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Comment une cellule crée-t-elle/gagne-t-elle ses ribosomes initiaux pour la synthèse des protéines ?


J'ai fait quelques recherches rapides sur Google pour savoir comment un organisme cellulaire génère ou acquiert ses premiers ribosomes, mais je n'ai rien trouvé. Par exemple, les organismes initiant la réplication forment-ils des ribosomes supplémentaires à transmettre à l'organisme créé ?


Dans la section commentaires :

Les cellules se divisent et quand elles le font, les deux cellules filles auront non seulement des copies de l'ADN mais aussi des organites, des machineries cellulaires et de la membrane cellulaire, ce qui implique que oui, les cellules filles reçoivent également des ribosomes. La réplication se produit pendant l'interphase.


Chaque cellule fille, après la mitose, contiendra déjà des ribosomes et des machines de transcription de l'ADN, de sorte qu'elle peut déjà synthétiser plus de ribosomes.

Dans le cas de l'ovule fécondé, lorsque l'organisme n'est qu'une seule cellule, les premiers ribosomes seront ceux déjà présents dans l'ovule non fécondé.

Ainsi, les cellules n'ont jamais à repartir de zéro sans ribosomes.


Synthèse des protéines et structure du ribosome : traduction du génome

Knud H. Nierhaus a étudié la médecine et a terminé sa thèse avec le professeur Klaus Betke à Tübingen (Allemagne). En 1968, il rejoint le Max-Planck-Institut für Molekulare Genetik à Berlin, où il dirige actuellement un groupe de recherche étudiant différents aspects de la traduction. Il est "außerplanmäßiger Professor" à la TU de Berlin et "adjoint Professor" à l'Université d'État de Moscou. Ses principales réalisations incluent le développement d'une méthode pour reconstituer la grande sous-unité des ribosomes d'E. coli à partir de ses composants isolés et la détection d'un troisième site de liaison à l'ARNt, le site E, sur le ribosome.

Daniel N. Wilson a étudié la biochimie et la biologie moléculaire à l'Université Victoria de Wellington (Nouvelle-Zélande). Il a effectué son doctorat dans le laboratoire du professeur Warren Tate du département de biochimie de l'Université d'Otago, Dunedin. Dans sa thèse, il s'est concentré sur les mécanismes de terminaison traductionnelle et d'événements de recodage. À la fin de ses études en 1999, il a reçu une bourse Alexander von Humboldt et travaille actuellement sur la cristallographie des ribosomes au Max-Planck-Institut für Molekulare Genetik à Berlin.


Un biochimiste étudie comment les ribosomes fabriquent des protéines

L'imagerie à haute résolution et l'analyse structurelle des nanomachines telles que les ribosomes nécessitent des ordinateurs hautes performances. Roland Beckmann (à gauche) dans le centre de données. Crédit : Jan Greune

Les ribosomes sont des machines moléculaires programmées par des schémas génétiques, qui fabriquent des protéines en liant les acides aminés ensemble en chaînes linéaires qui se replient en formes dépendantes de la séquence. Le biochimiste de l'Université Ludwig Maximilian, Roland Beckmann, étudie comment ils le font.

Roland Beckmann est un chercheur fondamentaliste – dans un double sens. Il étudie les processus biochimiques fondamentaux qui se déroulent dans tous les types cellulaires et il analyse les complexes moléculaires qui les exécutent dans les moindres détails. Lorsqu'il parle de ses découvertes, il transporte l'auditeur dans un monde où de minuscules machines biologiques forment des chaînes de production à l'échelle nanométrique qui produisent sur commande des macromolécules à la structure complexe. Leurs produits sont à leur tour responsables de l'assemblage, du conditionnement et de l'expédition de myriades d'autres molécules. Ces processus sont l'essence même de la vie.

Beckmann, professeur de biochimie au Gene Center de LMU, est spécialisé dans l'étude des ribosomes, que les manuels appellent « les sites de synthèse des protéines » dans les cellules. C'est vrai jusqu'à présent, mais les chercheurs continuent de découvrir de nouveaux aspects de la régulation et de la dynamique du processus, et de nombreux détails structurels restent inconnus. Une chose est claire : la production de protéines dans les cellules est une production de masse. Une seule cellule de levure peut contenir jusqu'à 200 000 ribosomes, une cellule hépatique humaine peut en contenir jusqu'à un million. Quand on considère qu'un humain adulte est composé de plus d'un milliard de cellules, l'ampleur de la tâche de la machinerie de synthèse des protéines, et son caractère indispensable à chaque seconde de notre existence, commence à se faire jour. « Les chaînes d'assemblage de ribosomes sont constamment en mouvement », explique Beckmann.

