Biosynthèse des protéines - Protein biosynthesis

Un noyau dans une cellule montrant l'ADN, l'ARN et les enzymes aux différents stades de la biosynthèse des protéines
Biosynthèse des protéines à partir de la transcription et des modifications post-transcriptionnelles dans le noyau. Ensuite, l'ARNm mature est exporté vers le cytoplasme où il est traduit. La chaîne polypeptidique se replie ensuite et est modifiée après traduction.

La biosynthèse des protéines (ou synthèse des protéines ) est un processus biologique de base, se produisant à l'intérieur des cellules , équilibrant la perte de protéines cellulaires (via la dégradation ou l' exportation ) grâce à la production de nouvelles protéines. Les protéines remplissent un certain nombre de fonctions critiques en tant qu'enzymes , protéines structurelles ou hormones . La synthèse des protéines est un processus très similaire pour les procaryotes et les eucaryotes, mais il existe quelques différences distinctes.

La synthèse des protéines peut être divisée en deux grandes phases: la transcription et la traduction . Au cours de la transcription, une section d' ADN codant pour une protéine, connue sous le nom de gène , est convertie en une molécule matrice appelée ARN messager (ARNm). Cette conversion est réalisée par des enzymes, appelées ARN polymérases , dans le noyau de la cellule . Chez les eucaryotes, cet ARNm est initialement produit sous une forme prématurée ( pré-ARNm ) qui subit des modifications post-transcriptionnelles pour produire un ARNm mature . L'ARNm mature est exporté du noyau cellulaire via les pores nucléaires vers le cytoplasme de la cellule pour que la traduction se produise. Pendant la traduction, l'ARNm est lu par les ribosomes qui utilisent la séquence nucléotidique de l'ARNm pour déterminer la séquence des acides aminés . Les ribosomes catalysent la formation de liaisons peptidiques covalentes entre les acides aminés codés pour former une chaîne polypeptidique .

Après la traduction, la chaîne polypeptidique doit se replier pour former une protéine fonctionnelle; par exemple, pour fonctionner comme une enzyme, la chaîne polypeptidique doit se replier correctement pour produire un site actif fonctionnel . Afin d'adopter une forme tridimensionnelle fonctionnelle (3D), la chaîne polypeptidique doit d'abord former une série de structures sous-jacentes plus petites appelées structures secondaires . La chaîne polypeptidique dans ces structures secondaires se replie ensuite pour produire la structure tertiaire 3D globale . Une fois correctement repliée, la protéine peut subir une maturation supplémentaire grâce à différentes modifications post-traductionnelles . Les modifications post-traductionnelles peuvent altérer la capacité de la protéine à fonctionner, là où elle est située dans la cellule (par exemple le cytoplasme ou le noyau) et la capacité de la protéine à interagir avec d'autres protéines .

La biosynthèse des protéines joue un rôle clé dans la maladie, car les changements et les erreurs dans ce processus, par des mutations sous-jacentes de l' ADN ou un mauvais repliement des protéines, sont souvent les causes sous-jacentes d'une maladie. Les mutations d'ADN modifient la séquence d'ARNm suivante, qui modifie ensuite la séquence d'acides aminés codée par l'ARNm. Les mutations peuvent entraîner une chaîne polypeptidique plus courte en générant une séquence d'arrêt qui provoque une terminaison précoce de la traduction. En variante, une mutation dans la séquence d'ARNm modifie l'acide aminé spécifique codé à cette position dans la chaîne polypeptidique. Ce changement d'acide aminé peut avoir un impact sur la capacité de la protéine à fonctionner ou à se replier correctement. Les protéines mal repliées sont souvent impliquées dans la maladie car les protéines mal repliées ont tendance à se coller pour former des amas de protéines denses . Ces amas sont liés à une gamme de maladies, souvent neurologiques , dont la maladie d'Alzheimer et la maladie de Parkinson .

