaume-Uni)

UN PLUS LONG REGARD sur les ribosomes :

Les ribosomes sont des unités de production macromoléculaires. Ils sont composés de protéines ribosomiques (riboprotéines) et d'acides ribonucléiques (ribonucléoprotéines). Le mot ribosome est fabriqué à partir de la prise de 'ribo’ à partir de l’acide ribonucléique et en l’ajoutant à ‘soma', le mot latin pour corps. Les ribosomes peuvent être liés par une ou plusieurs membranes mais ils ne sont pas membraneux.

Ribosome : une micro-machine pour fabriquer des protéines
Un ribosome est fondamentalement une micro-«machine» très compliquée mais élégante pour produire des protéines. Chaque ribosome complet est construit à partir de deux sous-unités. Un ribosome eucaryote est composé d'acides nucléiques et d'environ 80 protéines et a une masse moléculaire d'environ 4 200 000 Da. Environ les deux tiers de cette masse sont composés d'ARN ribosomique et un tiers d'environ 50+ protéines ribosomiques différentes.

Les ribosomes se trouvent dans les cellules procaryotes et eucaryotes des mitochondries, des chloroplastes et des bactéries. Ceux trouvés chez les procaryotes sont généralement plus petits que ceux des eucaryotes. Les ribosomes dans les mitochondries et les chloroplastes sont de taille similaire à ceux des bactéries. Il y a environ 10 milliards de molécules de protéines dans une cellule de mammifère et les ribosomes en produisent la plupart. Une cellule de mammifère à croissance rapide peut contenir environ 10 millions de ribosomes. [Une seule cellule de E. Coli contient environ 20 000 ribosomes et cela représente environ 25 % de la masse cellulaire totale].

Les protéines et les acides nucléiques qui forment les sous-unités du ribosome sont fabriqués dans le nucléole et exportés à travers les pores nucléaires dans le cytoplasme. Les deux sous-unités sont de taille inégale et existent dans cet état jusqu'à leur utilisation. La plus grande sous-unité est environ deux fois plus grande que la plus petite.

La plus grande sous-unité a principalement une fonction catalytique la plus petite sous-unité principalement une fonction de décodage. Dans la grande sous-unité, l'ARN ribosomique remplit la fonction d'une enzyme et est appelé ribozyme. La plus petite unité se connecte à l'ARNm, puis se verrouille sur une sous-unité plus grande. Une fois formés, les ribosomes ne sont pas des unités statiques. Lorsque la production d'une protéine spécifique est terminée, les deux sous-unités se séparent et sont ensuite généralement décomposées. Les ribosomes n'ont qu'une existence temporaire.

Parfois, les sous-unités du ribosome admettent l'ARNm dès que l'ARNm émerge du noyau. Lorsque de nombreux ribosomes font cela, la structure est appelée polysome. Les ribosomes peuvent fonctionner à l'état « libre » dans le cytoplasme, mais ils peuvent également « s'installer » sur le réticulum endoplasmique pour former un « réticulum endoplasmique rugueux ». Lorsqu'il existe un réticulum endoplasmique rugueux, l'association entre le ribosome et le réticulum endoplasmique (RE) facilite le traitement et la vérification ultérieurs des protéines nouvellement fabriquées par le RE.

La fabrique de protéines : site et services.

Toutes les usines ont besoin de services tels que le gaz, l'eau, le drainage et les communications. Pour que ceux-ci soient fournis, il doit y avoir un emplacement ou un site.

La production de protéines nécessite également des exigences de service. Un site nécessitant la fourniture de services est produit dans une petite sous-unité de ribosome lorsqu'un brin d'ARNm pénètre par une fente sélective et un brin d'ARNt initiateur par une autre. Cette action déclenche le verrouillage de la petite sous-unité sur une grande sous-unité du ribosome pour former un ribosome complet et actif. L'étonnant processus de production de protéines peut maintenant commencer.

