Chapitre 5 - Transcription procaryote

Question 1

Qu’est-ce qu’un ribonucléotide ?

Answer 1

C’est un groupement phosphate, avec un sucre ribose et une base A, U, C ou G

Question 2

Qu’est-ce que l’ARN?

Answer 2

Chaîne monocaténaire de ribonucléotides unis par des liaisons phosphodiesters. Polymère de ribonucléotides

Question 3

Quelles sont les différences entre l’ARN et l’ADN?

Answer 3

L’ARN est simple brin. Peut aussi former des repliements par appariements de ses bases. L’ARN monocaténaire est beaucoup plus stable si ses bases azotées font des ponts H entre eux, s’hybridant ainsi sur une même chaîne formant des structures secondaires (tiges et boucle). Rare de voir un simple brin sans repliement
Présence d’un groupement OH en C2’ du sucre.
Remplacement de la base thymine (T) par l’uracile (U).
L’ADN est très très stable et se dégrade très lentement, alors que l’ARN se dégrade très rapidement

Question 4

Quels sont les avantages des structures secondaires et tertiaires de l’ARN?

Answer 4

L’ARN est capable de produire des structures secondaires très variées : boucles, noeuds, loops, épingles…
Similaire à la forme tertiaire des protéines
-Augmentent la stabilité à l’ARN (monocaténaire plus stable)
-Permettent des activités enzymatiques (ribozymes). Catalyse : comme le repliement des enzymes protéiques mais beaucoup plus limité. Les structure ne sont pas aussi bien défini que les protéines (pas d’hélice ou de domaine) mais sont comparable sans être aussi bien organisés
Appariements non standards possibles =>↑ diversité des structures secondaires (exemple : G avec U permettant une structure différente)
Cependant, le repliement n’est pas favorable à la transcription

Question 5

Quel est l’impact d’un groupement hydroxyde sur le 2e carbone du ribose de l’ARN?

Answer 5

Le groupement hydroxyle sur le 2e carbone (2’-OH) a des incidences multiples sur la structure de l’ARN.
-Sur le plan chimique : cette fonction alcool rend l’ARN plus sensible à l’hydrolyse alcaline.
-La présence des deux oxygènes en cis sur les positions 2’ et 3’ rend possible la cyclisation du phosphate sur les positions 2’ et 3‘. Cette cyclisation du nucléotide provoque une coupure de la chaîne ribose- phosphate. Instabilité chimique.
Bris du lien phosphodiester de manière spontanée. Plus sensible aux nucléases (RNase) puisque monocaténaire

Question 6

Pourquoi une des base azotée de l’ARN est l’uracile et non la thymine?

Answer 6

L’uracile est moins ‘‘coûteux’’ à produire pour les organismes vivants que la thymine (un CH3 en moins), mais il se convertit lentement en cytosine (instabilié chimique). Cela peut mener à un problème de la lecture lors de la traduction : L’identité de la protéine peut être changée. Pas si grave généralement, favorable au plan énergétique
-L’utilisation de l’uracile permet l’économie d’énergie pour l’ARN qui n’a pas besoin d’être stable comme l’ADN

Question 7

Comment se fait la transcription pour faire de l’ARN?

Answer 7

La séquence monocaténaire d’ADN (brin matrice) détermine la séquence de l’ARN par appariement des bases selon les mêmes règles que durant la réplication.
1. Ouverture de l’ADNdb
2. Appariement antiparallèle entre l’ADNsb - ARN,
3. Complémentarité des bases C-G, G-C, T-A et A-U.
Utilisation d’un seul brin pour la transcription

Question 8

Quelles sont les différentes classes d’ARN et quels sont leur rôles?

Answer 8

1- ARN ribosomal ; ARNr : Composante ARN du ribosome. La masse d’ARNr par brin est plus grande comparé aux autre
2- ARN de transfert ; ARNt : Adaptateur entre l’ARNm et les acides aminés. Il y a plus d’ARNt par cellule que tout autre type
3- ARN messager ; ARNm : ARN codant pour la traduction en protéines.