Transcription

La transcription se produit dans le noyau en utilisant l'ADN comme matrice pour produire de l'ARNm. Chez les eucaryotes, cette molécule d'ARNm est connue sous le nom de pré-ARNm car elle subit des modifications post-transcriptionnelles dans le noyau pour produire une molécule d'ARNm mature. Cependant, chez les procaryotes, des modifications post-transcriptionnelles ne sont pas nécessaires, de sorte que la molécule d'ARNm mature est immédiatement produite par transcription.

Sucre à 5 carbones en forme de pentagone avec une base et un groupe phosphate attachés, joints via une liaison phosphodiester au groupe phosphate d'un autre nucléotide
Illustrer la structure d'un nucléotide avec les 5 carbones marqués démontrant la nature 5 'du groupe phosphate et la nature 3' du groupe hydroxyle nécessaires pour former les liaisons phosphodiester conjonctives
Montre les deux brins polynucléotidiques dans la molécule d'ADN joints par des liaisons hydrogène entre des paires de bases complémentaires.  Un brin court dans la direction 5 'vers 3' et les brins complémentaires dans la direction opposée 3 'à 5' car il est antiparallèle.
Illustre la directionnalité intrinsèque de la molécule d'ADN avec le brin codant s'étendant de 5 'à 3' et le brin de matrice complémentaire allant de 3 'à 5'

Au départ, une enzyme connue sous le nom d' hélicase agit sur la molécule d'ADN. L'ADN a une structure à double hélice antiparallèle composée de deux brins polynucléotidiques complémentaires , maintenus ensemble par des liaisons hydrogène entre les paires de bases. L'hélicase perturbe les liaisons hydrogène, provoquant le déroulement d'une région d'ADN - correspondant à un gène -, séparant les deux brins d'ADN et exposant une série de bases. Bien que l'ADN soit une molécule double brin, un seul des brins agit comme une matrice pour la synthèse pré-ARNm - ce brin est connu sous le nom de brin matrice. L'autre brin d'ADN (qui est complémentaire du brin matrice) est appelé brin codant.

L'ADN et l'ARN ont tous deux une directionnalité intrinsèque , ce qui signifie qu'il y a deux extrémités distinctes de la molécule. Cette propriété de directionnalité est due aux sous-unités nucléotidiques sous-jacentes asymétriques, avec un groupe phosphate d'un côté du sucre pentose et une base de l'autre. Les cinq atomes de carbone du sucre pentose sont numérotés de 1 '(où' signifie premier) à 5 '. Par conséquent, les liaisons phosphodiester reliant les nucléotides sont formées en joignant le groupe hydroxyle sur le carbone 3 'd'un nucléotide au groupe phosphate sur le carbone 5' d'un autre nucléotide. Par conséquent, le brin codant d'ADN court dans une direction 5 'à 3' et le brin d'ADN matrice complémentaire va dans la direction opposée de 3 'à 5'.

Deux brins d'ADN séparés par une ARN polymérase attachée à l'un des brins et une molécule d'ARN sortant de l'ARN polymérase
Illustre la conversion du brin matrice d'ADN en molécule de pré-ARNm par l'ARN polymérase.

L'enzyme ARN polymérase se lie au brin matrice exposé et lit le gène dans la direction 3 'à 5'. Simultanément, l'ARN polymérase synthétise un seul brin de pré-ARNm dans la direction 5'-vers-3 'en catalysant la formation de liaisons phosphodiester entre les nucléotides activés (libres dans le noyau) qui sont capables d' appariement de bases complémentaires avec le brin matrice . Derrière l'ARN polymérase en mouvement, les deux brins d'ADN se rejoignent, de sorte que seulement 12 paires de bases d'ADN sont exposées à la fois. L'ARN polymérase construit la molécule de pré-ARNm à un taux de 20 nucléotides par seconde permettant la production de milliers de molécules de pré-ARNm à partir du même gène en une heure. Malgré la vitesse de synthèse rapide, l'enzyme ARN polymérase contient son propre mécanisme de relecture. Les mécanismes de relecture permettent à l'ARN polymérase d'éliminer les nucléotides incorrects (qui ne sont pas complémentaires du brin matrice d'ADN) de la molécule de pré-ARNm en croissance grâce à une réaction d'excision. Lorsque les ARN polymérases atteignent une séquence d'ADN spécifique qui termine la transcription, l'ARN polymérase se détache et la synthèse pré-ARNm est terminée.