Pour que la traduction et la synthèse des protéines aient lieu, de nombreux produits chimiques initiateurs et libérateurs sont impliqués, et de nombreuses réactions utilisant des enzymes ont lieu. Il existe cependant des exigences générales et celles-ci doivent être satisfaites. La liste ci-dessous montre les principales exigences et comment elles sont fournies :

  • Exigence: Une installation sûre (sans contamination) et appropriée pour le processus de production de protéines.
  • Disposition: cette facilité est assurée par les deux sous-unités ribosomiques. Lorsque les deux sous-unités se verrouillent pour former le ribosome complet, les molécules entrant et sortant ne peuvent le faire que par des fentes ou des tunnels sélectifs dans la structure moléculaire.
  • Exigence: Une fourniture d'informations sous une forme que le ribosome peut traduire avec un degré élevé de précision. La traduction doit être précise pour que les bonnes protéines soient produites.
  • Disposition: L'information est fournie par le noyau et délivrée au ribosome sous la forme d'un brin d'ARNm. Lorsque l'ARNm est formé dans le noyau, les introns (sections non codantes) sont coupés et les exons (sections codantes) sont réunis par un processus appelé épissage.
  • Exigence: Un apport d'acides aminés à partir duquel le mécanisme ribosomique peut obtenir les acides aminés spécifiques nécessaires.
  • Disposition: Les acides aminés, principalement fournis par les aliments, sont normalement librement disponibles dans le cytoplasme.
  • Exigence: Un système qui peut sélectionner et verrouiller un acide aminé dans le cytoplasme et le livrer au site de traduction et de synthèse dans le ribosome.
  • Disposition: De courts brins d'acide ribonucléique de transfert (ARNt) fabriqués dans le noyau et disponibles dans le cytoplasme agissent comme des « outils d'adaptation ». Lorsqu'un brin d'ARNt s'est verrouillé sur un acide aminé, l'ARNt est dit « chargé ». L'ARNt diffuse dans la plus petite sous-unité du ribosome et chaque court brin d'ARNt fournira UNE acide aminé.
  • Exigence: Un moyen de libérer dans le cytoplasme : (une) un polypeptide nouvellement formé, (b) l'ARNm qui a été utilisé dans le processus de traduction, et (c) l'ARNt qui a délivré l'acide aminé qu'il transportait et qui est maintenant « non chargé ».
  • Disposition : (a) lorsqu'une chaîne peptidique nouvellement formée est produite profondément à l'intérieur de la grande sous-unité du ribosome, elle est dirigée vers le cytoplasme le long d'un tunnel ou d'une fente. (b) L'ARNm « utilisé » quitte la plus petite sous-unité du ribosome à travers un tunnel du côté opposé à son point d'entrée. Le mouvement à travers le ribosome est provoqué par un mouvement intermittent à sens unique du ribosome le long et dans la direction du brin d'ARNm entrant. (c) l'ARNt à l'état « non chargé » sort via un tunnel dans l'architecture moléculaire de la grande sous-unité du ribosome.

The Protein Factory : que se passe-t-il à l'intérieur ?
– Un aperçu de la chaîne de production de protéines qui peut assembler des acides aminés à raison de 200 par minute !

Maintenant que nous avons examiné les exigences et les dispositions nécessaires au fonctionnement de la machine de production de protéines, nous pouvons examiner le fonctionnement interne.

Comme mentionné précédemment, de nombreuses réactions biochimiques détaillées ont lieu dans le ribosome et seul un bref aperçu est donné ici pour illustrer le concept.
(Veuillez également consulter « schéma du ribosome » à la fin de la section)

Dans le ribosome, il y a TROIS ÉTAPES et TROIS SITES opérationnels impliqués dans la chaîne de production de protéines.

Les trois ÉTAPES sont (1) Initiation, (2) Allongement et (3) Terminaison.

Les trois opérationnels ou contraignants DES SITES sommes A, P et E lecture à partir du site d'entrée de l'ARNm (classiquement le côté droit).

Sites A et P couvrent à la fois les sous-unités du ribosome avec une plus grande partie résidant dans la grande sous-unité du ribosome et une plus petite partie dans la plus petite sous-unité. Site E, le site de sortie, réside dans la grande sous-unité du ribosome.

