La Transcription d'ADN est le processus par lequel les informations contenues dans l'acide désoxyribonucléique sont copiées sous la forme d'une molécule similaire, l'ARN, soit en tant qu'étape préalable pour la synthèse des protéines, soit pour la formation de molécules d'ARN qui participent à de multiples processus cellulaires de grande importance (régulation de expression génique, signalisation, etc.).
S'il n'est pas vrai que tous les gènes d'un organisme codent pour des protéines, il est vrai que toutes les protéines d'une cellule, qu'elles soient eucaryotes ou procaryotes, sont codées par un ou plusieurs gènes, où chaque acide aminé est représenté par un ensemble de trois bases d'ADN (codon).
La synthèse de la chaîne polypeptidique appartenant à toute protéine cellulaire se fait grâce à deux processus fondamentaux: la transcription et la traduction; tous deux très réglementés, car ce sont deux processus d'une grande importance pour le fonctionnement de tout organisme vivant.
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La transcription implique la formation d'une «matrice» pour une molécule d'ARN appelée «ARN messager» (ARNm) à partir de la séquence «standard» codée dans la région de l'ADN correspondant au gène à transcrire..
Ce processus est réalisé par une enzyme appelée ARN polymérase, qui reconnaît des endroits spéciaux dans la séquence d'ADN, s'y lie, ouvre le brin d'ADN et synthétise une molécule d'ARN en utilisant l'un de ces brins d'ADN complémentaires comme modèle ou modèle, même lorsqu'il rencontre une autre séquence d'arrêt spéciale.
La traduction, en revanche, est le processus par lequel se produit la synthèse des protéines. Il consiste en la «lecture» des informations contenues dans l'ARNm transcrit à partir d'un gène, la «traduction» des codons d'ADN en acides aminés et la formation d'une chaîne polypeptidique.
La traduction des séquences nucléotidiques de l'ARNm est réalisée par des enzymes appelées aminoacyl-ARNt synthétases, grâce à la participation d'autres molécules d'ARN dites «ARN de transfert» (ARNt), qui sont des anticodons des codons contenus dans les ARNm, qui sont une copie fidèle de la séquence d'ADN d'un gène.
Dans les cellules eucaryotes, le processus de transcription se produit dans le noyau, qui est le principal organite intracellulaire où l'ADN est contenu sous forme de chromosomes. Il commence par la «copie» de la région codante du gène qui est transcrite en une molécule à bande unique connue sous le nom d'ARN messager (ARNm)..
L'ADN étant confiné dans ledit organite, les molécules d'ARNm fonctionnent comme des intermédiaires ou des transporteurs dans la transmission du message génétique du noyau au cytosol, où se produit la traduction de l'ARN et l'ensemble de la machinerie biosynthétique pour la synthèse des protéines (ribosomes).
Un gène est constitué d'une séquence d'ADN dont les caractéristiques déterminent sa fonction, puisque l'ordre des nucléotides dans ladite séquence est ce qui détermine sa transcription et sa traduction ultérieure (dans le cas de ceux qui codent pour des protéines)..
Lorsqu'un gène est transcrit, c'est-à-dire lorsque ses informations sont copiées sous forme d'ARN, le résultat peut être un ARN non codant (ARNc), qui a des fonctions directes dans la régulation de l'expression génique, dans la signalisation cellulaire, etc. ou il peut s'agir d'un ARN messager (ARNm), qui sera ensuite traduit en une séquence d'acides aminés dans un peptide.
Le fait qu'un gène possède un produit fonctionnel sous forme d'ARN ou de protéine dépend de certains éléments ou régions présents dans sa séquence..
Les gènes, eucaryotes ou procaryotes, ont deux brins d'ADN, l'un connu sous le nom de brin «sens» et l'autre «antisens». Les enzymes responsables de la transcription de ces séquences "lisent" un seul des deux brins, typiquement le brin "sens" ou "codant", qui a une "direction" 5'-3 '.
Chaque gène a des séquences régulatrices à ses extrémités:
- si les séquences se trouvent avant la région codante (celle qui sera transcrite), elles sont appelées "promoteurs"
- s'ils sont séparés par de nombreux kilobases, ils peuvent être "silencieux" ou "boostés"
- les séquences qui sont plus proches de la région 3 'des gènes sont généralement des séquences de terminaison, qui indiquent à la polymérase d'arrêter et de terminer la transcription (ou la réplication, selon le cas)
La région du promoteur est divisée en distale et proximale, selon sa proximité avec la région codante. Il se trouve à l'extrémité 5 'du gène et est le site qui reconnaît l'enzyme ARN polymérase et d'autres protéines pour initier la transcription de l'ADN en ARN.
