Traduction bactérienne - Bacterial translation
La traduction bactérienne est le processus par lequel l'ARN messager est traduit en protéines chez les bactéries .
Initiation
L'initiation de la traduction chez les bactéries implique l'assemblage des composants du système de traduction, qui sont : les deux sous-unités ribosomiques ( sous - unités 50S et 30S ) ; l'ARNm mature à traduire ; l'ARNt chargé de N-formylméthionine (le premier acide aminé du peptide naissant) ; la guanosine triphosphate (GTP) comme source d'énergie, et les trois facteurs d'initiation procaryotes IF1 , IF2 et IF3 , qui aident à l'assemblage du complexe d'initiation. Des variations dans le mécanisme peuvent être anticipées.
Le ribosome possède trois sites actifs : le site A, le site P et le site E. Le site A est le point d'entrée de l'ARNt aminoacyl (à l'exception du premier ARNt aminoacyl, qui entre au site P). Le site P est l'endroit où l'ARNt peptidyle est formé dans le ribosome. Et le site E qui est le site de sortie de l'ARNt maintenant non chargé après avoir donné son acide aminé à la chaîne peptidique en croissance.
La sélection d'un site d'initiation (généralement un codon AUG) dépend de l'interaction entre la sous-unité 30S et la matrice d'ARNm. La sous-unité 30S se lie à la matrice d'ARNm dans une région riche en purine (la séquence Shine-Dalgarno ) en amont du codon d'initiation AUG. La séquence Shine-Dalgarno est complémentaire d'une région riche en pyrimidine sur le composant ARNr 16S de la sous-unité 30S. Cette séquence a été conservée au cours de l'évolution et joue un rôle majeur dans le monde microbien que nous connaissons aujourd'hui. Lors de la formation du complexe d'initiation, ces séquences nucléotidiques complémentaires s'apparient pour former une structure d'ARN double brin qui lie l'ARNm au ribosome de telle sorte que le codon d'initiation est placé sur le site P.
Les régions codantes bien connues qui n'ont pas de codons d'initiation AUG sont celles de lacI (GUG) et lacA (UUG) dans l' opéron lac de E. coli . Deux études ont indépendamment montré qu'au moins 17 codons d'initiation non AUG peuvent initier la traduction dans E. coli .
Élongation
L'allongement de la chaîne polypeptidique implique l'ajout d' acides aminés à l' extrémité carboxyle de la chaîne en croissance. La protéine en croissance sort du ribosome par le tunnel de sortie du polypeptide dans la grande sous-unité.
L'élongation commence lorsque le fMet-ARNt pénètre dans le site P, provoquant un changement de conformation qui ouvre le site A pour que le nouvel aminoacyl-ARNt se lie. Cette liaison est facilitée par le facteur d'élongation-Tu (EF-Tu), une petite GTPase . Pour une reconnaissance rapide et précise de l'ARNt approprié, le ribosome utilise de grands changements conformationnels ( relecture conformationnelle ). Maintenant, le site P contient le début de la chaîne peptidique de la protéine à coder et le site A contient l'acide aminé suivant à ajouter à la chaîne peptidique. Le polypeptide en croissance connecté à l'ARNt dans le site P est détaché de l'ARNt dans le site P et une liaison peptidique se forme entre les derniers acides aminés du polypeptide et l'acide aminé encore attaché à l'ARNt dans le site A. Ce processus, connu sous le nom de formation de liaison peptidique , est catalysé par un ribozyme (l' ARN ribosomique 23S dans la sous-unité ribosomique 50S). Maintenant, le site A a le peptide nouvellement formé, tandis que le site P a un ARNt non chargé (ARNt sans acides aminés). Le peptide nouvellement formé dans l'ARNt du site A est connu sous le nom de dipeptide et l'ensemble est appelé dipeptidyl-ARNt . L'ARNt dans le site P moins l'acide aminé est connu pour être désacylé . Dans la dernière étape de l'élongation, appelée translocation , l' ARNt désacylé (dans le site P) et l' ARNt dipeptidyl (dans le site A) ainsi que ses codons correspondants se déplacent respectivement vers les sites E et P, et un nouveau codon se déplace dans le site A. Ce processus est catalysé par le facteur d'allongement G (EF-G). L'ARNt désacylé au site E est libéré du ribosome lors de l'occupation suivante du site A par un aminoacyl-ARNt à nouveau facilité par EF-Tu.
Le ribosome continue de traduire les codons restants sur l'ARNm à mesure que davantage d'aminoacyl-ARNt se lient au site A, jusqu'à ce que le ribosome atteigne un codon d'arrêt sur l'ARNm (UAA, UGA ou UAG).
La machinerie de traduction fonctionne relativement lentement par rapport aux systèmes enzymatiques qui catalysent la réplication de l'ADN. Les protéines des bactéries sont synthétisées à une vitesse de seulement 18 résidus d'acides aminés par seconde, tandis que les réplisomes bactériens synthétisent l'ADN à une vitesse de 1000 nucléotides par seconde. Cette différence de vitesse reflète, en partie, la différence entre la polymérisation de quatre types de nucléotides pour fabriquer des acides nucléiques et la polymérisation de 20 types d'acides aminés pour fabriquer des protéines. Tester et rejeter des molécules d'aminoacyl-ARNt incorrectes prend du temps et ralentit la synthèse des protéines. Chez les bactéries, l'initiation de la traduction se produit dès que l'extrémité 5' d'un ARNm est synthétisée, et la traduction et la transcription sont couplées. Ceci n'est pas possible chez les eucaryotes car la transcription et la traduction s'effectuent dans des compartiments séparés de la cellule (le noyau et le cytoplasme).