Tableau des sites de liaison, positions et fonctions dans un ribosome
(veuillez également voir le schéma du ribosome à la fin de la section)

Site de liaison

site d'entrée du brin d'ARNm

Terme biologique

Principaux processus

Admission du codon de l'ARNm et du brin « chargé » de l'ARNt. Vérification et décodage et début de la « remise » d'une molécule d'acide aminé

Synthèse peptidique, consolidation, élongation et transfert de la chaîne peptidique vers le site A

Site E

Préparation de l'ARNt « non chargé » pour la sortie

Les trois étapes :

  1. Initiation. Au cours de cette étape, une petite sous-unité de ribosome se lie à l'extrémité d'un brin d'ARNm. L'« ARNt initiateur » pénètre également dans la petite sous-unité. Ce complexe se joint alors à une grande sous-unité de ribosome. Au début du brin d'ARNm, il y a un message « démarrer la traduction » et un brin d'ARNt « chargé » avec un acide aminé spécifique, entre site A du ribosome. La production d'un polypeptide a maintenant été lancée. Pour que l'ARNt ne soit pas rejeté, le groupe de code à trois lettres qu'il porte (appelé anti-codon) doit correspondre au groupe de code à trois lettres (appelé codon) sur le brin d'ARNm déjà dans le ribosome. Il s'agit d'une partie très importante de la Traduction processus et il est surprenant de constater à quel point les « erreurs de traduction » sont rares. [En général, l'acide aminé particulier qu'il porte est déterminé par l'anticodon à trois lettres qu'il porte, par ex. si le code à trois lettres est CAG (Cytosine, UNEdenine, guanine) puis il sélectionnera et transportera l'acide aminé Glutamine (Gln)].
  1. Élongation.Ce terme couvre la période entre l'initiation et la terminaison et c'est pendant cette période que la partie principale de la protéine désignée est fabriquée. Le processus consiste en une série de cycles dont le nombre total est déterminé par l'ARNm. L'un des principaux événements au cours de l'allongement est translocation. C'est à ce moment-là que le ribosome se déplace le long de l'ARNm d'un cran de codon et qu'un nouveau cycle commence. Au cours du processus de « démarrage », l'« ARNt d'initiation » se sera déplacé vers site P (voir schéma du ribosome à la fin de la section) et le ribosome aura admis dans site A, un nouvel ARNt « chargé » avec un acide aminé. L'ARNt « chargé » réside dans site A jusqu'à ce qu'il ait été vérifié et accepté (ou rejeté) et jusqu'à ce que la chaîne peptidique en croissance attachée à l'ARNt dans site P, a été transféré par des enzymes, à l'ARNt «chargé» dans site A. Ici, un nouvel acide aminé est donné par l'ARNt et ajouté à la chaîne peptidique. Par ce processus, la longueur de la chaîne peptidique est augmentée par incréments d'un acide aminé. [La formation de liaison peptidique entre la chaîne peptidique en croissance et l'acide aminé nouvellement admis est assistée par la peptidyl transférase et a lieu dans la grande sous-unité du ribosome. La réaction se produit entre l'ARNt qui porte la chaîne peptidique naissante, le peptidyl-ARNt et l'ARNt qui porte l'acide aminé entrant, l'aminoacyl-ARNt]. Lorsque cela a eu lieu, l'ARNt dans site P, ayant transféré sa chaîne peptidique, et maintenant sans aucun attachement, est déplacé vers site E le site de sortie. Ensuite, l'ARNt dans site A, complet avec une chaîne peptidique augmentée en longueur d'un acide aminé, se déplace vers site P. Dans site P les riboprotéines agissent pour consolider la liaison de la chaîne peptidique à l'acide aminé nouvellement ajouté. Si la chaîne peptidique est longue, la partie la plus ancienne sera déplacée dans le cytoplasme pour être suivie par le reste de la chaîne au fur et à mesure de sa production.Le prochain cycle
    Avec site A maintenant vide transfert se déroule. Le ribosome se déplace sur une distance d'une encoche de codon (trois lettres) le long de l'ARNm pour amener un nouveau codon dans la zone de traitement. L'ARNt « chargé » avec un acide aminé attaché entre maintenant site A, et à condition qu'une correspondance satisfaisante du codon de l'ARNm et de l'anti-codon de l'ARNt soit réalisée, le cycle recommence. Ce processus se poursuit jusqu'à ce qu'une étape de terminaison soit atteinte.
  2. Résiliation. Lorsque le ribosome atteint la fin du brin d'ARNm, un message terminal ou «fin de code protéique» est signalé. Cela enregistre la fin de la production de la protéine particulière codée par ce brin d'ARNm. Les produits chimiques « facteur de libération » empêchent tout ajout d'acides aminés et la nouvelle protéine (polypeptide) est complètement déplacée dans le cytoplasme à travers une fente dans la grande sous-unité. Les deux sous-unités du ribosome se désengagent, se séparent et sont réutilisées ou décomposées.