La molécule de pré-ARNm synthétisée est complémentaire du brin d'ADN matrice et partage la même séquence nucléotidique que le brin d'ADN codant. Cependant, il existe une différence cruciale dans la composition nucléotidique des molécules d'ADN et d'ARNm. L'ADN est composé des bases - guanine , cytosine , adénine et thymine (G, C, A et T) - L'ARN est également composé de quatre bases - guanine, cytosine, adénine et uracile . Dans les molécules d'ARN, la thymine de base d'ADN est remplacée par l'uracile qui est capable de s'apparier avec l'adénine. Par conséquent, dans la molécule de pré-ARNm, toutes les bases complémentaires qui seraient la thymine dans le brin d'ADN codant sont remplacées par l'uracile.

Modifications post-transcriptionnelles

trois brins d'ARN à différents stades de maturation, le premier brin ne contient que des introns et des exons, le deuxième brin a gagné un capuchon 5 'et une queue 3' et contient encore des introns et des exons, le troisième brin a le capuchon et la queue mais les introns ont été supprimés
Décrit le processus de modification post-transcriptionnelle du pré-ARNm par coiffage, polyadénylation et épissage pour produire une molécule d'ARNm mature prête à être exportée à partir du noyau.

Une fois la transcription terminée, la molécule de pré-ARNm subit des modifications post-transcriptionnelles pour produire une molécule d'ARNm mature.

Il y a 3 étapes clés dans les modifications post-transcriptionnelles:

  1. Ajout d'un capuchon 5 'à l'extrémité 5' de la molécule de pré-ARNm
  2. L'addition d'une queue poly (A) 3 ' est ajoutée à la molécule de pré-ARNm de l'extrémité 3'
  3. Élimination des introns par épissage d'ARN

Le capuchon 5 'est ajouté à l'extrémité 5' de la molécule de pré-ARNm et est composé d'un nucléotide guanine modifié par méthylation . Le but du capuchon 5 'est d'empêcher la dégradation des molécules d'ARNm matures avant la traduction, le capuchon facilite également la liaison du ribosome à l'ARNm pour démarrer la traduction et permet de différencier l'ARNm des autres ARN dans la cellule. En revanche, la queue 3 'Poly (A) est ajoutée à l'extrémité 3' de la molécule d'ARNm et est composée de 100 à 200 bases adénine. Ces modifications distinctes de l'ARNm permettent à la cellule de détecter que le message d'ARNm complet est intact si à la fois le capuchon 5 'et la queue 3' sont présents.

Cette molécule de pré-ARNm modifiée subit ensuite le processus d'épissage d'ARN. Les gènes sont composés d'une série d'introns et d' exons , les introns sont des séquences nucléotidiques qui ne codent pas pour une protéine tandis que les exons sont des séquences nucléotidiques qui codent directement pour une protéine. Les introns et les exons sont présents à la fois dans la séquence d'ADN sous-jacente et dans la molécule de pré-ARNm, par conséquent, afin de produire une molécule d'ARNm mature codant pour une protéine, un épissage doit se produire. Au cours de l'épissage, les introns intermédiaires sont éliminés de la molécule de pré-ARNm par un complexe multi-protéique connu sous le nom de spliceosome (composé de plus de 150 protéines et ARN). Cette molécule d'ARNm mature est ensuite exportée dans le cytoplasme à travers les pores nucléaires de l'enveloppe du noyau.

