Transcription de l'ADN: processus et mécanisme de la transcription de l'ADN

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Le processus de copie d'informations génétiques d'antisens ou d'un brin matrice de l'ADN dans l'ARN est appelé transcription. Il est conçu pour transférer les informations codées de l’ADN vers le site où elles sont nécessaires à la synthèse des protéines. Les principes de complémentarité sont utilisés même dans la transcription.

La seule exception est que (i) l’uracile est incorporé à la place de la thymine en regard de l’adénine de la matrice, (ii) seul le brin de la matrice de l’ADN est transcrit. Les deux brins d'ADN ne peuvent pas être copiés dans la transcription car cela produira deux types de protéines, l'une avec la séquence correcte d'acides aminés et l'autre avec la séquence inverse d'acides aminés.

En outre, si deux ARN complémentaires sont produits simultanément, ils auront tendance à former un ARN double brin, ce qui entraîne une non-traduction des informations codées en protéines. L'exercice complet de la transcription apparaîtrait alors futile.

Unité de transcription:

Le segment d'ADN qui participe à la transcription est appelé unité de transcription (Fig. 6.16). Il a trois composants (i) un promoteur, (ii) le gène structural et (iii) un terminateur. Outre un promoteur, les eucaryotes ont également besoin d'un activateur. Le promoteur est situé en amont du gène de structure. Par convention, on l'appelle extrémité 5 '(du brin codant qui est l'extrémité 3' du brin modèle). La région de terminaison est présente en aval du gène de structure à l'extrémité 3 '(du brin codant qui est en réalité l'extrémité 5' du brin matrice). Le promoteur a différentes parties pour l'attachement à divers facteurs de transcription.

Dans de nombreux cas, le promoteur a une région riche en AT appelée TATA Box. La zone présente un sillon auquel des composants protéiques spécifiques peuvent se combiner. La région contenant TATA est aussi appelée boîte de Pribnow après le nom de son découvreur.

Le gène structural est un composant de ce brin d'ADN qui a une polarité 3 '→ 5' (car la transcription ne peut avoir lieu que dans le sens 5 '→ 3'). Ce brin d'ADN est appelé brin matrice ou brin maître ou antisens, ou brin (-). L'autre brin qui a une polarité de 5 '→ 3' est déplacé pendant la transcription. Ce brin non modèle qui ne participe pas à la transcription est également appelé sens ou codant, ou plus (+), car le code génétique présent dans ce brin est similaire au code génétique (basé sur l'ARNm), sauf que l'uracile est remplacé par la thymine.

Mécanisme de transcription:

Chez les eucaryotes, la transcription se produit tout au long de la phase I dans les cellules différenciées, mais davantage dans les phases G ₁ et G ₂ du cycle cellulaire du noyau. Selon les besoins, un gène de structure peut transcrire une à de nombreuses molécules d'ARN. Les produits de transcription sont transférés dans le cytoplasme pour être traduits.

Chez les procaryotes, la transcription se produit au contact du cytoplasme car leur ADN se situe dans le cytoplasme. La transcription nécessite une ARN polymérase ADN dépendante. Les eucaryotes ont trois ARN polymérases, Pol I (Pol A) (pour les ribosomes ou les ARNr sauf l'ARNr 5S), Pol II (pour l'ARNm, snRNS) et Pol III (pour le transfert ou l'ARNt, l'ARNr 5S et certains ARNsr). Les ARN polymérases eucaryotes nécessitent également des facteurs de transcription pour leur initiation.

Différentes parties de l'ADN sont impliquées dans la transcription de divers acides ribonucléiques. Les procaryotes n'ont qu'un seul ARN polymérase qui synthétise tous les types d'ARN. L'ARN polymérase d'Escherichia coli possède cinq chaînes polypeptidiques β, β ', α, α' et un facteur σ (sigma). L'holoenzyme a un poids moléculaire de 4, 50 000. Sigma ou un facteur reconnaît le signal de départ ou la région promotrice (boîte TATA) de l'ADN.

