Structure et assemblage des ribosomes, Antibiotiques et résistance, Le chromosome bactérien Flashcards
Facteurs nécessaire pour la traduction
Ribosomes 70S=30S + 50S ARNm ARN de transfert (ARN+a.a. = aminoacyl-ARNt) Facteurs d ’initiation Facteurs d ’élongation Facteurs de terminaison
Ribosome 70S est composé de…
2 sous-unités : 30S et 50S
Sous-unité 30S est composé de…
16S ARNr
21 chaînes de polypetides
Sous-unité 50S est composé de…
5S ARNr
23S ARNr
34 chaînes de polypetides
Les trois phases de la synthèse protéique
Initiation (assemblage)
Élongation (formation de la protéine et déplacement du ribosome le long de l’ARN messager)
Terminaison (désassemblage)
Phase 1: Initiation
Les sous-unités sont séparés
30S est déjà formé avec IF3. Ils vont faire une reconnaissance de l’ARNm à une séquence spécifique (ARN 16S ->une série de A et de G au début de chaque traduction, cette série est variable)
En même temps, IF2 interragit avec ARNt (ARN transfert initiateur) qui reconnait les séquences AUG ou GUG. Cette a.a est toujours reliés à une méthyonine (diff. des autres met). IF2 est aussi lié à une molécule de GTP.
IF1 enlève le IF3 du sous-unité 30S
Tout ça va se réunir ensemble pour former le 30S.
Complexe est prêt à recevoir 50S
IF2 et IF1 hydrolyse GTP en GDP
IF3
Empêche l’interaction des sousunités 30S et 50S dans le cytoplasme + assure la correcte interaction entre la 30S et le mRNA
IF2
Lié au premier tRNA, le guide dans la formation du complexe 30S-tRNA-mRNA
IF1
Nécessaire pour le détachement des IF2 et 3 au moment de la formation du ribosome complet (70S)
Nombre de GTP utilisé dans l’initiation
1 GTP
Les sites dans la sous-unité 50S
Site A : accepteur
Site P : peptidyle
Site E : sortie
3 phases dans élongation
1) Fixation du a.a.-tRNA au site A
2) Réaction de transpéptidation
3) Translocation
EF-Tu
Transporte le a.a.-tRNA au site A, hydrolyse d’un GTP
EF-Ts
Change le GDP du EF-Tu en GTP et permet au
EF-Tu de lier un autre a.a.-tRNA
EF-G
Translocase, un enzyme qui permet le mouvement
du ribosome en direction 3’ du mRNA et le déplacement du péptidyl-tRNA du site A au site P
Transpéptidation
La composante 23S de la sous-unité 50S catalyse la formation du lien peptidique entre les acides aminées (péptidyl transférase)
Nombre de GTP utilisé dans l’élongation
2 GTP
Phase 3: terminaison
Quand la séquence stop est rencontré, il y a un arrêt du ribosome. 3 facteurs de relâche, en présence de GTP permet la dissociation de tous les éléments.
IF3 permet la dissociation des 2 sous-unités et IF3 est lié à la sous-unités 30S
Facteurs de relâche
RF-1
RF-2
RF-3
Codons stop
UAA
UAG
UGA
Nombre de GTP utilisé dans la terminaison
1 GTP
Polyribosome
Plusieurs ribosomes se suivent au long du ARNm
Très efficace
Pas besoin d’épissage pour ARNm
Antibiotique
Une substance naturelle ou synthétique qui détruit ou bloque la croissance des bactéries.
