Chapitre 12 - La régulation de l'expression génétique Flashcards
Objectifs
- Comprendre les mécanismes du contrôle de l’initiation de la transcription, de l’élongation, de la traduction et de la post-traduction
- Expliquer le rôles de protéines régulatrices qui bloquent ou stimulent la transcription
- Expliquer les phénomènes d’initiation et de répression, les gènes opérateurs
- Comparer les mécanismes utilisés chez les Bacteria, les Archaea et les Eucacarya pour assurer la régulation de l’expression génétique
Quelques bactéries à savoir
- Bacille pyrocyanique (pus)
- Staphylococcus aureus (dorée, S. aureus résistant à methicillin ou SARM)
- Agrobacterium (capable d’utiliser l’azote atmosphérique directement, autres bactéries ont besoin de l’engrais)
Introduction
- Les bactéries sont capables de s’adapter à un environnement changeant rapidement en faisant appel à leurs gènes.
- ->Bacillus substilis: sporule quand il perçoit que les nutriments baissent.
- ->Escherichia coli qui passe de la rivière à l’intestin de l’hôte doit s’adapter à la température, à la nourriture ambiante, etc.
- Ils doivent modifier leurs physiologies et leurs comportement ajuster l’activité métabolique, l’expression de leurs génomes par la régulation: économie de matière premières et d’énergie.
- C’est en étudiant ce phénomène qu’on a pu comprendre comment cela se passe chez les eucaryotes.
Similarités dans l’expression génétique
-Processus globaux comparables
Différences dans l’expression génétique
- Présence d’histones chez les Archae et les Eucarya
- Eucarya: ADN condensé par des histones mais moins accessibles à l’ARN polymérase, donc il faut une étape supplémentaire pour ouvrir la chromatine.
- Procaryotes: ARN polycistroniques (gènes apparentés transcrits à partir d’un seul promoteur)
- Eucaryotes: ARNm monocistronique, ajout de coiffe et de queue en plus des introns qui sont enlevés
ARN polycistronique (bactéries et archées)
-Permet la synthèse de plusieurs polypeptides différentes
Mécanismes régulateurs chez les bactéries
Transcription
- Protéines régulateurs génétiques contrôlent initiation de la transcription
- Formation d’un terminateur transcriptionelle peut terminer transcription prématurement
- Terminaison de transcription par riboswitch (liaison d’un métabolite)
Translation
-Prévention de translation par protéines répresseurs et la liaison de l’ARN antisens qui se lie au ARNm. Blockage de translation par riboswitch (liaison d’un métabolite)
Posttranslation
- Molécules qui se lient par des liaisons non-covalents à des protéines qui affectent sa fonctionnement
- Structure et fonction de la protéine altéré par changement covalent (phosphorylation, déphosphorylation)
Mécanismes régulateurs chez les archées
Transcription
- Protéines régulateurs qui se lient à l’ADN, contrôle si oui ou non transcription commence
- Compactage de chromatin influence transcription
Translation
-ARN antisense peut se lier à l’ARNm, contrôle si oui ou non translation commence
Post-translation
-Retroinhibition, modification covalentes (reversible et irreversible)
Mécanismes régulateurs chez les eucaryotes
Transcription
- Facteurs de régulation de transcription
- Compactage de chromatine
- Méthylation de l’ADN (généralement inhibition)
Traitement de ARN
- Correction d’ARN change séquences des bases
- Epissage fait différentes choix d’exons
Translation
- Phosphorylation des facteurs d’initiation de translation
- Liaison des protines au bout 5’
- ARN antisens
- Stabilité de ARNm influencé par protéines qui se lient à l’ARN
Post-translation
-Retroinhibition, modifications covalentes (reversible et irreversible)
Riboswitch
-Comme un interrupteur, causer un terminaison prémautre
Emilie Duchaux
- Induction de la synthèse de l’enzyme pour hydrolyser
- ->Le saccharose seulement si on met le saccharose dans le milieu
- ->Le galactose si on le met dans un milieu avec lactose ou galactose
Dieter (1900)
- Levures : synthèse d’enzymes hydrolysant le lactose ou le galactose.
- Perte de cette propriété si on les transfère dans un milieu contenant du glucose;
Kaström
Enzymes constitutives et enzymes adaptatives
- Enzymes constitutives sont toujours présentes, on les fabriquent dans n’importe quelle environnement (ex : enzymes respiratoires)
- Enzymes adaptatives sont seulement présent en présence d’un substrat (ex : lactase)
Monod (1942)
- E. coli et la galactosidase en présence de lactose ou d’analogue de galactosides.
