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LA REGULATION DE L’EXPRESSION DES GENES. Année universitaire 2010/2011. DR. OULDJAOUI AHMED. INTRODUCTION.
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LA REGULATION DE L’EXPRESSION DES GENES Année universitaire 2010/2011 DR. OULDJAOUI AHMED
INTRODUCTION L’expression génétique désigne le processus biochimique par lequel l'information héréditairestockée dans un gèneest lue pour aboutir à la fabrication de molécules qui auront un rôle actif dans le fonctionnement cellulaire, comme les protéines ou les ARN.
NOTION D’OPÉRON QU’EST-CE QU’UN OPÉRON ? ● Un opéron est une unité régulée d’expression des gènes dans laquelle on trouve un ensemble de gènes structuraux, sous le contrôle d’un système régulateur unique. ● Les gènes structuraux sont transcrits à partir d'une région "opérateur - promoteur" commune, sous la forme d'un ARN messager unique, appelé ARNm polycistronique, qui sera traduit en protéines différentes (apparentées). ● Cet opéron est contrôlé par une protéine de régulation (répresseur ou activateur) codée par un gène de régulation spécifique.
Chez les procaryotes ● Opérons inductibles, signifie que l’expression des gènes est contrôlée par le substrat de la voie métabolique. ● Opérons répressibles, signifie que l’expression des gènes est contrôlée par le produit final de la voie de biosynthèse.
Chez les procaryotes Induction « Opéron Lactose » Synthèse des enzymes nécessaires au métabolisme du lactose Répression « Opéron Tryptophane » Synthèse des enzymes impliquées dans la biosynthèse du tryptophane
Structure de l’opéron « lac » ●L'opéron lactose d'Escherichia coli a une longueur de 6 237 pb. Il est constitué des éléments suivants : ●3 gènes structuraux : lacZ, lacY et lacA. Des éléments régulateurs, promoteur P et opérateur O, agissant en cis. ●1 gène régulateur, lacI, possédant son propre promoteur et localisé en amont de l’opéron lac.
Structure de l’opéron « lac » 3 gènes structuraux : ■ lacZ: la β-galactosidase: hydrolyse le lactose en ses sucres constitutifs. ■ lacY: la lactose perméase: transport du lactose à l’intérieur de la cellule. ■ lacA: la transacétylase: hydrolyse du lactose 1 gène régulateur: ■lacI: la protéine répresseur lac.
STRUCTURE DU LACTOSE Liaison β-galactosidique. galactose β-galactosidase glucose lactose
ALLOLACTOSE EST L'INDUCTEUR La β-galactoside transacétylase, enzyme de masse moléculaire 60 kDa transformant le lactose β,1-4 en allolactose β,1-6 par transglycosylation lactose β,1-4 allolactose β,1-6
Opéron « trp » ● Milieu riche en tryptophane : - fixation du tryptophane sur le répresseur. - fixation du répresseur sur l’opérateur. - transcription bloquée. ● Milieu pauvre en tryptophane : - absence de l’inducteur (tryptophane). - le répresseur ne se fixe pas sur l’opérateur. - transcription aura lieu. Le produit final de la transcription de l’opéron « trp » est l’acide aminé tryptophane est un corépresseur.
MECANISME D’ATTÉNUATION ➢L'atténuation est une terminaison prématurée de la transcription. ➢L'atténuation est provoquée par un terminateur facultatif qui est situé au début de l'unité de transcription de l'opéron et que l'on appelle Atténuateur.
Opéron « trp » L’atténuation ● L’atténuation repose sur le fait que transcription et traduction sont simultanées chez les bactéries. ● C’est la position du ribosome en cours de traduction qui va déterminer la suite des évènements: Atténuation et arrêt de la transcription Poursuite de la transcription.
Opéron « trp » L’atténuation ● L'atténuateur de l'opéron tryptophane est une séquence nucléotidique ARN de 162 bases, située à l'extrémité 5' de l'ARNm polycistronique. Cette séquence est donc synthétisée à partir du promoteur de l'opéron trp avant la séquence codante du gène trpE. ● Elle comprend une séquence codante, comprise entre les nucléotides 27 à 68 (codon d'initiation AUG à codon stop UGA) permettant la synthèse d'un peptide de 14 acides aminés de longueur : dont deux codons tryptophane (en positions 10 et 11, c'est-à-dire quasiment à la fin de la séquence codante).
ARNm LEADER TRP 5’ peptide leader séquence 1 séquence 2 séquence 3 séquence trpE séquence de pause séquence 4 4 séquences nucléotidiques (notées 1, 2, 3 et 4) sont des séquences palindromiques qui peuvent conduire à la formation de structures ARN « en épingles à cheveux » .
Opéron « trp » L’atténuation ■ Le ribosome pourra avoir deux positions sur l’ARNm et selon ces positions, il pourra y avoir formation de deux types de structures en épingle à cheveux différentes: position A: formation d’une boucle 2/3 boucle d’antiterminaison. position B: formation d’une boucle 3/4 boucle de terminaison.
Opéron « trp » L’atténuation En absence de TRP: -freinage par absence d’ARNt-TRP -épingle à cheveux 2/3 -il y a synthèse de l’ARNm En présence de [trp] moyenne: - pas de freinage -épingle à cheveux 3/4 -terminaison de la transcription
Chez les eucaryotes 5 niveaux de régulation: ■ Chromatinien. ■ Transcriptionnel. ■ Post transcriptionnel. ■ Traductionnel. ■ Post traductionnel.
Chez les eucaryotes ■ Niveau chromatinien: Acétylation des histones. Méthylation des cytosines. ■ Niveau transcriptionnel: Choix du promoteur. Facteurs transcriptionnnnnels. ■ Niveau post transcriptionnel: Epissage alternatif. Durée de vie de l’ARNm. L’édition. ■ Niveau traductionnel: Protéine activatrice ou répressive. ■ Niveau post traductionnel: Modifications covalentes. Coupures.