Comment les cellules s'y prennent-elles alors pour fabriquer des protéines dont les instructions sont stockées dans leur matériel génétique ? C'est la question au cœur des recherches de Beckmann. En tant que biochimiste, il développe de nouvelles techniques analytiques permettant de mesurer, perturber, surveiller et modéliser les processus de régulation des gènes. L'objectif est de comprendre les systèmes biologiques dans toute leur complexité, en particulier les réseaux denses de communications intermoléculaires qui maintiennent les cellules en vie, chacun représentant un système métastable maintenu ensemble par des capteurs, des signaux et des interactions. Une cellule humaine typique est constituée d'une membrane de surface et d'organites comprenant le noyau, des compartiments délimités par la membrane et des complexes macromoléculaires, qui effectuent des tâches spécifiques et vitales. Le noyau abrite le matériel génétique - de l'ADN double brin emballé dans des complexes ADN-protéines - et contrôle toutes les fonctions cellulaires, les mitochondries fournissent de l'énergie, les lysosomes disposent de protéines et les ribosomes synthétisent des protéines.

Décrypter le livre des gènes

Les chercheurs comprennent essentiellement comment les ribosomes utilisent les informations codées dans l'ADN du « génome » pour construire des milliers de protéines différentes. Le génome peut être considéré comme une collection de plans pour la construction de l'organisme. Ceux-ci n'ont de sens que s'ils peuvent être consultés, lus et les instructions qu'ils contiennent utilisées pour diriger la construction des molécules qu'ils spécifient. Les ribosomes sont responsables de la mise en œuvre de ces plans, qui sont codés dans des séquences définies de sous-unités d'ADN appelées bases. Programmés par le texte génétique, les ribosomes assemblent toutes les protéines – enzymes qui catalysent les réactions chimiques, composants du squelette interne de la cellule, anticorps qui reconnaissent les agents pathogènes – dont l'organisme a besoin pour sa croissance et sa survie. Et puisque la fonction d'une protéine dépend en grande partie de sa forme, les ribosomes peuvent être considérés comme des imprimantes 3D.

Les détails du processus sont un peu plus compliqués. La séquence de bases spécifiant la structure d'une protéine donnée est d'abord copiée à partir du segment approprié du brin codant de l'ADN double brin en molécules d'ARN messager (ARNm), qui sont simple brin. Les ribosomes eux-mêmes comprennent plusieurs « ARN ribosomiques » et 50 à 80 protéines et se composent de deux sous-unités. L'ARNm est introduit dans la plus petite sous-unité - un peu comme si on enfilait une chaîne de vélo sur une roue dentée - et sa séquence de base est décodée. Le code est à la fois intelligent et efficace. Il est lu successivement dans des ensembles non chevauchants de trois bases (appelés triplets ou codons), et la combinaison spécifique de bases dans un triplet indique au ribosome quel acide aminé doit être inséré à cette position dans la chaîne protéique. Comme les séquences d'ADN et d'ARN contiennent quatre types de bases différents, 4x4x4 ou 64 combinaisons différentes sont possibles. Cependant, comme seuls 20 acides aminés distincts se trouvent dans les protéines, la plupart des acides aminés sont codés par plus d'un codon, tandis que quatre triplets servent de signaux de ponctuation. Ainsi, le ribosome passe du signal de départ à un signal d'arrêt, lisant le code par trois, capturant et reliant les acides aminés dans la séquence spécifiée.

Les protéines peuvent comprendre jusqu'à plusieurs milliers de sous-unités d'acides aminés, et la chaîne en croissance est introduite dans un tunnel de sortie de 10 nanomètres (10-8 cm) de long dans la grande sous-unité du ribosome, émergeant soit comme une molécule déjà pliée en trois dimensions, soit sous forme de chaîne enroulée aléatoirement, selon la protéine concernée. "C'est un fait fascinant que tous les organismes, des microbes aux humains, possèdent ces machines", explique Beckmann. "Tous les êtres vivants utilisent fondamentalement le même langage génétique et le même type de code, ce qui implique que le code triplet a été établi au début de l'évolution. Au fil du temps, cependant, les ribosomes sont devenus de plus en plus complexes."