Dans la partie proximale de la région promotrice, des facteurs de transcription peuvent se lier, qui ont la capacité de modifier l'affinité de l'enzyme pour la séquence à transcrire, ils sont donc responsables de la régulation de la transcription des gènes positivement ou négativement..
Les régions activatrices et silençantes sont également responsables de la régulation de la transcription génique en modifiant «l'activité» des régions promotrices par leur union avec des éléments activateurs ou répresseurs «en amont» de la séquence codante du gène..
On dit que les gènes eucaryotes sont toujours «désactivés» ou «réprimés» par défaut, ils ont donc besoin de leur activation par des éléments promoteurs pour être exprimés (transcrits).
Quel que soit l'organisme, la transcription est réalisée par un groupe d'enzymes appelées ARN polymérases, qui, à l'instar des enzymes responsables de la réplication de l'ADN lorsqu'une cellule est sur le point de se diviser, se spécialisent dans la synthèse d'une chaîne d'ARN à partir de l'un des brins d'ADN de le gène en cours de transcription.
Les ARN polymérases sont de grands complexes enzymatiques composés de nombreuses sous-unités. Il existe différents types:
- ARN polymérase I (Pol I): qui transcrivent les gènes codant pour la «grande» sous-unité ribosomale.
- ARN polymérase II (Pol II): qui transcrivent les gènes codant pour les protéines et produisent des micro-ARN.
- ARN polymérase III (Pol III): qui produisent les ARN de transfert utilisés lors de la traduction ainsi que l'ARN correspondant à la petite sous-unité du ribosome.
- ARN polymérase IV et V (Pol IV et Pol V): sont typiques des plantes et sont responsables de la transcription de petits ARN interférents.
La transcription génétique est un processus qui peut être étudié comme divisé en trois phases: initiation, allongement et terminaison..
L'ARN polymérase (par exemple, l'ARN polymérase II) se lie à la séquence de la région promotrice, qui consiste en un étirement de 6 à 10 paires de bases à l'extrémité 5 'du gène, généralement à environ 35 paires de bases. Site de début de la transcription.
L'union de l'ARN polymérase conduit à «l'ouverture» de la double hélice d'ADN, séparant les brins complémentaires. La synthèse d'ARN commence au site connu sous le nom de «site d'initiation» et se produit dans la direction 5'-3 ', c'est-à-dire «en aval» ou de gauche à droite (par convention).
L'initiation de la transcription médiée par les ARN polymérases dépend de la présence concomitante de facteurs de transcription protéiques appelés facteurs généraux de transcription, qui contribuent à la «localisation» de l'enzyme dans la région du promoteur.
Une fois que l'enzyme a commencé à polymériser, elle est "libérée" à la fois de la séquence du promoteur et des facteurs de transcription généraux..
Il se produit lorsque l'ARN polymérase «se déplace» le long de la séquence d'ADN et ajoute des ribonucléotides complémentaires au brin d'ADN qui sert de «matrice» à l'ARN en croissance. Lorsque l'ARN polymérase «passe» à travers le brin d'ADN, elle rejoint son brin antisens.
La polymérisation réalisée par l'ARN polymérase consiste en des attaques nucléophiles de l'oxygène en position 3 'de la chaîne d'ARN en croissance vers le phosphate "alpha" du prochain précurseur nucléotidique à ajouter, avec la formation consécutive de liaisons phosphodiester et la libération d'un pyrophosphate molécule (PPi).
L'ensemble composé du brin d'ADN, de l'ARN polymérase et du brin d'ARN naissant est appelé bulle ou complexe de transcription..
La terminaison se produit lorsque la polymérase atteint la séquence de terminaison, qui est logiquement située «en aval» du site d'initiation de la transcription. Lorsque cela se produit, l'enzyme et l'ARN synthétisé se «détachent» de la séquence d'ADN en cours de transcription..
La région de terminaison consiste normalement en une séquence d'ADN qui est capable de «se replier» sur elle-même, formant une structure de type «boucle en épingle à cheveux». boucle en épingle à cheveux).
Après la terminaison, le brin d'ARN synthétisé est connu comme le transcrit primaire, qui est libéré du complexe de transcription, après quoi il peut ou non être traité post-transcriptionnellement (avant sa traduction en protéine, le cas échéant) par un processus appelé " coupe et épissure ".