Traduction

Cinq brins d'ARNm avec tous un ribosome attaché à différents stades de traduction.  Le premier brin a un ribosome et un ARNt portant son appariement de base d'acides aminés avec l'ARNm, le second brin a un ribosome et un second ARNt portant un appariement de base d'acides aminés avec l'ARNm, le troisième brin a le ribosome catalysant une liaison peptidique entre les deux acides aminés sur les deux ARNt.  Le quatrième brin a le premier ARNt quittant le ribosome et un troisième ARNt avec l'arrivée de son acide aminé.  Le cinquième brin a le ribosome catalysant une liaison peptidique entre les acides aminés sur les deuxième et troisième ARNt avec une flèche indiquant que le cycle continue
Illustre le processus de traduction montrant le cycle de l'appariement codon-anti-codon ARNt et l'incorporation d'acides aminés dans la chaîne polypeptidique en croissance par le ribosome.
Un ribosome sur un brin d'ARNm avec l'ARNt arrivant, effectuant un appariement de bases codon-anti-codon, délivrant leur acide aminé à la chaîne polypeptidique en croissance et partant. Démontre l'action du ribosome en tant que machine biologique qui fonctionne à l' échelle nanométrique pour effectuer la traduction. Le ribosome se déplace le long de la molécule d'ARNm mature incorporant de l'ARNt et produisant une chaîne polypeptidique.

Pendant la traduction, les ribosomes synthétisent des chaînes polypeptidiques à partir de molécules matrices d'ARNm. Chez les eucaryotes, la traduction se produit dans le cytoplasme de la cellule, où les ribosomes sont situés flottant librement ou attachés au réticulum endoplasmique . Chez les procaryotes, dépourvus de noyau, les processus de transcription et de traduction se produisent dans le cytoplasme.

Les ribosomes sont des machines moléculaires complexes , constituées d'un mélange de protéines et d'ARN ribosomal , disposées en deux sous-unités (une grande et une petite sous-unité), qui entourent la molécule d'ARNm. Le ribosome lit la molécule d'ARNm dans une direction 5'-3 'et l'utilise comme matrice pour déterminer l'ordre des acides aminés dans la chaîne polypeptidique. Afin de traduire la molécule d'ARNm, le ribosome utilise de petites molécules, appelées ARN de transfert (ARNt), pour fournir les acides aminés corrects au ribosome. Chaque ARNt est composé de 70 à 80 nucléotides et adopte une structure caractéristique en forme de feuille de trèfle en raison de la formation de liaisons hydrogène entre les nucléotides au sein de la molécule. Il existe environ 60 types différents d'ARNt, chaque ARNt se lie à une séquence spécifique de trois nucléotides (appelée codon ) dans la molécule d'ARNm et délivre un acide aminé spécifique.

Le ribosome s'attache initialement à l'ARNm au niveau du codon de départ (AUG) et commence à traduire la molécule. La séquence nucléotidique de l'ARNm est lue en triplets - trois nucléotides adjacents dans la molécule d'ARNm correspondent à un seul codon. Chaque ARNt a une séquence exposée de trois nucléotides, connus sous le nom d'anticodon, qui sont complémentaires en séquence d'un codon spécifique qui peut être présent dans l'ARNm. Par exemple, le premier codon rencontré est le codon de départ composé des nucléotides AUG. L'ARNt correct avec l'anticodon (séquence complémentaire de 3 nucléotides UAC) se lie à l'ARNm en utilisant le ribosome. Cet ARNt délivre l'acide aminé correct correspondant au codon ARNm, dans le cas du codon de départ, il s'agit de l'acide aminé méthionine. Le codon suivant (adjacent au codon de départ) est alors lié par l'ARNt correct avec un anticodon complémentaire, délivrant le prochain acide aminé au ribosome. Le ribosome utilise ensuite son activité enzymatique peptidyl transférase pour catalyser la formation de la liaison peptidique covalente entre les deux acides aminés adjacents.