Question 9

Qu’est-ce que la synthèse d’ARN nécéssite?

Answer 9

L’ARN est synthétisé par l’ARN polymérase. Comme l’ADN polymérase, l’ARN polymérase catalyse la synthèse d’une chaîne de nucléotides complémentaires aux nucléotides du brin matrice.
La synthèse nécessite l’apport en rNTPs et le groupement ‘OH’ disponible sur le 3’ de la chaîne naissante (la synthèse s’effectue de 5’ vers 3’).

Question 10

Quels sont les deux types de brins d’ADN?

Answer 10

Brin matrice : ce brin est “lu” par l’ARN pol.
Brin codant : ce brin a la même séquence que l’ARN produit.

Question 11

Quelle est la majeur différence entre la transcription et la réplication?

Answer 11

La réplication recopie tout le génome et une seule fois par cycle cellulaire, alors que la transcription recopie une région précise du génome, déterminée par les séquences d’ADN spécifiques signalant le début et la fin.
Le nombre de copies produites est extrêmement variable : certains seront fortement transcrit (promoteur fort) et d’autre plus faiblement (promoteur plus faible). Certains gènes ne seront jamais transcrit selon la cellule, certains gènes sont continuellement transcrits (constitutionnelle comme ribosomaux)
Le nombre de protéines produites par ARNm est aussi très variable.
-La régulation de la transcription est différente entre les procaryotes et les eucaryotes

Question 12

De quoi est composé l’ARN polymérase?

Answer 12

L’ARN polymérase ressemble beaucoup à l’ADN polymérase. Elle est aussi en forme de “main” où la paume est le site catalytique. Il y a un trou de sortit pour l’ARN et les deux brins d’ADN. Il y a des atomes de Mg2+ comme cofacteurs.

Question 13

De quoi est constitué, où se situe et comme fonctionne le site catalytique de l’ARN polymérase?

Answer 13

constitué de parties des deux plus grandes sous-unités.
se situe à la base de la pince, dans une région appelée le
« centre catalytique »
fonctionne suivant le mécanisme catalytique d’addition de nucléotides faisant intervenir deux ions métalliques (comme toutes les polymérases).

Question 14

De quoi sont composés les ARN polymérases des eucaryotes et des procaryotes?

Answer 14

Les procaryotes possède une ARN pol. à 5 sous-unités (2 alpha, 2 bêta, 1 omega)
Les eucaryotes ont 3 ARN polymérases et chacune est composée de plus de 10 sous-unités
Elles sont spécialisées dans la transcription de certains gènes.
* L’ARN pol II (nucléoplasme) transcrit les séquences codant les protéines.
* Les ARN pol I (nucléole) et III (nucléoplasme) s’occupent des gènes codant différents autres ARN.

Question 15

Quelles sont les différences entre les ARN polymérases des différentes espèces?

Answer 15

Il y a beaucoup de différence entre les ARN pol. de différentes espèces mais le site catalytique se ressemble beaucoup, beaucoup de similitude entre espèces. La périphérie de l’enzyme est cependant très variable et reflète les interactions avec les protéines régulatrices propres à chaque espèce.

Question 16

Quelle est une particularité de l’ARN pol. que l’ADN pol. ne possède pas?

Answer 16

L’ARN polymérase n’a pas besoin d’amorce.
Plus grande stabilité de l’enzyme au niveau du 1er nucléotide lorsqu’elle ajoute le 2e sur le 3’OH (implique des liaisons très spécifiques des nucleotides avec l’enzyme).
La forme de l’enzyme est adaptée pour pouvoir stabiliser efficacement une purine (généralement une adénine en raison de sa forme et des liens possibles) lors de l’initiation de la transcription.
-Les premiers nucléotides ont besoin d’une grande stabilisation, l’enzyme fait beaucoup de lien pour stabiliser l’ARN

Question 17

Qu’est-ce qui aide les ARN pol. lors de l’amorce de la transduction?