Les biologistes structurels savent depuis longtemps que tous les ribosomes sont constitués d'une grande et d'une petite sous-unité, bien que leur structure diffère quelque peu entre les organismes inférieurs (procaryotes) et supérieurs (eucaryotes). Mais les progrès rapides réalisés dans l'analyse de leurs structures au cours des deux dernières décennies sont en grande partie dus à l'avènement de la cryomicroscopie électronique. « La technologie est cruciale pour nous », remarque Beckmann. Il s'est familiarisé avec la méthode lorsqu'il était post-doctorant dans le laboratoire de Günter Blobel à l'Université Rockefeller de New York, bien qu'il l'ait appris non pas de Blobel (qui a remporté un prix Nobel) mais de Joachim Frank, qui a été le pionnier de la technique. et l'utilisait pour analyser les structures moléculaires dans la capitale de l'État, Albany. "La microscopie cryoélectronique était une nouvelle frontière à l'époque", dit Beckmann, mais elle allait devenir la base de son propre domaine de recherche.

Comme le préfixe le suggère, les échantillons pour la cryomicroscopie électronique doivent d'abord être refroidis – ou plutôt congelés instantanément. Les ribosomes ou complexes ribosomiques, minutieusement isolés à partir de cellules nucléées ou bactériennes, sont déposés sur une fine pellicule de carbone déposée sur une grille de cuivre et congelés en les plongeant dans l'éthane liquide. Les nanomachines sont capturées instantanément pendant qu'elles sont en fonctionnement et peuvent ensuite être imagées par microscopie électronique. De plus, les micrographies peuvent être interprétées comme des instantanés du processus de synthèse des protéines. Parce que le solide vitreux dans lequel ils sont immobilisés est de la glace vitrifiée qui (contrairement à la glace normale) ne contient pas de cristaux, l'architecture fragile et complexe des ribosomes est préservée de manière si détaillée que les chercheurs peuvent reconstituer la séquence des étapes impliquées dans la production de protéines. et regardez-le comme un film en accéléré. "Selon la protéine et l'organisme impliqués, la synthèse peut prendre de quelques secondes à plusieurs minutes", explique Beckmann. "Nous voulons observer les étapes cruciales de la transition."

De nouveaux détecteurs d'électrons directs ont révolutionné la pratique de la cryomicroscopie électronique. Les chercheurs l'appellent la « révolution de la résolution », car elle a considérablement amélioré la résolution des micrographies, à quelques dixièmes de nanomètre. Les visiteurs du département de Beckmann au Gene Center de Grosshadern peuvent non seulement observer la préparation des échantillons en laboratoire, mais aussi rejoindre son équipe de recherche alors qu'ils inspectent les données acquises par le microscope électronique. Certains écrans sont remplis de colonnes de chiffres que certains chercheurs analysent eux-mêmes les micrographies. Il est même possible de basculer sur ce que les détecteurs « voient ». Ces images "en direct" sont normalement diffusées sur le grand écran de la cuisine du service. Ceux-ci fournissent les données non traitées qui constituent la base des images bidimensionnelles haute résolution, prises sous différents angles, qui sont utilisées pour construire des vues tridimensionnelles. En fait, les enquêteurs peuvent zoomer pour étudier les détails les plus fins.

Intégration dans la membrane cellulaire

Beckmann s'intéresse particulièrement à un composant particulier des cellules des organismes supérieurs - le complexe Sec61 ou translocon, sur lequel les ribosomes peuvent s'arrimer. Le translocon agit comme un conduit pour les protéines et joue un rôle clé chaque fois que les protéines doivent être insérées ou transportées à travers une membrane. Environ un tiers de toutes les protéines sont soit insérées dans la membrane cellulaire où elles servent de récepteurs de signaux, explique Beckmann, soit sécrétées par la cellule, pour agir comme des anticorps ou des enzymes digestives, par exemple. Le groupe de Beckmann a utilisé l'analyse structurelle pour déchiffrer comment le complexe ribosome-translocon orchestre le passage des protéines dans et à travers les membranes. Le complexe Sec61 lui-même forme un canal moléculaire dans lequel le ribosome dirige la protéine en croissance. Beckmann a déterminé la structure précise de ce canal l'année dernière. Les résultats ont révélé que le ribosome se lie directement au translocon sur la membrane et alimente la protéine naissante dans le canal, et soit dans la membrane, soit directement à travers elle. Afin de comprendre le fonctionnement du processus, il est nécessaire d'analyser la structure de l'ensemble du complexe dans autant d'états fonctionnels que possible.