La partie de l'enzyme polymérase moins с facteur est appelée enzyme centrale (figure 6.17). Les polypeptides a et a 'sont protecteurs, tandis que les polypeptides β et β' sont de nature catalytique.

Un facteur de terminaison appelé facteur Rho (p) est requis pour la terminaison de la transcription. Un certain nombre d'autres facteurs sont également nécessaires - pour le déroulement du duplex d'ADN, la stabilisation du brin d'ADN déroulé, l'appariement des bases, la séparation et le traitement de l'ARN transcrit.

1. Activation des ribonucléotides:

Les ribonucléotides diffèrent des désoxyribonucléotides en ce qu'ils ont du sucre ribose au lieu du sucre désoxyribose. La thymidine monophosphate est remplacée par l'uridine monophosphate. Les quatre types de ribonucléotides sont l'adénosine monophosphate (AMP), le guanosine monophosphate (GMP), l'uridine monosphosphate (UMP) et la cytidine monophosphate (CMP). Ils se produisent librement dans le nucléoplasme. Avant la transcription, les nucléotides sont activés par phosphorylation. Enzyme phosphorylase est nécessaire avec l'énergie. Les ribonucléotides activés ou phosphorylés sont l'adénosine triphosphate (ATP), la guanosine triphosphate (GTP), l'uridine triphosphate (UTP) et la cytidine triphosphate (CTP).

2. Modèle d'ADN:

Sur des signaux spécifiques, des segments d'ADN correspondant à un ou plusieurs cistrons deviennent déprimés et prêts à être transcrits. Chacun de ces segments de transcription d'ADN a une région promotrice, un site d'initiation, une région codante et une région de terminateur. La transcription commence au site d'initiation et se termine à la région de terminaison. Une région promotrice a un site de reconnaissance d'ARN polymérase et un site de liaison d'ARN polymérase.

L'ouverture de chaîne se produit dans la région occupée par les nucléotides TATAATG (boîte TATA) chez la plupart des procaryotes. Les enzymes nécessaires à la séparation des chaînes sont les undindases, les gyrases et les protéines de liaison simple brin. La région de terminaison a soit une séquence de bases poly A, soit une séquence palindromique (séquence de bases identique s'étendant dans des directions opposées dans les deux chaînes d'ADN).

L'ARN polymérase (commune chez les procaryotes et spécifique chez les eucaryotes) se lie à la région promotrice. Les deux brins d'ADN se déroulent progressivement à partir du site de liaison de la polymérase. L'un des deux brins d'ADN (3'— »5 ') sert de matrice pour la transcription de l'ARN. On l'appelle maître, modèle ou brin antisens. La formation de la transcription se fait dans le sens 5 '-> 3'.

3. Couplage de la base:

Les ribonucléosides triphosphates présents dans le milieu environnant finissent par se trouver en face des bases azotées de la matrice ADN (brin Antisense). Ils forment des paires complémentaires U opposé, A opposé T, С opposé G et G opposé C. Un pyrophosphate est libéré de chaque ribonucléoside triphosphate pour former un ribonucléotide. Le pyrophosphate est hydrolysé à l'aide de l'enzyme pyrophosphatase. Cela libère de l'énergie.

4. Formation de la chaîne:

Avec l'aide de l'ARN polymérase, les ribonucléotides adjacents maintenus sur une matrice d'ADN se joignent pour former une chaîne d'ARN. Chez les procaryotes, une polymérase unique reconnaît le promoteur et la région d'initiation. Chez les eucaryotes, il existe des facteurs de transcription et une ARN polymérase distincts pour l'activation de la transcription. Au début de la formation de la chaîne d'ARN, le facteur sigma (a) de l'ARN polymérase procaryote se sépare. L'ARN polymérase (enzyme principale) se déplace le long de la matrice d'ADN, provoquant l'allongement de la chaîne d'ARN à une vitesse d'environ 30 nucléotides par seconde. La synthèse de l'ARN s'arrête dès que la polymérase atteint la région de terminaison. Le facteur Rho (p) est requis pour cela. La région de terminaison a un signal d'arrêt. Il possède également 4-8 A-nucléotides.