Answer 17

Chez les ARN pol procaryotes, le facteur σ (sigma)
Des facteurs de transcription généraux (GTF) jouent le même rôle chez les eucaryotes.
Ce sont des promoteurs

Question 18

Quelles sont les 3 étapes de la transcription?

Answer 18

1- Le début ➡ Initiation
Reconnaissance du promoteur
Ouverture du complexe : déroulement de l’ADN et création d’une bulle de transcription
Début de la synthèse de l’ARN (plusieurs essais avant de pouvoir vraiment commencer)
Étape la plus importante. Plus elle est lente, moins il y a production d’ADN
2- Le milieu ➡ Élongation
Complex ternaire stable
Similaire à la réplication. Un rNTP à la fois
3- La fin ➡ Terminaison
Dissociation de l’ADN
Arrêt de la transcription après le gène

Question 19

Comment déterminons-nous la position des nucléotides lors de la transcription?

Answer 19

La position d’un nucléotide donné est définie par rapport au 1er nucléotide transcrit.
Ceux qui sont avant celui-ci sont nommés -1, -2, -3, etc. Ceux qui sont après sont nommés +1, +2, etc.

Question 20

Comment se déroule l’initiation de la transcription (les étapes) ?

Answer 20

L’Initiation de la transcription se fait en trois étapes :
1. Formation du complexe fermé :
Liaison initiale de l’ARN polymérase au promoteur. La polymérase s’installe sur les sites en amont de +1. Elle ne fait que se lier car elle ne peut pas transcrire sans sigma, lorsque le complexe est fermé
2. Transition vers le complexe ouvert :
Séparation des brins d’ADN (fusion, anglais : melting)
Formation d’une bulle de transcription d’environ 14pb autour du site d’initiation (de -11 à +3)
Lorsque la polymérase transite au complexe ouvert (transition spontanée), la polymérisation est irréversible
3. Début de la polymérisation de l’ARN :
ADN simple brin maintenant accessible : les deux premiers nucléotides sont placés dans le site actif de la polymérase.
Polymérisation inefficace des 10 premiers nucléotides.
Toujours dans l’initiation tant que la polymérase n’avance pas (plusieurs essais)
L’ARN Pol est « libérée » du promoteur = Complexe ternaire stable = L’ÉLONGATION commence!

Question 21

Qu’est-ce qu’un promoteur est quel est son rôle lors de la transcription ?

Answer 21

Promoteur : séquence d’ADN en amont du gène transcrit.
Ce sont les séquences promotrices qui déterminent les régions du génome à transcrire (quand et où).
Parce qu’un seul des deux brins est transcrit, le promoteur détermine également l’orientation du gène. Chacun des brins peut être le brin matrice.
Besoin de protéines additionnelles pour inhiber ou augmenter la transcription

Question 22

Expliquez le génome d’une bactérie

Answer 22

Le cercle plus externe, ou bleu, détermine les gènes codant des protéines sur le brin +
Le cercle plus interne, ou vert, détermine les gènes codant des protéines sur le brin -
-Les gènes codants ne se trouve pas tous sur les mêmes brins d’ADN.

Question 23

Quelle est la force d’un promoteur?

Answer 23

La « force » d’un promoteur est déterminée par le nombre de transcrits générés à partir de ce promoteur dans un laps de temps donné.

Question 24

Quels sont les 3 facteurs influençant la force d’un promoteur?

Answer 24

1- La capacité du promoteur à lier l’ARN polymérase : plus de points de contact entre l’enzyme et la séquence d’ADN → promoteur plus fort. Ces points doivent être reconnus et liés. Plus le promoteur est reconnu facilement, plus il est fort et efficace
2- Une isomérisation efficace: le passage du complexe fermé au complexe ouvert. La bulle de transcription apparait rapidement dans un promoteur fort.
3- La facilité de l’ARN polymérase à se libérer du promoteur: le passage du complexe de transcription initial vers le complexe ternaire stable (début de la phase d’élongation après les 10 premiers nucléotides). Facilité à se libérer du promoteur (temps d’essai en fin d’initiation)

Question 25

Qu’est-ce qui forme l’holoenzyme?