Pour les protéines destinées à être intégrées dans les membranes ou sécrétées à l'extérieur, le ribosome a besoin de connaître la bonne destination de chacune. Günter Blobel a découvert que les protéines portent une sorte de code postal au début de la séquence d'acides aminés, un code postal qui peut être lu par les protéines du système de routage de la cellule. Cette courte séquence garantit que les protéines sont pilotées au bon endroit. L'idée a d'abord été accueillie avec scepticisme, mais Blobel, l'un des « gangsters d'origine » (terme de Beckmann) sur le terrain, s'est avéré avoir raison. Le principe de base s'est avéré généralement valable et fonctionne de la même manière dans les levures que dans les cellules végétales et animales. Et Blobel a remporté le prix Nobel 1999 pour l'avoir démontré. Beckmann était alors post-doctorant dans le laboratoire de Blobel et a suivi la cérémonie de remise des prix en direct. "C'était comme si un tsunami avait frappé le laboratoire", se souvient-il.

La recherche sur les ribosomes a connu un essor ces dernières années, mais de nombreuses fonctions de l'organite restent mystérieuses. Par exemple, Beckmann aimerait savoir comment les usines de protéines effectuent le contrôle qualité. De toute évidence, ils sont équipés pour détecter les erreurs dans le plan (c'est-à-dire l'ARNm) et peuvent évaluer si la protéine en croissance est fonctionnelle. "Il n'y a rien de plus dommageable pour un organisme que l'accumulation de protéines défectueuses codées par des ARNm corrompus", explique Beckmann, car cela peut entraîner la perte de fonctions essentielles. Mais chaque fois qu'un ribosome atteint la fin d'un ARNm sans avoir rencontré de codon de terminaison, par exemple, il « sait » que la protéine est incomplète, car elle ne peut pas être libérée. Le ribosome bloqué recrute alors des facteurs de libération spécialisés qui le détachent de l'ARNm défectueux et de son produit protéique, et garantissent que les deux sont dégradés.

Une classe d'applications cellulaires

Beckmann étudie les ribosomes depuis près de deux décennies, et il en parle - en termes moléculaires - d'énormes complexes, avec des dimensions allant jusqu'à 35 nm, avec quelque chose comme du respect. Les ribosomes ne sont pas parfaits, mais ce sont des machines extrêmement polyvalentes, dit-il. Ce n'est que très récemment que les chercheurs se sont rendu compte qu'en plus de leur tâche principale, ils ont également de nombreuses tâches à temps partiel, en lien avec le contrôle de la qualité, par exemple. Il s'avère qu'un ensemble de protéines accessoires peut se lier à la surface du ribosome pour faciliter la reconnaissance et la traduction des codons dans l'ARNm, et surveiller et favoriser la croissance de ses produits protéiques. Chaque facteur est comme une application qui permet au ribosome de faire quelque chose d'extraordinaire, dit Beckmann. "Par exemple, ils peuvent mesurer les forces agissant sur les composants cellulaires et estimer les concentrations d'acides aminés et d'antibiotiques. Le spectre des spécialités est large et varie d'un organisme à l'autre."

Beckmann ne s'intéresse pas seulement au fonctionnement des machines moléculaires. Son équipe examine maintenant ce qui arrive au ribosome lorsqu'il quitte le travail. Essentiellement, l'organite se dissocie en ses deux sous-unités, qui sont alors prêtes pour le prochain cycle de synthèse. "Ce n'est que récemment que nous avons appris que, dans les cellules eucaryotes, l'enzyme ABCE1 a une influence majeure sur cette étape", explique Beckmann. Fondamentalement, il utilise un levier pour forcer les sous-unités à se séparer, et comme ABCE1 contient des grappes de fer lié, Beckmann appelle cela «la poigne de fer». Les membres de son groupe tentent maintenant de comprendre comment cette étape essentielle de la synthèse des protéines fonctionne en termes structurels. "Ce genre de travail peut prendre des mois ou des années", ajoute-t-il.

Il est concevable que l'avenir puisse nous fournir une image complètement nouvelle des mécanismes impliqués dans la synthèse des protéines. "Très souvent, dans la poursuite d'un objectif, nous tombons sur quelque chose d'inattendu que nous devons également comprendre", explique Beckmann. Il semble qu'il soit peu probable qu'il soit à court d'énigmes à résoudre pour lui et ses collègues dans les années à venir. « Quoi qu'il en soit, affirme-t-il, les ribosomes nous réservent encore quelques surprises.