Le ribosome se déplace ensuite le long de la molécule d'ARNm jusqu'au troisième codon. Le ribosome libère ensuite la première molécule d'ARNt, car seules deux molécules d'ARNt peuvent être réunies par un seul ribosome à la fois. L'ARNt complémentaire suivant avec l'anticodon correct complémentaire du troisième codon est sélectionné, délivrant le prochain acide aminé au ribosome qui est joint de manière covalente à la chaîne polypeptidique en croissance. Ce processus se poursuit avec le ribosome se déplaçant le long de la molécule d'ARNm ajoutant jusqu'à 15 acides aminés par seconde à la chaîne polypeptidique. Derrière le premier ribosome, jusqu'à 50 ribosomes supplémentaires peuvent se lier à la molécule d'ARNm formant un polysome , ce qui permet la synthèse simultanée de plusieurs chaînes polypeptidiques identiques. La terminaison de la chaîne polypeptidique en croissance se produit lorsque le ribosome rencontre un codon d'arrêt (UAA, UAG ou UGA) dans la molécule d'ARNm. Lorsque cela se produit, aucun ARNt ne peut le reconnaître et un facteur de libération induit la libération de la chaîne polypeptidique complète du ribosome. Le Dr Har Gobind Khorana , un scientifique originaire d'Inde, a décodé les séquences d'ARN pour environ 20 acides aminés. Il a reçu le prix Nobel en 1968, avec deux autres scientifiques, pour son travail.

Repliement des protéines

trois chaînes polypeptidiques individuelles à différents niveaux de pliage et un groupe de chaînes
Montre le processus de repliement d'une chaîne polypeptidique depuis sa structure primaire initiale jusqu'à la structure quaternaire.

Une fois la synthèse de la chaîne polypeptidique terminée, la chaîne polypeptidique se replie pour adopter une structure spécifique qui permet à la protéine de remplir ses fonctions. La forme de base de la structure protéique est connue sous le nom de structure primaire , qui est simplement la chaîne polypeptidique, c'est-à-dire une séquence d'acides aminés liés de manière covalente. La structure primaire d'une protéine est codée par un gène. Par conséquent, toute modification de la séquence du gène peut modifier la structure primaire de la protéine et tous les niveaux ultérieurs de structure de la protéine, modifiant finalement la structure et la fonction globales.

La structure primaire d'une protéine (la chaîne polypeptidique) peut alors se replier ou s'enrouler pour former la structure secondaire de la protéine. Les types les plus courants de structure secondaire sont connus sous le nom d' hélice alpha ou feuille bêta , ce sont de petites structures produites par des liaisons hydrogène se formant dans la chaîne polypeptidique. Cette structure secondaire se replie ensuite pour produire la structure tertiaire de la protéine. La structure tertiaire est la structure 3D globale des protéines qui est constituée de différentes structures secondaires se repliant ensemble. Dans la structure tertiaire, les principales caractéristiques de la protéine, par exemple le site actif, sont repliées et formées permettant à la protéine de fonctionner. Enfin, certaines protéines peuvent adopter une structure quaternaire complexe . La plupart des protéines sont constituées d'une seule chaîne polypeptidique, cependant, certaines protéines sont composées de plusieurs chaînes polypeptidiques (appelées sous-unités) qui se replient et interagissent pour former la structure quaternaire. Par conséquent, la protéine globale est un complexe à sous-unités multiples composé de sous-unités à chaînes polypeptidiques pliées multiples, par exemple l' hémoglobine .