Answer 25

Le cœur de l’ARN polymérase (les 5 sous- unités α2ββ’ω) peut initier la transcription n’importe où sur l’ADN.
C’est l’ajout de la sous-unité σ qui positionne l’ARN polymérase et l’initiation de la transcription aux sites des promoteurs seulement.
L’ARN pol. associée à σ forme l’holoenzyme.
Plusieurs sous-unités σ possible :
Selon l’espèce
Dans la même espèce
La sous-unité sigma reconnait la séquence régulatrice des promoteurs et s’associe avec l’ARN Pol. pour former l’oloenzyme

Question 26

Quel est le facteur sigma le plus répandu chez E. Coli? Qu’implique-t-il?

Answer 26

Le facteur σ le plus répandu chez E. coli est le facteur σ70.
Composé de deux sections conservées et d’une section centrale non spécifique
Il reconnaît des promoteurs formés de 2 séquences conservées de 6 nucléotides (région -35 et région -10), séparées par 17-19 nucléotides non conservés.
Il existe plusieurs promoteurs σ70. En les comparant ensemble, il est possible de déterminer une séquence consensus qui sera la séquence optimale.
Plus un promoteur s’approche du consensus, plus il est fort.
Les autres sigma sont similaire mais ne reconnaissent pas les mêmes séquences

Question 27

Qu’est-ce que la séquence consensus permet?

Answer 27

Liaison spécifique plus forte
Facilité d’ouverture
Meilleure libération

Question 28

Quel ajout supplémentaire peut-il y avoir sur le promoteur σ70?

Answer 28

1-un élément UP devant l’élément -35 : site de contact additionnel avec l’ARN pol
2-un discriminateur situé après -10 : stabilise l’enzyme sur le promoteur
3-une extension -10 : remplace parfois l’élément -35
Chaque région est reconnue et liée par une région spécifique de la sous- unité σ70, à l’exception de l’élément UP (ARN pol directement).
Pas tous les éléments en même temps sont présents

Question 29

L’élément UP est reconnu par quel sous-unité de l’ARN Pol. ?

Answer 29

L’élément UP est reconnu par la sous-unité alpha du coeur de l’enzyme. Il augmente beaucoup la liaison de la Pol. et la force du promoteur

Question 30

Le facteur sigma est divisé en combien de régions ? À quoi ces régions se lient-elles?

Answer 30

En quatre régions
Acides aminés 1 : 1.1 ; 1.2 Reconnait le discriminateur
Acides aminés 2 : 2.1 ; 2.2 ; 2.3 ; 2.4. Reconnait l’élément -10, stabilise le brin codant (similaire aux SSB). L’acide aminé 2.3 fait la fusion. Beaucoup de mouvement à -10
Acides aminés 3 : 3.0 ; 3.1 ; 3.2. 3.0 Se lie à la boîte -10
Acides aminés 4 : 4.1 ; 4.2 : Reconnaît l’élément -35 via motif hélice-coude-hélice. La région -35 constitue le meilleur point d’ancrage de sigma à l’ADN

Question 31

Qu’est-ce que le motif hélice-coude-hélice?

Answer 31

La région 4 du facteur σ70 lie la séquence -35 du promoteur via un motif hélice-coude-hélice.
* Une des hélices s’insère dans le sillon majeur et interagit avec les bases d’ADN (spécifique à la séquence).
* La deuxième hélice s’attache sur la charpente de l’ADN (phosphate- sucre).
Forme de crochet

Question 32

Qu’est-ce que l’isomérisation ?