Dans le premier cas, on parle d’antibiotique bactéricide et dans le second cas d’antibiotique bactériostatique
Mécanismes d’action des antibiotiques
- Inhibition de la synthèse de la paroi cellulaire
- Inhibition de la synthèse des protéines
- Inhibition de la réplication et de la transcription de l’acide nucléique
- Détérioration de la membrane plasmique
- Inhibition de la synthèse de métabolites essentiels (bloque la synthèse des précurseurs, a.a. ou acide nucléiques)
Antibiotique qui cause l’inhibition de la synthèse de la paroi cellulaire
Bacitracine
Pénicilline
Vancomycine
Antibiotiques qui empêchent la formation du complexe d’initiation
Streptomycine :
Empêche l’interaction entre l’ARNm et le complexe 30S
Aminosides:
liaison à la sous- unité 30S, empêchent la liaison de la sous- unité 50S
Aminoglycosides
Streptomycine, Gentamicine, Kanamycine
Antibiotiques qui empêche la phase d’élongation
Tétracyclines:
Liaison à la sous- unité 30S, empêchent la liaison de l’AA-ARNt à la site A
Chloramphénicol:
liaison à la sous-unité 50S, inhibe la peptidyltransférase (empêche la liaison peptidique)
Macrolides:
Liaison à la sous-unité 50S, inhibent la peptidyltransférase et la translocation (érythromycine, clindamycine)
Acide fusidique:
Se lie à la protéine EF-G et empêche la dissociation du complexe EF-G-GDP, inhibe la translocation (bloque le recyclage de la molécule EF-G -> tue la cellule)
Antibiotiques qui empêche la phase de terminaison
Aucune
Sulfamides, triméthoprime
Bloquent la synthèse des précurseurs
d ’acides nucléiques, méthyonine
Rifamycines
Fixation sur l ’ARN polymérase bactérien, bloque la synthèse d ’ARN
Quinolones
Inhibition de l ’ADN gyrase: bloque la réplication, transcription, induction de la fragmentation de l’ADN
Acide folique
Essentiel pour la synthèse et la réplication des acides nucléiques
Inhibiteurs de la synthèse de l’acide folique
Sulfamides inhibe Pteridine
Triméthoprime inhibe acide Dihydrofolique
Mode d ’action des polymixines sur la membrane cellulaire
Utilisées pour le traitement des infections à Gram-, les polymixines se lient au LPS et perturbent la structure de la membrane externe et interne en tuant la bactérie
Résistance
Perte de sensibilité à l’activité tueuse (bactéricide) ou inhibitrice de la croissance (bactériostatique) d’un agent antibiotique
Intervalle d’année qu’une bactérie devient résistant à un antibiotique environ
10 ans
Multirésistance est transférable? Si oui par quel moyen?
Oui, par les plasmides
Résistance plasmidique
gènes spécifiques qui donnent résistance (pas une mutation d’un gène préexistant)
Résistance chromosomique
Mutation
Transférable aux cellules filles
1 résistance à la fois
Modification de la cible de l’antibiotique
Résistance: mode d ’action
- Modification de la cible
- Dégradation
- Inactivation
- Changement de perméabilité
Modification de l’antibiotique (inactivation)
Acétyltransférases (modifient le chloramphénicol)
Acétyl, phospho, adénylyltransférases (modifient les aminosides)
Changements de la perméabilité : Résistance plasmidique à la tétracycline (TetA) :
1) protéine membranaire
2) provoque la sortie de l’antibiotique
3) empêche l ’accumulation de l ’antibiotique
4) aucune modification de l ’antibiotique
Modification de la cible : Bêta lactames
Mutations dans les PLP (protéine de liaison aux pénicillines)
Modification de la cible : vancomycine
altération des précurseurs qui doivent aller dans le peptidoglycane
Modification de la cible : quinolones
gyrase altéré
Modification de la cible : aminosides:
protéines ribosomales altérées
Modification de la cible : triméthoprime
Nouvel enzyme
Au lieu d’incorporer une mutation, il y a un nouveau gène qui résiste à la triméthoprime
Classes de bêta-lactames
Classe A : Sérine
Classe B : Zinc
Classe C : Sérine
Classe D : Sérine
Bactéries résistantes: SARO/ORSA, SARM/MRSA
SARO = Staphylococcus aureus résistante à l’oxacilline SARM = Staphylococcus aureus résistante à la méticilline
- mutation chromosomique
- modification de PBP2a (protéine liant à la pénicilline)
- résistance à toutes les béta-lactames
- souvent multi-résistantes
- virulente
- 15-50% des isolats cliniques chez les hôpitaux aux E-U
Bactéries résistantes: ERV/VRE
Entérocoques résistantes à la vancomycine
- plasmidique (vanA,B)
- chromosomique (vanC)
- résistantes aux pénicillines et les aminosides
- trouvées dans l ’environnement, hôpitaux
- possibilité de transfert aux Staphylocoques
Bactéries résistantes: MDR-TB
Mycobacterium tuberculosis multirésistante
• mutations chromosomiques
• Trouvé résistent aux antibiotiques isoniazide,
ethionamide
• Il a développé ensuite une résistance à la rifampicine
• Il a développé ensuite une résistance à la streptomycine
• cause: arrêt de l ’antibiothérapie
Résistance inductible
• Résistance aux bêta-lactames
• induit par des bêta-lactames qui cause une haute
production de bêta-lactamase
• résistance à toutes les bêta-lactames
• trouvé chez Enterobacter, Serratia, Citrobacter, Pseudomonas
Bactérie est capable de reconnaître la présence des antibiotique et de les dégrader
Résistance inductible mécanisme
1) Accumulation des muropeptides
2) Transportés dans le cytoplasme
3) Interagissent avec AmpR; augmente l’expression de ampC (code pour beta-lactamase)
NDM-1 (New Delhi Metallo-beta- lactamase-1)
- Trouvé chez Klebsiella pneumoniae, Escherichia coli et Enterobacter cloacae
- Associé avec des patients qui ont subi des chirurgies en Inde et Pakistan: tourisme médicale
- Transmissible entre les entérobactéries
- Trouvé sur un plasmide
- Résistance à toutes les bêta-lactames
Acquisition des bactéries résistantes en communauté
- SARO, SARM
- S. pneumoniae
- S. pyogenes
- MDR-TB
- Salmonella
- Haemophilus influenzae, Neisseria
Acquisition des bactéries résistantes dans les hôpitaux
- SARM, SARO
- ERV
- gram négatives multi-résistantes
Acquisition de la résistance: mécanismes
- mutation
- échanges génétiques (plasmides et autres)
- résistance inductible (bêta-lactamases)
Causes de la résistance
- Usage excessif des antibiotiques
- Disponibilité des antibiotiques (pays du tiers monde)
- Industrie agroalimentaire
- Survie et traitement des patients avec des maladies chroniques
- Migration des populations, tourisme, ‘tourisme médical’
Contrôle de la résistance: exemples
Modèle de Baltimore: DOT (directly observed therapy)
Modèle de Danemark
Comment contrôler la résistance?