5. Séparation de l'ARN:

La terminaison ou le facteur rho a une activité ATP-ase (Roberts, 1976). Cela aide à la libération de la chaîne d'ARN terminée. L'ARN libéré est appelé transcrit primaire. Il est traité pour former des ARN fonctionnels. Dans de nombreux procaryotes, certains des gènes structurels de fonctions connexes sont regroupés dans des opérons. Un opéron est transcrit en une seule unité. Une telle unité de transcription produit un ARNm polycistronique. Chez les eucaryotes, l'unité de transcription donne un ARNm mono-cistronique.

6. Formation duplex. Après la publication du transcrit primaire, les deux brins de l’ADN établissent des liens entre des paires de bases complémentaires. Des gyrases, des undindases et des protéines SSB sont libérées. Par conséquent, la forme ADN à double hélice est reprise.

7. Traitement post-transcription:

Le transcrit primaire est souvent plus grand que les ARN fonctionnels. Ce transcrit primaire est appelé ARN nucléaire hétérogène ou ARNh, en particulier dans le cas de l'ARNm. Un traitement post-transcription est nécessaire pour convertir le transcrit primaire de tous les types d'ARN en ARN fonctionnels (Fig. 6.18). Il est de quatre types:

(i) Décolleté:

Les précurseurs d'ARN plus grands sont clivés pour former des ARN plus petits. Le transcrit primaire de l'ARNr est 45 S chez les eucaryotes. Il est clivé pour former ce qui suit:

Le transcrit primaire est également clivé par la rfoonucléase-P (une enzyme ARN). Un transcrit primaire peut former 5 à 7 précurseurs d'ARNt.

(ii) épissage:

Les transcrits eucaryotes possèdent des segments supplémentaires appelés introns ou séquences intermédiaires ou non codantes. Ils n'apparaissent pas dans l'ARN mature ou transformé. Les séquences de codage fonctionnelles sont appelées exons. L'épissage est le retrait des introns et la fusion des exons pour former des ARN fonctionnels. Chaque intron commence par le dinucléotide GU et se termine par le dinucléotide AG (règle GU-AG).

Ils sont reconnus par les composants de l'appareil d'épissage de Sn-RNP (prononcé comme des snurps) ou de petites ribonucléoprotéines nucléaires (à savoir Ul, U2, U4, U5, U6). Un complexe appelé spliceosome est formé entre l'extrémité 5 '(GU) et l'extrémité 3' (AG) de l'intron. L'énergie provient d'ATR. Elle supprime l'intron. Les exons adjacents sont rassemblés. Les extrémités sont scellées par l'ARN ligase (figure 6.18).

Les introns ne sont pas un développement récent. Ils sont apparus lorsque la machinerie génétique centrée sur l'ARN était en place. Par conséquent, les gènes et les transcrips séparés sont des caractéristiques anciennes du système génétique. L'épissage continue d'être une fonction catalytique médiée par l'ARN. De nombreux autres processus dépendants de l'ARN commencent à apparaître.

iii) ajouts de terminaux (bouchage et filetage):

Des nucléotides supplémentaires sont ajoutés aux extrémités des ARN pour des fonctions spécifiques, par exemple un segment CCA dans l'ARNt, des nucléotides coiffants à l'extrémité 5 'de l'ARNm ou des segments poly-A (200 à 300 résidus) à l'extrémité 3' de l'ARNm. Le capuchon est formé par modification du GTP en 7-méthyl guanosine ou 7 mG.

(iv) Modifications de nucléotides:

Ils sont plus fréquents dans l'ARNt - méthylation (par exemple, méthyl cytosine, méthyl guanosine), désamination (par exemple, inosine à partir d'adénine), dihydrouracile, pseudouracile, etc.

Chez les procaryotes, l'ARNm ne nécessite aucun traitement complexe pour devenir actif. En outre, la transcription et la traduction se produisent dans la même région. Il en résulte un début de traduction avant même que l'ARNm soit complètement formé.

La synthèse in vitro de l'ARN a été réalisée pour la première fois par Ochoa (1967).