Comment le ribosome induit-il l'activité GTPase de EF-Tu ?

Fig. 3. Modèle atomique du ribosome lié à des facteurs dérivés d'une carte 6.7- EM. Les données EM sont affichées sur une surface transparente, avec un modèle atomique généré avec MDFF montré dans un dessin animé.

Pendant l'élongation, le ribosome programmé par l'ARNm est présenté avec un acide aminé par un ARNt en complexe avec le facteur d'élongation Tu (EF-Tu) et le GTP. L'ARNt prend la position A/T courbée, stockant l'énergie élastique. Si le ribosome reconnaît la bonne interaction codon-anticodon, l'activité GTPase dans EF-Tu est stimulée à plus de 75°. Comment le ribosome induit l'hydrolyse du GTP a fait l'objet d'études intensives. Nous savons maintenant que l'hydrolyse du GTP se fait par une attaque en ligne du phosphate gamma par une molécule d'eau, et que His84 est le résidu catalytique.

Fig. 4. Modèle atomique d'un EF-Tu lié au ribosome. Les régions de commutation sont mises en surbrillance : Switch I (Sw1) en bleu, Switch II (Sw2) en orange et P-loop en vert.

Afin de comprendre l'hydrolyse du GTP dans EF-Tu, nous avons étudié les changements de conformation EF-Tu induits par le ribosome qui déclenchent l'hydrolyse du GTP sur le facteur, comme l'ont révélé les études de cryomicroscopie électronique (cryo-EM). Nous avons appliqué MDFF pour obtenir un modèle atomique d'une carte cryo-EM 6,7- du pré-accommodé E. coli Le ribosome 70S lié au complexe ternaire Phe-ARNt Phe:EF-Tu:GDP bloqué par l'antibiotique kirromycine (kir), montré sur la figure 3.

EF-Tu possède trois régions importantes qui jouent un rôle prépondérant dans son activité GTPase : Switch I (résidus EF-Tu 40--62 E. coli numérotation) Switch II (80--100) et P-loop (18--23). Toutes ces régions subissent des changements de conformation caractéristiques dans EF-Tu. Les structures cristallines de EF-Tu sous la forme GTP affichent une "porte hydrophobe" formée par les résidus Val20 (dans la boucle P) et Ile60 (dans le commutateur I) qui contrôle l'accès à la poche de liaison GTP. Une représentation schématique de cette grille est montrée sur la figure 5A, la structure cristalline montrée sur la figure 5B. His84 (dans Switch II) doit entrer par cette porte pour jouer son rôle de catalyseur. Ainsi, cette porte doit être ouverte lorsque l'interaction droite codon-anticodon est reconnue par le ribosome. Une structure cristalline d'EF-Tu à l'extérieur du ribosome, mais liée à l'antibiotique aurodox qui est censé simuler l'interaction avec le ribosome, affiche une porte ouverte (Fig. 5D). Cet antibiotique se lie à EF-Tu et stimule l'activité GTPase, empêchant EF-Tu de se lier au ribosome, et donc empêchant la traduction et tuant la cellule. Le fait qu'une porte ouverte soit trouvée dans le cas d'une activité GTPase améliorée suggère que ce mécanisme est également utilisé par le ribosome.

Fig. 5. Porte hydrophobe de EF-Tu. (A) Représentation schématique de la porte. (B) La porte fermée révélée par une structure aux rayons X d'EF-Tu exempte de ribosome (PDB 1OB2). (C) La porte ouverte révélée par MDFF (PDB 3FIH). (D) La porte ouverte présente dans une structure à rayons X liée aux antibiotiques (PDB 1HA3).

Mais comment le ribosome ouvre-t-il cette porte hydrophobe ? Regardons chaque aile de la porte :

Interaction entre la boucle P et la SRL

Fig. 6. Interaction entre la boucle P (vert) et le SRL dans le 50S (bleu).