  • Presque toutes les protéines nécessaires aux cellules sont synthétisées par les ribosomes. Les ribosomes se trouvent «libres» dans le cytoplasme cellulaire et également attachés au réticulum endoplasmique rugueux.
  • Les ribosomes reçoivent des informations du noyau cellulaire et des matériaux de construction du cytoplasme.
  • Ribosomes Traduire informations codées dans l'acide ribonucléique messager (ARNm).
  • Ils relier ensemble des acides aminés spécifiques pour former des polypeptides et ils les exportent vers le cytoplasme.
  • Une cellule de mammifère peut contenir jusqu'à 10 millions de ribosomes, mais chaque ribosome n'a qu'une existence temporaire.
  • Les ribosomes peuvent lier les acides aminés à un taux de 200 par minute.
  • Les ribosomes sont formés à partir du verrouillage d'une petite sous-unité sur une grande sous-unité. Les sous-unités sont normalement disponibles dans le cytoplasme, la plus grande étant environ deux fois plus grande que la plus petite.
  • Chaque ribosome est un complexe de ribonucléoprotéines dont les deux tiers de sa masse sont composés d'ARN ribosomique et d'environ un tiers de protéines ribosomiques.
  • La production de protéines se déroule en trois étapes : (1) initiation, (2) élongation, et (3) Résiliation.
  • Au cours de la production de peptides, le ribosome se déplace le long de l'ARNm selon un processus intermittent appelé translocation.
  • Des médicaments antibiotiques tels que la streptomycine peuvent être utilisés pour attaquer le mécanisme de traduction chez les procaryotes. C'est très utile. Malheureusement, certaines toxines bactériennes et certains virus peuvent également le faire.
  • Après avoir quitté le ribosome, la plupart des protéines sont repliées ou modifiées d'une manière ou d'une autre. C'est ce qu'on appelle la « modification post-traductionnelle ».

Un schéma d'ensemble de la production de protéines, y compris une note sur la modification des protéines.


La main régulatrice dans la formation des ribosomes

Les ribosomes, qui utilisent un programme génétique fixe pour fabriquer des protéines cellulaires, se forment également selon un plan hiérarchique strict. Dans une approche interdisciplinaire, les équipes de recherche du Prof. Dr. Ed Hurt du Heidelberg University Biochemistry Center (BZH) et du Prof. Dr. André Hoelz du California Institute of Technology (Caltech) à Pasadena (USA) ont décodé le mécanisme qui réglemente ce processus. Ils ont découvert une protéine auparavant inconnue qui régule les processus dans le noyau cellulaire qui permettent à la cellule d'incorporer des protéines ribosomiques dans le pré-ribosome en développement dans le bon ordre. Les résultats de leurs recherches ont été publiés en ligne dans « Molecular Cell ».

Les ribosomes sont des nanomachines cellulaires à structure complexe constituées de quatre acides ribonucléiques et d'environ 80 protéines ribosomiques différentes (protéines r). Ils sont responsables de la synthèse des chaînes protéiques. "Une formation ribosomique correcte est d'une importance élémentaire dans la division et la propagation cellulaires. Leur structure est très compliquée car toutes les protéines ribosomiques sont ajoutées au pré-ribosome en développement dans une séquence stricte, avec environ 200 protéines auxiliaires assistant le processus", explique Ed Hurt. .

Chez les eucaryotes, de nouveaux ribosomes se forment principalement dans le noyau cellulaire. Les protéines r nécessaires à leur formation doivent voyager du plasma cellulaire jusqu'au site du noyau où sont fabriqués les ribosomes, appelé le nucléole. Until now, scientists knew only that r-proteins were built into the newly forming ribosome following a strict hierarchy -- r-protein B comes after r-protein A and so on. "But the question of how the strict sequence is ensured and who is responsible remained largely unanswered," explains Prof. Hurt.

The researchers have now been able to demonstrate that the newly discovered protein, called the assembly chaperone of L4 or Acl4, regulates the orderly integration of ribosomal protein L4 into the early pre-ribosome. "This employs a well-known everyday concept, like an usher holding a seat open until the correct occupant arrives," explains the researcher.

Using new investigative procedures, the two primary authors of the publication, Dr. Philipp Stelter of the BZH and Ferdinand Huber of Caltech, were able to decode the detection mechanism between the L4 r-protein and the developing ribosome. According to the researchers, the underlying basis is a eukaryote-specific extension of the L4 ribosomal protein that comes into contact with the surface of the ribosome and is released for assembly by the Acl4 helper protein. If these interactions are hindered by insufficient production of the r-protein or an error in the growing ribosome, the helper protein remains bound and prevents the development of a faulty ribosome.