- Usage conservative et spécifique
- posologie adéquat pour durée indiquée
- utiliser l’antibiotique recommandé
- spectre étroit si possible
- éviter l’utilisation des combinaisons
- éviter l’usage prophylactique
- Éviter la contamination environnementale
- utiliser les procédures aseptiques
- mettre les patients infectés avec les microbes résistantes en isolation
- épidémiologie: hôpitaux
Génome bactérien vs cellule eucaryote : Génome dans le noyau
Respectivement
Non , Oui
Génome bactérien vs cellule eucaryote : Longueur de génome
Respectivement
1mm , 1m
ADN DOIT ÊTRE COMPACTÉ
Génome bactérien vs cellule eucaryote : Séquence nucléotide non codante
Respectivement
Molécule unique + circulaire + fermée , plusieurs molécules non circulaire
Génome bactérien vs cellule eucaryote : Association ADN-histones
Respectivement
Non , Oui
Génome bactérien vs cellule eucaryote : ADN extra-chromosomique
Respectivement
+++ (20% de l’ensemble du génome) , +
Mesure des boucles de ADN chromosomique bactérien
10 kb
Domaines de topologie dans l’organisation du chromosome
Protège les autres régions du chromosome contre l’ADN endommagé
Protéines structurales
Hu
IHF
SMC
H-NS
Protéines structurales : Hu
- protéine la plus abondante qui se lie à l ’ADN
* liaison nonspécifique + déformation de l ’ADN
Protéines structurales : IHF
• similarités avec HU (séquence des aa)
• liaison à des sites spécifiques + déformation
La liaison de l’IHF à l’ADN peut courber l’ADN de 180 degrés!
Protéines structurales : SMC
- structural maintenance of chromosomes: condensines
* protéines MukBEF (E.coli)
Protéines structurales : H-NS
- localisé dans le nucléoide
* se lie à l ’ADN déformé dans des régions riches en A+T
Liaison à des sites spécifiques
Peut reconnaître une séquence nucléotidique de l’ADN, une série de base spécifique pour se lier spécifiquement (20+ nucléotides —> moins de chance de trouver cette séquence n’importe où)
Effet d’un mutant HU avec une activité de compactage élevée
Cellules deviennent plus petites
Effet sur la morphologie
La structure des protéines SMC est conservée chez la plupart des bactéries?
Oui
Protéines du complexe SMC d’E.coli
MukB, MukE, MukF
Protéines du complexe SMC d’E.coli : fonctions
• Activité de liaison à l’ATP
et GTP (N-terminale)
• Activité de liaison à l’ADN (C-terminale)
• MukB forme une structure en ‘V’
• MukB s’associe avec MukF et MukE (protéines accessoires)
La condensation de l’ADN par MukB, E, F chez E.coli est fait par…
Compaction est dirigé par la contraction des bras
Interaction non spécifique —> ça peut être n’importe quel ADN
Protéine H-NS
- 2 domaines: oligomérisation et liaison à l’ADN
- Rôle régulateur de certains gènes: répression de l’ARN polymérase par blocage (gene silencing)
- Rôle dans la structure du nucléoïde inconnu
- Liaison à l’ADN riche en séquences A+T
Structure H-NS
Terminaison N - Tête - Queue - ADN - Terminaison C
Deux zones d’interaction protéine-protéine (tête et queue) et une zone d’association pour l’ADN
La duplication de l’ADN
semi-conservative
2 modèles de la duplication de l’ADN
Factory model : Les réplisomes restent proches et au centre de la cellule pendant que les origines se séparent. Au centre il y a une espèce de usine de réplication.