- Il démontra que c’est la présence du substrat qui induit la synthèse de l’enzyme.
Lederberg
-Mutants sans β galactose -Pouvait transférer des gènes à des receveurs insensibles à l’induction pour les rendre sensibles à l’induction.
Jacob et Monod
-1961 ont utilisé le terme de répresseur, élément qui peut se fixer sur un gène (opérateur) pour l’inhiber.
Opéron
-Promoteur, opérateur et gènes de structure
Répresseur
- Elément qui peut se fixer sur un gène (opérateur) pour l’inhiber.
- Ex : Tryptophane
- ->Réprime les enzymes pour sa synthèse
- ->Bactéries protrophes en synthétisent et le tryptophane agit comme une répresseur via rétroinhibition.
Répression
- Mécanisme de régulation qui inhibe l’expression génique et freine la synthèse des enzymes.
- Habituellement déterminée par une surabondance du produit final d’une voie métabolique. Se fait grâce à des répresseurs.
Induction
- Déclenche la transcription d’un ou de plusieurs gènes.
- Se fait par des inducteurs qui produisent des enzymes inductibles.
Gènes domestiques
-Même chose que les gènes constitutives
Exemple de la β-galactosidase (une enzyme inductible)
- Sans lactose dans le milieu: la bactérie a 3 molécules de l’enzyme β-galactosidase
- L’ajout de lactose induit la formation de 3000 molécules de β-galactosidase.
- La concentration augmente avec la présence de la molécule effectrice (appelée inducteur, ici ce sera un dérivé appelé allolactose).
- ALLOLACTOSE est un inducteur de la synthèse de β-galactosidase. Elle est une MOLECULE EFFECTRICE
- MOLECULE EFFECTRICE = INDUCTEUR
- Les gènes qui codent pour les enzymes inductibles sont des gènes inductibles.
Réaction de la β-galactosidase
- Lactose perméase laisse rentre le lactose et un proton
- Lactose = Galactose-β1,5-glucose
- Transformé en allolactose (galactose β1,6 glucose)
- β-galactosidase couple allolactose en glucose et galactose
Catabolisme et Biosynthèse
La β-galactosidase est un enzyme catabolique: hydrolyse le lactose en glucose et en galactose.
- Les enzymes de la voie catabolique sont en général des enzymes INDUCTIBLES (induit par présence des substrats).
- Les enzymes impliqués dans les biosynthèses d’acides aminés et autres substances sont des enzymes REPRESSIBLES (économique, inhibition).
- Si l’acide aminé est présent dans le milieu, il peut inhiber la formation d’enzymes responsables de sa biosynthèse. Bon sens!
Enzymes répressibles
-Les microorganismes n’ont pas besoin de synthétiser une substance si elle est disponible. Donc il faut une répression de la synthèse des enzymes impliqués dans la voie métabolique.
Enzymes inductibles
-Pour les enzymes inductibles, c’est la présence d’un substrat qui déclenche le processus de leur synthèse.
Système inducteur simplifié (opéron lac)
- Opéron lac: L’allolactose inhibe le répresseur (produit par le gène régulateur). -L’allolactose est donc un INDUCTEUR trouvé dans le cytoplasme. Il n’est pas directement sur la gène, mais peut se lier au gène.
- Bref, l’allolactose se lie au répresseur et l’inactive. Donc, il y a la transcription.
- Allolactase est un inducteur/molécule effectrice
Synthèse de tryptophane
- Absence de tryptophane : le répresseur est inactif, donc le bactérie vas en fabriquer.
- Après la synthèse de tryptophane, il n’y a plus de raison d’en avoir plus. Le système arrête par une liaison du tryptophane au répresseur pour l’activer.
Induction et répression
- Résultent de changements de vitesse dans la transcription.
- Dans un milieu sans lactose, E. coli est dépourvu d’ARN codant pour la beta-galactosidase .
- En présence de lactose, on note une augmentation considérable de 35 à 50 molécules de beta-galactosidase.
La régulation de l’initiation de la transcription
- L’induction et la répression de la synthèse des enzymes
- Gènes inductibles (cas de la beta-galactosidase qui est une enzyme inductible)
- Gènes repressibles (cas du tryptophane)
Le contrôle de la transcription par des protéines régulatrices
- Se fait surtout par des protéines régulatrices (PR).
- Contrôle transcriptionnel négatif: la protéine inhibe l’initiation de la transcription (répresseurs protéiques)
- Contrôle transcriptionnel positif: la PR stimule la transcription (activateurs protéiques)