Modifications post-traductionnelles

Lorsque le repliement des protéines dans l'état 3D fonctionnel et mature est terminé, ce n'est pas nécessairement la fin de la voie de maturation des protéines. Une protéine repliée peut encore subir un traitement supplémentaire par des modifications post-traductionnelles. Il existe plus de 200 types connus de modifications post-traductionnelles, ces modifications peuvent altérer l'activité de la protéine, la capacité de la protéine à interagir avec d'autres protéines et où la protéine se trouve dans la cellule, par exemple dans le noyau ou le cytoplasme de la cellule. Grâce à des modifications post-traductionnelles, la diversité des protéines codées par le génome est augmentée de 2 à 3 ordres de grandeur .

Il existe quatre classes clés de modification post-traductionnelle:

  1. Clivage
  2. Ajout de groupes chimiques
  3. Ajout de molécules complexes
  4. Formation de liaisons intramoléculaires

Clivage

Deux chaînes polypeptidiques, une chaîne est intacte avec trois flèches indiquant les sites de clivage de la protéase sur la chaîne et les liaisons disulfure intermoléculaires.  La deuxième chaîne est en trois morceaux reliés par des liaisons disulfure.
Montre une modification post-traductionnelle de la protéine par clivage de protéase, illustrant que les liaisons préexistantes sont conservées même si la chaîne polypeptidique est clivée.

Le clivage des protéines est une modification post-traductionnelle irréversible réalisée par des enzymes appelées protéases . Ces protéases sont souvent hautement spécifiques et provoquent l' hydrolyse d'un nombre limité de liaisons peptidiques au sein de la protéine cible. La protéine raccourcie résultante a une chaîne polypeptidique modifiée avec différents acides aminés au début et à la fin de la chaîne. Cette modification post-traductionnelle altère souvent la fonction des protéines, la protéine peut être inactivée ou activée par le clivage et peut afficher de nouvelles activités biologiques.

Ajout de groupes chimiques

Trois chaînes polypeptidiques avec une chaîne latérale d'acide aminé visible, deux ont une lysine et une a une sérine.  Trois flèches indiquant différentes modifications post-traductionnelles avec le nouveau groupe chimique ajouté à chaque chaîne latérale.  La première est la méthylation puis l'acétylation suivie de la phosphorylation.
Montre la modification post-traductionnelle de la protéine par méthylation, acétylation et phosphorylation

Après la traduction, de petits groupes chimiques peuvent être ajoutés aux acides aminés dans la structure de la protéine mature. Des exemples de processus qui ajoutent des groupes chimiques à la protéine cible comprennent la méthylation, l' acétylation et la phosphorylation .

La méthylation est l'addition réversible d'un groupe méthyle sur un acide aminé catalysé par les enzymes méthyltransférase . La méthylation se produit sur au moins 9 des 20 acides aminés courants, cependant, elle se produit principalement sur les acides aminés lysine et arginine . Un exemple de protéine qui est couramment méthylée est une histone . Les histones sont des protéines présentes dans le noyau de la cellule. L'ADN est étroitement enveloppé autour d'histones et maintenu en place par d'autres protéines et interactions entre les charges négatives dans l'ADN et les charges positives sur l'histone. Un modèle hautement spécifique de méthylation d' acides aminés sur les protéines histones est utilisé pour déterminer quelles régions d'ADN sont étroitement enroulées et ne peuvent pas être transcrites et quelles régions sont lâchement enroulées et capables d'être transcrites.

La régulation de la transcription de l'ADN basée sur l'histone est également modifiée par acétylation. L'acétylation est l'addition covalente réversible d'un groupe acétyle sur un acide aminé de la lysine par l'enzyme acétyltransférase . Le groupe acétyle est retiré d'une molécule donneuse connue sous le nom d' acétyl coenzyme A et transféré sur la protéine cible. Les histones subissent une acétylation sur leurs résidus lysine par des enzymes connues sous le nom d' histone acétyltransférase . L'effet de l'acétylation est d'affaiblir les interactions de charge entre l'histone et l'ADN, rendant ainsi plus de gènes de l'ADN accessibles pour la transcription.