Résiliation
La terminaison se produit lorsqu'un des trois codons de terminaison se déplace dans le site A. Ces codons ne sont reconnus par aucun ARNt. Au lieu de cela, ils sont reconnus par des protéines appelées facteurs de libération , à savoir RF1 (reconnaissant les codons stop UAA et UAG) ou RF2 (reconnaissant les codons stop UAA et UGA). Ces facteurs déclenchent l' hydrolyse de la liaison ester dans le peptidyl-ARNt et la libération de la protéine nouvellement synthétisée par le ribosome. Un troisième facteur de libération RF-3 catalyse la libération de RF-1 et RF-2 à la fin du processus de terminaison.
Recyclage
Le complexe post-terminaison formé à la fin de l'étape de terminaison se compose d'ARNm avec le codon de terminaison sur le site A, d'un ARNt non chargé sur le site P et du ribosome 70S intact. L'étape de recyclage des ribosomes est responsable du désassemblage du complexe ribosomique post-termination. Une fois que la protéine naissante est libérée à la fin, le facteur de recyclage du ribosome et le facteur d' élongation G (EF-G) fonctionnent pour libérer l'ARNm et les ARNt des ribosomes et dissocier le ribosome 70S en sous-unités 30S et 50S. IF3 remplace alors l'ARNt désacylé en libérant l'ARNm. Tous les composants de traduction sont désormais gratuits pour des cycles de traduction supplémentaires.
Selon l'ARNt, IF1 - IF3 peut également effectuer le recyclage.
Polysomes
La traduction est effectuée par plus d'un ribosome simultanément. En raison de la taille relativement grande des ribosomes, ils ne peuvent se fixer qu'à des sites de l'ARNm distants de 35 nucléotides. Le complexe d'un ARNm et de plusieurs ribosomes est appelé polysome ou polyribosome.
Règlement de la traduction
Lorsque les cellules bactériennes manquent de nutriments, elles entrent en phase stationnaire et régulent à la baisse la synthèse des protéines. Plusieurs processus interviennent dans cette transition. Par exemple, dans E. coli , les ribosomes 70S forment des dimères 90S lors de la liaison avec une petite protéine de 6,5 kDa, le facteur de modulation du ribosome RMF. Ces dimères de ribosomes intermédiaires peuvent ensuite se lier à une molécule de facteur de promotion de l'hibernation (la protéine de 10,8 kDa, HPF) pour former une particule ribosomique 100S mature, dans laquelle l'interface de dimérisation est réalisée par les deux sous-unités 30S des deux ribosomes participants. Les dimères de ribosomes représentent un état d'hibernation et sont inactifs sur le plan de la traduction. Une troisième protéine qui peut se lier aux ribosomes lorsque les cellules d' E. coli entrent en phase stationnaire est YfiA (anciennement connue sous le nom de RaiA). HPF et YfiA sont structurellement similaires et les deux protéines peuvent se lier aux sites catalytiques A et P du ribosome. Le RMF bloque la liaison du ribosome à l'ARNm en empêchant l'interaction du messager avec l'ARNr 16S. Lorsqu'elle est liée aux ribosomes, la queue C-terminale d' E. coli YfiA interfère avec la liaison du RMF, empêchant ainsi la dimérisation et entraînant la formation de ribosomes 70S monomères inactifs sur le plan de la traduction.
En plus de la dimérisation des ribosomes, la jonction des deux sous-unités ribosomiques peut être bloquée par RsfS (anciennement appelé RsfA ou YbeB). RsfS se lie à L14, une protéine de la grande sous-unité ribosomique, et bloque ainsi la jonction de la petite sous-unité pour former un ribosome 70S fonctionnel, ralentissant ou bloquant complètement la traduction. Les protéines RsfS se trouvent dans presque toutes les eubactéries (mais pas les archées ) et des homologues sont présents dans les mitochondries et les chloroplastes (où ils sont respectivement appelés C7orf30 et iojap ). Cependant, on ne sait pas encore comment l'expression ou l'activité de RsfS est régulée.
Un autre facteur de dissociation des ribosomes chez Escherichia coli est HflX , auparavant une GTPase de fonction inconnue. Zhang et al. (2015) ont montré que HflX est un facteur de division du ribosome induit par le choc thermique capable de dissocier les ribosomes vacants ainsi que les ribosomes associés à l'ARNm. Le domaine effecteur N-terminal de HflX se lie au centre de la peptidyl transférase d'une manière étonnamment similaire à celle des facteurs de libération de classe I et induit des changements conformationnels spectaculaires dans les ponts intersous-unités centraux, favorisant ainsi la dissociation des sous-unités. En conséquence, la perte de HflX entraîne une augmentation des ribosomes bloqués lors d'un choc thermique et éventuellement d'autres conditions de stress.
Effet des antibiotiques
Plusieurs antibiotiques exercent leur action en ciblant le processus de traduction chez les bactéries. Ils exploitent les différences entre les mécanismes de traduction procaryotes et eucaryotes pour inhiber sélectivement la synthèse des protéines chez les bactéries sans affecter l'hôte.