The collaboration between the researchers of the Heidelberg University Biochemistry Center and the California Institute of Technology offered an opportunity to combine traditional and newly developed methods in cellular biology, biochemistry and biophysics. "This was pivotal for the detailed characterisation of the newly discovered mechanisms and the participating components," emphasises Ed Hurt.


Alert to biologists: Ribosomes can translate 'untranslated region' of messenger RNA

In what appears to be an unexpected challenge to a long-accepted fact of biology, Johns Hopkins researchers say they have found that ribosomes -- the molecular machines in all cells that build proteins -- can sometimes do so even within the so-called untranslated regions of the ribbons of genetic material known as messenger RNA (mRNA).

"This is an exciting find that generates a whole new set of questions for researchers," says Rachel Green, Ph.D., a Howard Hughes Medical Institute investigator and professor of molecular biology and genetics at the Johns Hopkins University School of Medicine. Chief among them, she adds, is whether the proteins made in this unusual way have useful or damaging functions and under what conditions, questions that have the potential to further our understanding of cancer cell growth and how cells respond to stress.

In a summary of the findings in yeast cells, to be published Aug. 13 in the journal Cellule, Green and her team report that the atypical protein-making happens when ribosomes fail to get "recycled" when they reach the "stop" signal in the mRNA. For reasons not yet understood, Green says, "rogue" ribosomes restart without a "start" signal and make small proteins whose functions are unknown.

Ribosomes are made out of specialized RNA molecules (DNA's chemical cousin) that work together with proteins to read instruction-bearing mRNAs and "translate" their message to create proteins. Each mRNA begins with a "start" code, followed by the blueprint for a specific protein, followed by a "stop" code. And then there's a segment of code that has always been called the "untranslated region," because scientists never saw it translated into protein.

But no longer, according to Green and postdoctoral fellow Nicholas Guydosh, Ph.D., who, along with a team at the National Institute of Child Health and Human Development, began the project out of curiosity about a yeast protein called Rli1.

Previous studies had shown that Rli1 can split ribosomes into their two component parts once they encounter a stop code and are no longer needed. This "recycling" process, they say, disengages a ribosome from its current mRNA molecule so that it's available to translate another one. But it was unclear whether Rli1 behaved the same way in live cells.

To find out, the researchers deprived living yeast cells of Rli1, predicting that translation would slow down as ribosomes piled up at stop codes. To "see" where the ribosomes were, the team added an enzyme to the cells that would chew up any exposed RNA. The RNA bound by ribosomes would be protected and could then be isolated and identified. As predicted, the depletion of Rli1 increased the number of ribosomes sitting on stop codes. But they also saw evidence of ribosomes sitting in the untranslated region, which they called a surprise.

To find out if the ribosomes were actually reading from the untranslated region to create proteins, the team inserted genetic code in that region for a protein whose quantity they could easily measure. Cells with Rli1 didn't make the protein, but cells missing Rli1 did, proving that their ribosomes were indeed active in the untranslated region.

Further experiments showed that the ribosomes weren't just continuing translation past the stop code to create an extra-long protein. They first released the regularly coded protein as usual and then began translation again nearby.

"It seems like the ribosomes get tired of waiting to be disassembled and decide to get back to work," says Guydosh. "The protein-making work that appears right in front of them is in the untranslated region."

As noted, the purpose of these many small proteins is unknown, but Green says one possibility stems from the fact that ribosomes increase in the untranslated region when yeast are stressed by a lack of food. "It's possible that these small proteins actually help the yeast respond to starvation, but that's just a guess," she says.

Because ribosomes are essential to create new proteins and cell growth, Green notes, scientists believe the rate at which cells replicate is determined, at least in part, by how many ribosomes they have. Cells lacking Rli1 can't grow because their ribosomes are all occupied at stop codes and in untranslated regions. Thus cancer cells increase their levels of Rli1 in order to grow rapidly.

"We didn't understand previously how important ribosome recycling is for the proper translation of mRNA," says Green. "Without it, ribosomes are distracted from their usual work, which is crucial for normal cell maintenance and growth. This finding opens up questions we didn't even know to ask before."


Voir la vidéo: The Cell Song (Janvier 2022).