La dernière modification de groupe chimique post-traductionnelle répandue est la phosphorylation. La phosphorylation est l'addition covalente réversible d'un groupe phosphate à des acides aminés spécifiques ( sérine , thréonine et tyrosine ) dans la protéine. Le groupe phosphate est éliminé de la molécule donneuse ATP par une protéine kinase et transféré sur le groupe hydroxyle de l'acide aminé cible, ce qui produit de l' adénosine diphosphate comme sous-produit. Ce processus peut être inversé et le groupe phosphate éliminé par l'enzyme protéine phosphatase . La phosphorylation peut créer un site de liaison sur la protéine phosphorylée qui lui permet d'interagir avec d'autres protéines et de générer de grands complexes multi-protéines. En variante, la phosphorylation peut modifier le niveau d'activité protéique en modifiant la capacité de la protéine à se lier à son substrat.

Ajout de molécules complexes

Deux chaînes polypeptidiques, une avec une chaîne latérale d'asparagine exposée et un polysaccharide attaché à l'atome d'azote dans l'asparagine.  L'autre polypeptide a une chaîne latérale sérine exposée et le noyau d'un polysaccharide attaché à l'atome d'oxygène dans la sérine.
Illustre la différence de structure entre la glycosylation N-liée et O-liée sur une chaîne polypeptidique.

Les modifications post-traductionnelles peuvent incorporer des molécules plus complexes et plus grandes dans la structure protéique repliée. Un exemple courant de ceci est la glycosylation , l'addition d'une molécule de polysaccharide, qui est largement considérée comme la modification post-traductionnelle la plus courante.

Dans la glycosylation, une molécule de polysaccharide (connue sous le nom de glycane ) est ajoutée de manière covalente à la protéine cible par des enzymes glycosyltransférases et modifiée par des glycosidases dans le réticulum endoplasmique et l'appareil de Golgi . La glycosylation peut jouer un rôle critique dans la détermination de la structure 3D pliée finale de la protéine cible. Dans certains cas, une glycosylation est nécessaire pour un pliage correct. La glycosylation liée à N favorise le repliement des protéines en augmentant la solubilité et intervient dans la liaison des protéines aux chaperons protéiques . Les chaperons sont des protéines responsables du repliement et du maintien de la structure d'autres protéines.

Il existe en gros deux types de glycosylation, la glycosylation N-liée et la glycosylation O-liée . La glycosylation N-liée commence dans le réticulum endoplasmique avec l'ajout d'un précurseur glycane. Le glycane précurseur est modifié dans l'appareil de Golgi pour produire un glycane complexe lié de manière covalente à l'azote dans un acide aminé d' asparagine . En revanche, la glycosylation liée à l'O est l'addition covalente séquentielle de sucres individuels sur l'oxygène dans les acides aminés sérine et thréonine dans la structure de la protéine mature.

Formation de liaisons covalentes

Formation d'une liaison disulfure entre deux acides aminés cystéine dans une seule chaîne polypeptidique et formation d'une liaison disulfure entre deux acides aminés cystéine sur différentes chaînes polypeptidiques, joignant ainsi les deux chaînes.
Montre la formation de liaisons covalentes disulfure en tant que modification post-traductionnelle. Les liaisons disulfure peuvent se former soit dans une seule chaîne polypeptidique (à gauche), soit entre des chaînes polypeptidiques dans un complexe protéique à sous-unités multiples (à droite).