Train-on-track model : Les origines et les réplisomes sont libres de bouger partout dans la cellule.
Direction de la réplication
5’ –> 3’
La fourche de réplication
Durant la réplication, il y a un brin continu et un brin discontinu
Fragments d’Okazaki (synthèse d’ADN discontinue)
Protéines SSB
Évitent que les deux brins originales se referment
Réplisome est formé de…
polymérase III restent physiquement proches et avec les autres protéines de la réplication
Hélicase
Sépare les 2 brins (bulle)
Réplication du chromosome bactérien commence où dans E. coli?
un site appelé oriC
Protéine DnaA
Va lier et favoriser l’ouverture du brin d’ADN pour faciliter le processus de réplication
DnaA se trouve dans oriC
À coté se trouve une zone riche en AT
Le début de la fourche de réplication
1) DnaA ouvre les 2 brins
2) DnaB (hélicase) avec l’aide de DnaC se lient à l’ADN 3 3) Commence à ouvrir les fourches de réplications qui se déplacent en direction opposée
Mouvement de la fourche de réplication
Séquence ter permet à la fourche de bouger dans une seule direction
Ex : fourche R peut passer la séquence terA mais sera arrêtée pas la séquence terB. Arrivée à terB elle devra attendre la fourche L
OriC fait quoi pendant la réplication/division cellulaire?
- OriC migrent vers les extrémités de la cellule avec l’aide
de SMC qui condensant l’ADN autour des oriC - Réplisome reste au centre de la cellule
- À la fin de la réplication, seront les séquences ter qui
restent en dernier proches du centre.
Protéines Par
Protéines Par aident à tirer les chromosomes vers les deux pôles
Conséquences de garder les 2 molécules filles (fourches) unies
1) Elles peuvent rester unies dans une seule molécule (dimères)
2) Elles peuvent être entrelacées (formation des concatènes)
Comment on séparer les molécules filles?
- Par la topoisomerase, qui coupe l’ADN en défaisant le
lace (résolution des concatènes) - Par les protéines XerCD qui se lient à une séquence dif
et peuvent séparer les deux molécules par
recombinaison site- spécifique (résolution des
dimères).
Protéine FtsZ
Une protéine essentielle qui forme une anneau au septum durant la division cellulaire chez les bactéries
Protéines FtsK
- Pompent le nouveau chromosome vers la cellule fille
- Active le système de recombinaison pour séparer les
dimères
Séquence KOPS
Donne la directionalité -> permet un bon suivi de l’ADN pour l’amener vers les cellules filles
Temps nécessaire pour la réplication du chromosome
40 minutes
Temps nécessaire pour la division cellulaire
20 minutes
Coordination entre réplication du chromosome et division cellulaire : Milieu pauvre
Temps de génération = temps de duplication + division
Coordination entre réplication du chromosome et division cellulaire : Milieu riche
Temps de génération raccourci, plus court que les temps de duplication + division.
Les débuts des réplications se chevauchent et dans la cellule on trouve plusieurs fourches de réplication
Problème avec la coordination entre réplication du chromosome et division cellulaire dans un milieu riche
Si la cellule se divise plus rapidement, il faut que la fréquence des débuts des réplications augmente, sinon on risque qu’une des cellule filles reste sans chromosome
Comment réguler la coordination de la formation des fourches de réplication et la division cellulaire dans E. coli
Contrôler l’initiation de la réplication par la méthylation de l’ADN
Méthylation se fait à un taux constant dans les cellules. Mais l’ADN qui est nouvellement répliquer n’est pas méthylée immédiatement. Donc, après la réplication un brin est méthylé et l’autre non (Hémi-méthylée)
SeqA empêche la réplication sur l’OriC en l’attachant à la membrane plasmique. Il faut attendre la méthylation du 2e brin pour pouvoir faire une réplication.
Comment peut-on visualiser des différent régions du chromosome?
1) Utilisant une protéine couplée à une molécule
fluorescente (GFP) qui reconnait des sites spécifiques
sur l’ADN
- si on insère plusieurs sites, le signal est amplifié et on peut les visualiser dans la cellule vivante
2) FISH utilise des fragments d’ADN marqués avec la fluorescence qui s’hybride à l’ADN bactérien trouvé dans les cellules fixées sur les lames microscopiques (cellule est morte)