Answer 32

Le passage du complexe fermé au complexe ouvert
L’ARN polymérase holoenzyme associée à l’ADN encourt spontanément un changement de conformation énergétiquement favorable – l’isomérisation en complexe ouvert. L’ADN est ouvert entre -11 et +3.
Une fois accomplie, l’isomérisation est irréversible. Elle a toutefois autant de chances de se produire que la dissociation d’holoenzyme de l’ADN.

Question 33

Quels sont les 2 éléments impliqués dans le passage au complexe ouvert?

Answer 33

• les pinces (ββ’) se resserrent sur l’ADN bicaténaire devant l’enzyme
• la région 1,1 de σ70 se déplace du site actif, ce qui permet au brin matrice d’atteindre le site catalytique

Question 34

Qu’est-ce qui se passe dans le complexe ouvert?

Answer 34

Le complexe ouvert : complexe initial de la transcription
* L’ADN double brin passe entre les pinces β-β’ et est ouvert entre les nucléotides -11 et +3
* Le brin codant sortira par le canal NT (non template strand) et le brin matrice traversera le canal T (template strand) dans lequel la transcription en ARN aura lieu (dans le site catalytique)
* Finalement, l’ADN s’hybride de nouveau en position -11 (toujours à l’intérieur de l’enzyme) pour reformer de l’ADN bicaténaire.
À cette étape, de courts ARN sont produits (∼10 nucléotides et moins) et relâchés, la polymérisation n’est pas efficace.
Il y a polymérisation d’ARN, mais l’ARN polymérase ne se déplace pas : elle reste prise au niveau du promoteur.
Pour poursuivre la transcription, il faut échapper au promoteur.

Question 35

Pourquoi l’ARN Pol. a de la difficulté à passer à l’étape d’élongation ? Que se passe-t-il lorsque cet obstacle est enlevé?

Answer 35

C’est σ qui est responsable des difficultés de l’ARN polymérase à passer à la phase d’élongation.
* La région 3.2 de σ70 (lien σ3/4) est positionnée au cœur du canal de sortie de l’ARN, ce qui empêche un long fragment d’ARN de sortir
* Cette région (3.2) doit être déplacée pour permettre à l’ARN ≥ 10 nucléotides de sortir (par le canal de sortie).
* L’expulsion/déplacement de cette région se fait généralement en plusieurs tentatives. Cela prend du temps pour changer la conformation qui permet de synthétiser des fragments plus longs

Le déplacement de la région 3.2 affaiblit la liaison générale du facteur σ à la polymérase. Cela aide l’ARN polymérase à se libérer du promoteur en rompant les interactions avec σ et le promoteur.
Le facteur sigma (σ) et l’ARN polymérase se dissocient. L’enzyme passe alors à l’étape d’élongation de l’ARN.

Question 36

Qu’arrive-il aux structure de l’ADN et de l’enzyme lors du passage de l’initiation à l’élongation?

Answer 36

La façon dont l’ADN et l’enzyme sont structurés (conformation) ne change pas beaucoup par rapport à l’étape précédente (passage au complexe ouvert). L’ARN polymérase avance sur le brin matrice et polymérise l’ARN.
* L’ADN double brin entre par l’avant de l’enzyme.
* Séparation des brins au début (devant) du site catalytique.
* Reformation de la double hélice derrière l’enzyme.
* Les rNTPs arrivent au site catalytique par leur propre canal.
* 8-9 rNTP s’apparient avec l’ADN matrice. L’excédent se dissocie et sort de l’enzyme au fur et à mesure de l’élongation.
* La dimension de la bulle de transcription est toujours stable.

Question 37

Quels sont les fonctions correctrices de l’ARN Pol. ?

Answer 37

• Correction pyrophospholytique: “Ctrl-Z” – le dernier nucléotide ajouté est retiré en lui remettant son groupement PPi perdu (réaction inverse de la polymérisation).
• Correction hydrolytique : retour en arrière (de quelques nt) et excision de la séquence de quelques nucléotides.
  Implication de facteurs protéiques pour aider à activer ces fonctions correctrices.
  Augmentent la fidélité des transcrits.

