Structure du ribosome

La synthèse de la chaîne d'acides aminés se décompose en 3 étapes qui ont lieu au niveau du ribosome.

(1) La reconnaissance du codon de l'ARNm par l'anticodon de l'ARNt (acide ribonucléique de transfert) associé à son acide aminé

(2) La formation de la liaison peptidique entre l'acide aminé associé à l'ARNt et la chaîne peptidique en cours de synthèse

(3) La translocation du ribosome permettant l'éjection de l'ARNt et son avancement sur l'ARNm

Le ribosome est la structure centrale permettant la synthèse des protéines à partir de la lecture des ARNm. Cette structure a été mise en évidence pour la première fois en 1955 par George E. Palade qui décrivait de petites particules associées à la membrane du réticulum endoplasmique et visibles par microscopie électronique. Au cours de la décennie suivante, plusieurs études ont révélé la nature ribonucléoprotéique de cette structure, qui fut alors appelée ribosome, et son rôle dans la synthèse protéique. Il s'agit d'une composante universelle dans le monde du vivant et de nombreuses études se sont attelées à décortiquer la structure tridimensionnelle, le fonctionnement et la régulation de ce dernier. Bien que les ribosomes soient présent dans tous les organismes vivants, leur structure diffère en fonction de ces derniers. Ils sont composés de deux sous-unités : la grande sous- unité (LSU : large subunit) qui possède un coefficient de sédimentation de 60S chez les eucaryotes et de 50S chez les procaryotes, et la petite sous-unité (SSU: small subunit) qui possède un coefficient de sédimentation de 40S chez les eucaryotes et de 30S chez les procaryotes. L'assemblage de ces deux sous-unités forme le ribosome qui aura un coefficient de sédimentation de 80S chez les eucaryotes et de 70S chez les procaryotes.

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Chacune de ces sous-unités est composée de protéines ribosomales (RP) et d'ARNs qui sont appelés ARN ribosomaux (ARNr).

Chez l'homme, la petite sous-unité ribosomale a pour fonction de lier, de scanner et de dérouler l'ARNm. Elle est composé d'un ARNr 18S (1869 nucléotides) et de 33 protéines ribosomales distinctes. La large sous-unité est quant à elle composée des trois ARNr soient 5S, 5,8S et 28S (121, 157, 5076 nucléotides respectivement) ainsi que de 47 protéines ribosomales distinctes. Cette sous-unité a pour fonction d'effectuer la liaison peptidique et de contrôler la qualité des peptides naissants. Ainsi, la large sous-unité est le lieu de l'activité catalytique du ribosome.

Pour mener son activité, le ribosome possède trois sites de liaison des ARNt qui sont stabilisés par de nombreux contacts avec les protéines ribosomales et les ARNr de la petite et de la grosse sous-unité. Ces sites sont le A, le P et le E. Le site A correspond au site d'entrée des ARNt associés à son acide aminé (ARNt-aa ou aminoacyl-ARNt). Au moment de son entrée, l'acide aminé de l'ARNt n'est pas encore associé à la chaîne polypeptidique. Afin de procéder à cette association, le ribosome va s’assurer de la correspondance entre le codon de l'ARNm et l'anti-codon de l'ARNt. Cette validation a lieu dans la petite sous- unité ribosomale au niveau du site A, appelé centre de décodage (DC :decoding center) (figure 1.15). Dans le cas d'un mésappariement, l'ARNt est éjecté du ribosome 210_.

Figure 1.15 : Représentation schématique du ribosome.

Les deux sous-unités ribosomales (40S et 60S) sont représentées ainsi que l’ARNm. Le PTC (Peptidyltransferase center) correspond au centre de transfert de la liaison peptidique tandis que le DC indique le centre de décodage. Les sites A, P et E correspondent aux sites où viennent se loger les ARNt lors du processus de traduction. Illustration par Jonathan Bergeman.

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Pour mener à l’élongation de la chaîne polypeptidique, il doit y avoir transfert de l’ARNt entre le site A et le site P. Le site P est occupé par un ARNt où son acide aminé est associé à la chaîne polypeptidique en cours de synthèse. Au niveau de la sous-unité 60S du ribosome, il y a présence d’un centre de catalyse de la liaison peptidique, le PTC (peptidyltransferase center). La structure du PTC, qui est conservée dans l'évolution, suggère que les mécanismes de la création de la liaison peptidique sont conservés au travers de celle-ci. Ainsi, à cet endroit, par la création d’une nouvelle liaison peptidique, il y a transfert de la chaîne peptidique entre l'ARNt se situant au niveau du site P à celui se situant au site A. La création de cette nouvelle liaison peptidique s'effectue dans un environnement composé exclusivement d'ARNr ce qui a permis de classer les ribosomes dans la catégorie des ribozymes 211,212_{. Les ribozymes correspondent aux ARNs possédant une activité}

catalytique intrinsèque. À ce moment, la petite sous-unité subit un mouvement relatif par rapport à la large sous-unité permettant son déplacement, appelé translocation. Cette translocation permet l'avancement du ribosome d'un codon, ce qui libère le site A en transférant son ARNt nouvellement associé à la chaîne peptidique au niveau du site P, ce qui laisse la place pour l’insertion d’un nouvel ARNt. L'ARNt qui se situait précédemment au niveau du site P est maintenant dans le site E. Le site E correspond à un site où l'ARNt est déchargé de son acide aminé (ARNt-déacylé). Il s'agit du site de sortie des ARNt du ribosome. Lors de la prochaine translocation, l'ARNt-déacylé du site E sera éjecté du ribosome.

Le ribosome est donc la structure permettant l’action coordonnée et conjointe de plusieurs acteurs nécessaires à la traduction. Ces acteurs sont :

(1) L'ARNm qui possède la séquence codante à traduire en protéine

(2) Les ARNt qui permettent de déchiffrer chaque codon de la séquence codante (3) Les facteurs protéiques nécessaires aux différentes étapes de la traduction (voir

partie 5.4)