De nombreuses protéines produites dans la cellule sont sécrétées à l'extérieur de la cellule pour fonctionner comme des protéines extracellulaires . Les protéines extracellulaires sont exposées à une grande variété de conditions. Afin de stabiliser la structure de la protéine 3D, des liaisons covalentes sont formées soit à l'intérieur de la protéine, soit entre les différentes chaînes polypeptidiques de la structure quaternaire. Le type le plus répandu est une liaison disulfure (également appelée pont disulfure). Une liaison disulfure est formée entre deux acides aminés cystéine en utilisant leurs groupes chimiques à chaîne latérale contenant un atome de soufre, ces groupes chimiques sont connus sous le nom de groupes fonctionnels thiol . Les liaisons disulfure agissent pour stabiliser la structure préexistante de la protéine. Les liaisons disulfure sont formées lors d'une réaction d'oxydation entre deux groupes thiol et ont donc besoin d'un environnement oxydant pour réagir. En conséquence, les liaisons disulfure sont généralement formées dans l'environnement oxydant du réticulum endoplasmique catalysé par des enzymes appelées protéines disulfure isomérases. Les liaisons disulfure sont rarement formées dans le cytoplasme car il s'agit d'un environnement réducteur.

Rôle de la synthèse des protéines dans la maladie

De nombreuses maladies sont causées par des mutations dans les gènes, en raison de la connexion directe entre la séquence nucléotidique d'ADN et la séquence d'acides aminés de la protéine codée. Des modifications de la structure primaire de la protéine peuvent entraîner un mauvais repliement ou un dysfonctionnement de la protéine. Les mutations au sein d'un même gène ont été identifiées comme une cause de maladies multiples, y compris la drépanocytose , connue sous le nom de troubles monogéniques.

Drépanocytose

deux vaisseaux sanguins incurvés sont représentés, à gauche un vaisseau sanguin contient des globules rouges normaux dans tout le vaisseau.  A droite, les globules rouges ont une forme de coupelle car ils sont falciformes, un blocage composé de ces globules rouges déformés est présent au niveau de la courbe dans le vaisseau sanguin.
Une comparaison entre un individu en bonne santé et une personne souffrant d'anémie falciforme illustrant les différentes formes de globules rouges et le flux sanguin différent dans les vaisseaux sanguins.

La drépanocytose est un groupe de maladies causées par une mutation dans une sous-unité de l'hémoglobine, une protéine présente dans les globules rouges responsable du transport de l'oxygène. La drépanocytose la plus dangereuse est la drépanocytose. La drépanocytose est le trouble monogénique homozygote récessif le plus courant , ce qui signifie que le patient doit porter une mutation dans les deux copies du gène affecté (une héritée de chaque parent) pour souffrir de la maladie. L'hémoglobine a une structure quaternaire complexe et est composée de quatre sous-unités polypeptidiques - deux sous-unités A et deux sous-unités B. Les patients souffrant d'anémie falciforme présentent une mutation faux-sens ou de substitution dans le gène codant pour la chaîne polypeptidique de la sous-unité de l'hémoglobine B. Une mutation faux-sens signifie que la mutation nucléotidique modifie le triplet de codons global de telle sorte qu'un acide aminé différent est apparié avec le nouveau codon. Dans le cas de la drépanocytose, la mutation faux-sens la plus courante est une mutation nucléotidique unique de la thymine à l'adénine dans le gène de la sous-unité de l'hémoglobine B. Cela change le codon 6 du codage de l'acide aminé acide glutamique au codage de la valine.

Ce changement dans la structure primaire de la chaîne polypeptidique de la sous-unité d'hémoglobine B modifie la fonctionnalité du complexe multi-sous-unité d'hémoglobine dans des conditions de faible teneur en oxygène. Lorsque les globules rouges déchargent de l'oxygène dans les tissus du corps, la protéine d'hémoglobine mutée commence à se coller pour former une structure semi-solide dans le globule rouge. Cela déforme la forme du globule rouge, ce qui donne la forme caractéristique de «faucille» et réduit la flexibilité des cellules. Ce globule rouge rigide et déformé peut s'accumuler dans les vaisseaux sanguins créant un blocage. Le blocage empêche le flux sanguin vers les tissus et peut entraîner la mort des tissus, ce qui cause une grande douleur à l'individu.

Voir également

Les références

Liens externes