Étant donné que les cellules procaryotes n'ont pas de noyau à membrane, la transcription se produit dans le cytosol, en particulier dans la région «nucléaire», où l'ADN chromosomique est concentré (les bactéries ont un chromosome circulaire).
De cette manière, l'augmentation de la concentration cytosolique d'une protéine donnée est sensiblement plus rapide chez les procaryotes que chez les eucaryotes, puisque les processus de transcription et de traduction se produisent dans le même compartiment..
Les organismes procaryotes ont des gènes très similaires aux eucaryotes: les premiers utilisent également des régions promotrices et régulatrices pour leur transcription, bien qu'une différence importante soit liée au fait que la région promotrice est souvent suffisante pour obtenir une expression «forte» des gènes.
En ce sens, il est important de mentionner que, en général, les gènes procaryotes sont toujours «activés» par défaut..
La région promotrice est associée à une autre région, généralement «en amont», qui est régulée par des molécules de répresseur et est connue sous le nom de «région opérateur»..
Une différence de transcription entre les procaryotes et les eucaryotes est que normalement les ARN messagers des eucaryotes sont monocistroniques, c'est-à-dire que chacun contient les informations nécessaires pour synthétiser une seule protéine, tandis que chez les procaryotes, ceux-ci peuvent être monocistroniques ou polycistroniques, où un seul ARNm peut contenir le informations pour deux ou plusieurs protéines.
Ainsi, il est bien connu que les gènes procaryotes qui codent pour des protéines ayant des fonctions métaboliques similaires, par exemple, se trouvent dans des groupes connus sous le nom d'opérons, qui sont simultanément transcrits en une forme à molécule unique d'ARN messager..
Les gènes procaryotes sont densément emballés, sans beaucoup de régions non codantes entre eux, donc une fois transcrits en molécules d'ARN messager linéaire, ils peuvent être traduits en protéine immédiatement (les ARNm eucaryotes nécessitent souvent un traitement supplémentaire).
Les organismes procaryotes tels que les bactéries, par exemple, utilisent la même enzyme ARN polymérase pour transcrire tous leurs gènes, c'est-à-dire ceux qui codent pour les sous-unités ribosomales et ceux qui codent pour différentes protéines cellulaires..
Dans les bactéries E. coli L'ARN polymérase est composée de 5 sous-unités polypeptidiques, dont deux sont identiques. Les sous-unités α, α, β, β 'comprennent la partie centrale de l'enzyme et s'assemblent et se désassemblent lors de chaque événement de transcription..
Les sous-unités α sont celles qui permettent l'union entre l'ADN et l'enzyme; la sous-unité β se lie aux ribonucléotides triphosphates qui seront polymérisés selon la matrice d'ADN dans la molécule d'ARNm naissante et la sous-unité β 'se lie audit brin d'ADN matrice.
La cinquième sous-unité, connue sous le nom de σ participe à l'initiation de la transcription et c'est ce qui confère une spécificité à la polymérase.
La transcription chez les procaryotes est très similaire à celle des eucaryotes (elle est également divisée en initiation, allongement et terminaison), avec quelques différences en termes d'identité des régions promotrices et celle des facteurs de transcription nécessaires à l'ARN polymérase pour exercer vos fonctions.
Bien que les régions promotrices puissent varier entre différentes espèces procaryotes, il existe deux séquences «consensus» conservées qui peuvent être facilement identifiées dans la région -10 (TATAAT) et dans la région -35 (TTGACA) en amont de la séquence codante..
Cela dépend de la sous-unité σ de l'ARN polymérase, car elle médie l'interaction entre l'ADN et l'enzyme, ce qui la rend capable de reconnaître les séquences promotrices. L'initiation se termine lorsque certains transcrits abortifs d'environ 10 nucléotides sont produits et libérés.
Lorsque la sous-unité σ est détachée de l'enzyme, la phase d'élongation commence, qui consiste en la synthèse d'une molécule d'ARNm dans la direction 5'-3 '(environ 40 nucléotides par seconde).
La terminaison chez les procaryotes dépend de deux types de signaux différents, elle peut être Rho-dépendante et Rho-indépendante.
La protéine Rho-dépendante est contrôlée par cette protéine qui "suit" la polymérase au fur et à mesure qu'elle progresse dans la synthèse de l'ARN jusqu'à ce que cette dernière atteigne une séquence riche en guanines (G), ralentisse et entre en contact avec la protéine Rho. Se dissociant de l'ADN et ARNm.
La terminaison Rho-indépendante est contrôlée par des séquences spécifiques du gène, généralement riches en répétitions guanine-cytosine (GC)..
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