Interaction entre Switch I et l'ARNr 16S

L'autre aile de la grille hydrophobe (Ile60) fait partie de l'interrupteur I, qui en raison de sa flexibilité est parfois difficile à observer dans les études de structure. Nos données et analyses révèlent que Switch I interagit avec la jonction formée par les hélices h8 et h14 de l'ARNr 16S (Fig. 7A, B). Cette interaction implique une ouverture de la grille hydrophobe, comme le montre la figure 5C. Le contact entre Switch I et la jonction de l'ARNr 16S h8/h14 pourrait servir de voie pour la transduction du signal vers/depuis le centre de décodage à travers l'hélice h44 de l'ARNr 16S cette hélice interagit avec le centre de décodage à une extrémité et avec le h8/h14 jonction à l'autre (Fig. 7C).

Fig. 7. Interaction entre le Switch I de EF-Tu et l'ARNr 16S. (A) Vue stéréo des différentes conformations du Switch I lorsqu'il est lié (bleu) et non lié (citron vert) au ribosome. La carte EM est affichée en maille grise. (B) Détail de l'interaction. Les éléments de l'EF-Tu lié au ribosome (rouge et bleu) et des sous-unités 30S (jaune) et 50S (cyan) sont présentés avec la structure cristalline du Switch I dans l'EF-Tu non lié au ribosome (chaux PDB 1OB2) . (C) Vue d'ensemble du complexe ternaire (EF-Tu en rouge, ARNt en violet) lié à la sous-unité 30S (jaune).

Sésame ouvre-toi

Carte EM et modèles atomiques

Les coordonnées atomiques ont été déposées dans la Protein Data Bank, avec les codes d'identification PDB 3FIH (30S et facteurs) et 3FIK (50S). La carte de densité cryo-EM a été déposée dans la base de données 3D-EM, avec le code EMD-5036.

Obtenez tous les fichiers et un état enregistré VMD pour les visualiser ensemble ici (107 Mo).


Contrôle de l'allongement de la traduction

Dans les cellules de mammifères, l'allongement de la traduction nécessite deux facteurs : eEF1 et eEF2. eEF2 est régulé par la signalisation mTOR. Son rôle est de favoriser l'étape de translocation d'élongation, dans laquelle le ribosome se déplace de l'équivalent d'un codon par rapport à l'ARNm, et le peptidyl-ARNt migre du site ribosomique A vers le site P, suite à la formation de la nouvelle liaison peptidique. . eEF2 subit une phosphorylation à Thr56 dans son domaine de liaison au GTP (41). Cela inhibe la liaison de eEF2 aux ribosomes et altère ainsi son activité (6). La phosphorylation d'eEF2 est catalysée par une protéine kinase hautement spécifique, la eEF2 kinase (FIGURE 2D). Cette enzyme dépendante du calcium/calmoduline (CaM) est une kinase inhabituelle qui n'appartient pas à la superfamille principale des protéines kinases (48) mais à un autre petit groupe d'enzymes dont les séquences primaires ne présentent aucune similitude avec d'autres protéines kinases.

L'insuline et un certain nombre d'autres agents qui activent la synthèse des protéines (41) induisent la déphosphorylation rapide de l'eEF2. Il en résulte une activité eEF2 accrue et un allongement accéléré (43). La déphosphorylation d'eEF2 semble être due à l'inhibition de la kinase eEF2, qui est également provoquée par l'insuline. Ces deux effets sont bloqués par la rapamycine (43).

Le contrôle mTOR-dépendant de la kinase eEF2 implique sa phosphorylation sur plusieurs sites. Ser366 (dans la kinase eEF2 humaine) est phosphorylée par S6K1, ce qui conduit à une inhibition de l'activité de la kinase eEF2, au moins à des concentrations sous-maximales d'ions Ca 2+ (57). Ce site est également phosphorylé par les RSK, qui se trouvent en aval de la voie Erk. Une deuxième entrée est fournie par la phosphorylation à Ser78, qui est induite par l'insuline et étroitement contrôlée par mTOR. Cette phosphorylation altère la liaison de CaM à la kinase eEF2, inhibant ainsi son activité (4). Ser359 est un autre site régulé par mTOR. La phosphorylation inhibe ici l'activité de la kinase eEF2. Ces entrées régulatrices dans la kinase eEF2 sont résumées sur la figure 2D.

Les stimuli qui activent mTOR, tels que l'insuline et les acides aminés, peuvent ainsi activer l'allongement de la traduction, ce qui complète leurs capacités à améliorer le chargement des ribosomes sur les ARNm par leurs effets sur l'allongement de la traduction. La majeure partie de la grande quantité d'énergie utilisée par la synthèse des protéines est utilisée dans l'élongation, et l'inhibition de mTOR par l'AMPK servirait à ralentir l'élongation et à économiser de l'énergie, tout en préservant les polysomes. En fait, une seconde entrée dépendante de l'AMPK sert également à ralentir l'élongation : il s'agit de la phosphorylation directe et de l'activation apparente de la kinase eEF2 par l'AMPK (3, 20) (FIGURE 2D).