Question 38

Qu’arrive-t-il lorsque l’ARN Pol est en contact avec un ADN endommagé/muté?

Answer 38

L’ARN polymérase peut être bloquée et peut arrêter la transcription lorsqu’elle rencontre des dommages à l’ADN (mutations, bris, etc.)
Lorsque ceci arrive, la cellule peut :
* Induire la réparation de l’ADN;
* Redémarrer la transcription;
* Dissocier l’ARN polymérase.
La protéine TRCF (transcription-repair coupling factor) est capable à la fois d’enlever l’ARN pol. et de recruter les enzymes de réparation d’ADN Uvr A-B-C.
TRCF se lie à l’ADN en arrière de l’ARN pol et glisse jusqu’à l’enzyme. La collision qui en suit provoque soit une reprise des activités de l’ARN pol, soit sa dissociation complète.
Si blocage et collision : la pol peut soit continuer à polymériser en sautant la partie mutée (ARN mutant), soit se dissocier et l’ARN transcrit incomplet sera dégradé
La collision recrute les enzymes pour la réparation de type NER (excision de nucléotide)

Question 39

Quels sont les 2 terminaisons de la transcription procaryote possible ?

Answer 39

La terminaison intrinsèque
La terminaison Rho-dépendante

Question 40

Quelles sont les caractéristiques de la terminaison intrinsèque?

Answer 40

La dernière séquence d’ADN à transcrire (à la fin du gène) contient 2 régions riches en GC et complémentaires entre eux et une région de poly A. Une fois qu’ils sont transcrits, la molécule d’ARN se plie et une tige- boucle se forme suivit d’une série de U.
Association des GC pour replier le transcrit et former l’épingle à cheveux terminatrice
N’utilise pas de protéines

Question 41

Qu’arrive-il lors de la terminaison intrinsèque après la transcription de 2 séquences G-C complémentaires?

Answer 41

1) Détachement prématuré de la 2e séquence G-C du duplex ARN/ADN pour former la tige-boucle (les appariements ARN/ARN sont plus stables et donc favorisés).
2) Arrêt de la polymérisation.
3) L’ARN n’est donc retenu au brin matrice que par les quelques U. L’hybridation U-A étant facilement dissociée (interaction faible à 2 liens H), l’ARN peut être libéré du complexe de transcription.
4) L’ARN pol se détache également.

Question 42

Expliquez la terminaison rho-dépendante

Answer 42

Le facteur de terminaison Rho est un hexamère capable de lier l’ARN sur une séquence spécifique (rut, rho utilisation).
Rho se déplace ensuite le long de l’ARN en hydrolysant de l’ATP.
Lorsqu’il rattrape la polymérase, il cause la dissociation du complexe d’élongation, et donc la terminaison.

Question 43

Que sont les régions rut?

Answer 43

Ces régions sont d’une longueur d’environ 40 nt et ne forment pas de structures secondaires
Elles se situent après les sites de terminaison de la traduction, ce qui assure qu’elles soient libres de ribosomes.
Les séquences Rut ont déjà étés traduits lors de la liaison avec Rho
Les séquences Rut sont après le codon stop et est toujours disponible pour la liaison

Question 44

En bref (très bref), quelles sont les étapes importantes de la transcription chez les procaryotes?

Answer 44

Initiation:
Reconaissance du promoteur
Ouverture du complexe (bulle de transcription)

Élongation :
Complexe ternaire stable
Ajout de rNTPs

Terminaison :
Dissociation de l’ADN Rho-dépendant ou via un terminateur intrinsèque

Reconaissance du promoteur - Liaison de l’holoenzyme - Ouverture - Petit fragment polymérisé - 3,2 change de place - Long fragment polymérisable - Dissociation de sigma - Élongation - Terminaison intrinsèque (tige-boucle) ou rho-dépendante (rut et collision)