Deux études récentes ont mis en évidence l'importance de l'inhibition de mTOR et eEF2 pour la survie cellulaire pendant l'hypoxie, une condition associée à un épuisement potentiel de l'énergie cellulaire, bien que d'autres réponses soient clairement impliquées (25, 27).


Fonction

Les muscles se développent en réparant les petites micro-déchirures qui se produisent au niveau cellulaire pendant l'exercice, faisant de l'exercice un élément clé de la croissance musculaire, selon World of Sport Science. L'entraînement en résistance est généralement considéré comme le meilleur type d'exercice pour favoriser la croissance musculaire. Lorsque le muscle subit de petites micro-déchirures, le flux sanguin vers la zone augmente, apportant avec lui les composants nécessaires à la réparation grâce à la synthèse des protéines. Dans ce cas précis, le muscle réparé est alors plus fort et plus gros qu'il ne l'était auparavant.


Comment une cellule crée-t-elle/gagne-t-elle ses ribosomes initiaux pour la synthèse des protéines ? - La biologie

Alors, comment la synthèse des protéines fabrique-t-elle les cheveux ?

Si vous avez regardé l'activité (ou même la version texte de l'activité), vous savez comment une section d'ADN indique à une cellule comment fabriquer une protéine. En fait, c'est le but principal de l'ADN : fabriquer des protéines à l'intérieur de la cellule. Ces protéines, qui comprennent des enzymes qui effectuent des tâches spécialisées, contrôlent les activités de la cellule. Différentes cellules ont des activités différentes. En contrôlant la synthèse des protéines au sein de chaque cellule, les gènes qui composent l'ADN contrôlent la vie de tout l'organisme.

Bien que le résultat de la synthèse des protéines puisse être impliqué et assez complexe, son objectif est plutôt simple. Le but de la synthèse des protéines est simplement de créer un polypeptide - une protéine constituée d'une chaîne d'acides aminés.

Dans une cellule du follicule pileux, une protéine appelée kératine est fabriquée. Beaucoup. De nombreux ribosomes peuvent travailler sur un seul brin d'ARNm à la fois. La synthèse des protéines n'est pas non plus un processus lent. Une chaîne protéique longue de 400 acides aminés peut être assemblée en 20 secondes !

La kératine fabriquée par les cellules du follicule pileux forme de longues fibres. Les cellules, qui poussent juste sous le cuir chevelu, finissent par mourir, laissant la kératine derrière elles. Cette kératine, combinée à la kératine laissée par de nombreuses autres cellules, émerge de votre cuir chevelu sous forme de cheveux.


Des scientifiques découvrent un nouveau mécanisme de synthèse des protéines

Une équipe de chercheurs co-dirigée par le professeur Adam Frost de l'Université de l'Utah et de l'Université de Californie, le professeur Onn Brandman de l'Université de Stanford et le professeur Jonathan Weissman de l'Université de Californie, a montré pour la première fois que les acides aminés &# 8211, les éléments constitutifs d'une protéine peuvent être assemblés sans plans d'ADN et sans matrice intermédiaire appelée ARN messager (ARNm).

La protéine Rqc2 (jaune) lie les ARNt (bleu foncé, bleu sarcelle) qui ajoutent des acides aminés (point lumineux au milieu) à une protéine partiellement fabriquée (vert) le complexe se lie au ribosome (blanc). Crédit image : Janet Iwasa / Université de l'Utah.

« Cette découverte surprenante reflète à quel point notre compréhension de la biologie est incomplète. La nature est capable de plus que nous ne le pensons », a déclaré le Dr Peter Shen de l'Université de l'Utah, le premier auteur de l'article publié dans la revue Science.

Pour mettre la nouvelle découverte en perspective, il pourrait être utile de considérer la cellule comme une usine bien gérée.

« Les ribosomes sont des machines sur une chaîne d'assemblage de protéines, reliant les acides aminés dans un ordre spécifié par le code génétique. Lorsque quelque chose ne va pas, le ribosome peut caler et une équipe de contrôle qualité est convoquée sur le site. Pour nettoyer le désordre, le ribosome est démonté, le plan est jeté et la protéine partiellement fabriquée est recyclée », ont déclaré les scientifiques.

Pourtant, la nouvelle étude révèle un rôle surprenant pour un membre de l'équipe de contrôle qualité, une protéine conservée de la levure à l'homme nommée Rqc2. Avant que la protéine incomplète ne soit recyclée, Rqc2 incite les ribosomes à ajouter seulement deux acides aminés - alanine et thréonine - encore et encore, et dans n'importe quel ordre.

« Pensez à une chaîne de montage automobile qui continue de fonctionner malgré la perte de ses instructions. Il ramasse ce qu'il peut et le tape dessus : klaxon-roue-roue-klaxon-roue-roue-roue-roue-klaxon.

Le professeur Frost a ajouté: "dans ce cas, nous avons une protéine jouant un rôle normalement rempli par l'ARNm."

Comme une voiture à moitié faite avec des cornes et des roues supplémentaires clouées à une extrémité, une protéine tronquée avec une séquence apparemment aléatoire d'alanines et de thréonines semble étrange et ne fonctionne probablement pas normalement.

Mais la séquence absurde sert probablement à des fins spécifiques. Le code pourrait signaler que la protéine partielle doit être détruite, ou il pourrait faire partie d'un test pour voir si le ribosome fonctionne correctement.

Les preuves suggèrent que l'un ou les deux de ces processus pourraient être défectueux dans les maladies neurodégénératives telles que la maladie d'Alzheimer, la sclérose latérale amyotrophique ou la maladie de Huntington.

« Il y a de nombreuses implications intéressantes de ce travail et aucune d'entre elles n'aurait été possible si nous n'avions pas suivi notre curiosité. Le principal moteur de la découverte a été d'explorer ce que vous voyez, et c'est ce que nous avons fait. Il n'y aura jamais de substitut à cela », a déclaré le professeur Brandman.

Peter S. Shen et al. 2015. Les sous-unités ribosomiques Rqc2p et 60S assurent la médiation de l'élongation indépendante de l'ARNm des chaînes naissantes. Science, vol. 347, non. 6217, pp. 75-78 doi: 10.1126/science.1259724


Quels sont les trois organites impliqués dans la synthèse des protéines ?

Il existe quatre organites impliqués dans la synthèse des protéines. Ceux-ci incluent le noyau, les ribosomes, le réticulum endoplasmique rugueux et l'appareil de Golgi, ou le complexe de Golgi. Tous les quatre travaillent ensemble pour synthétiser, emballer et traiter les protéines.

La synthèse des protéines commence avec l'ADN. L'ADN dans un organisme crée l'ARN qui code et synthétise ensuite les protéines. L'ADN se trouve dans le noyau de la cellule et fabrique également l'ARN dans le noyau. L'ARN sort ensuite du noyau et est traduit par les organites de la cellule en acides aminés. Ces petites sous-unités sont ensuite rassemblées dans les ribosomes qui sont attachés à la membrane du réticulum endoplasmique rugueux. Ensuite, les protéines sortent des ribosomes et sortent du réticulum endoplasmique rugueux pour entrer dans l'appareil de Golgi. L'appareil de Golgi emballe les protéines et les envoie hors de la cellule.


Cell𠄏ree Protein Synthesis : Méthodes et protocoles

Alexander Spirin est professeur à l'Université d'État de Moscou et directeur de l'Institut de recherche sur les protéines de l'Académie des sciences de Russie à Pushchino, en Russie. Il est l'un des pionniers de l'analyse biochimique de la synthèse des protéines et a travaillé dans le domaine pendant plus de 40 ans, réalisant la toute première synthèse in vitro de protéines en utilisant des composants ribosomiques. Le professeur Spirin a reçu de nombreuses distinctions pour ses réalisations scientifiques, dont la médaille Hans Adolf Krebs, et est l'auteur de plusieurs livres sur les ribosomes et la synthèse des protéines.

James Swartz est professeur de génie chimique à l'Université de Stanford, en Californie, aux États-Unis. Diplômé du Massachusetts Institute of Technology, il a été le pionnier de la synthèse de protéines à l'échelle industrielle en travaillant pour les sociétés Eli Lilly et Genentech. Il est un expert de premier plan en matière de synthèse biotechnologique de protéines de mammifères à l'aide de cellules entières bactériennes et d'extraits cellulaires.


Voir la vidéo: MOOC côté cours: Synthèse des protéines (Décembre 2021).