Génétique microbienne ET Régulation chez les microorganismes

Réplication

Brin avancé : synthèse continue

Brin retardé ( avec amorces ) : synthèse discontinue -> fragments d'Okazaki )

ADNpol III : principal enzyme de polymérisation

ADNpol I : excise l'amorce ARN et rempli les trous

Hélicase : déroule la double hélice à la fourche de réplication

Primase : amorce les nvx brins d'ADN

Protéine se liant à l'origine de réplication : facilite la fusion pour ouvrir le complexe

Protéine se liant à l'ADN simple brin : empêche le réappariement des brins de l'hélice ouverte

ADN ligase

Organisation des gènes

Le génome des bactéries est présenté sous forme de nombreux opérons composés de 2 à 20 gènes transcrits à partir d’un seul promoteur

Région codante

Matrice

Promoteur : site reconnu par ADNpol

Shine-Delgarno : initiation de la traduction

N-formylmethionine : AA modifié présent généralement au début des protéines

AUG et codon STOP : UAA, UGA, UAG

Gènes pour ARNr possèdent un promoteur, un leader et des régions codantes ARN 5S, 16S et 23S. Entre ces gènes se trouvent les régions espaceur (spacer) et de queue (trailer) codant pour l’ARNt

Transcription

ARNpol de Taq

Core enzyme = 5 sous unités ( 2α, β, β’ et ω )

Holoenzyme = core + facteur sigma(important pour reconnaître le promoteur) => commence l’initiation de la transcription

synthèse de l’ARN: ATP,GTP,CTP et UTP

Organisation d'un promoteur

région non transcrite

Séquences consensus en amont du site du départ (start) de la transcription

-10 (Pribnow box) et -35 = sites reconnus par σ70 d’E. coli.

Facteur σ

σ70 : gènes de croissance exponentielle

σS : gènes de la réponse générale au stress et de la phase stationnaire

σE : gènes de la restauration de l'intégralité de la membrane et du repliement correcte des prot membranaires

σH(σ32) : gènes de la protection contre les chocs thermiques et autres stress

σFecI : gènes pour la machinerie du transport du citrate de fer, en réponse à la pénurie de fer à la disponibilité du citrate de fer

σF(σ28) : gènes pour l'assemblage du flagelle

σ60 : gènes pour métabolisme de l'azote

Complexe fermé entre -35 et facteur σ de l'ARNpol

Complexe ouvert qui se termine par la libération du facteur σ et'ARNpol et commence la synthèse de l'ARNm à partir de +1

Etapes

Initiation : différents facteurs -> IF-3 : favorise la liaison correcte de l’ARNm à 30S ; IF-2 : lie la GTP et le fMet-ARN et dirige la liaison du fMert-ARNt à 30S ; IF-1 : libère IF2 et la GDP du 70S et bloque la liaison de l’ARNt au site A

Elongation

Terminaison : Dissociation du core enzyme de la matrice de l’ADN -> intrinsèque ou rho-dépendant. Trois facteurs de relargage RF-1, RF-2 et RF-3 aident le ribosome à reconnaître les codons non sens et à mettre fin à la traduction. Hydrolyse de la GTP

Mécanismes de régulation

Contrôle de l'act enzymatique : absence de produits

Contrôle traductionnelle : pas de synthèse de l'enzyme

Contrôle transcriptionnelle : pas de synthèse d'ARNm

Chez une enzyme : rétro-inhibition

Chez les gènes : protéine régulatrice qui se lie à un opérateur. Protéine activatrice pour activation de la transcription. Une molécule inductrice se fixe à la protéine activatrice pour activer l'opéron du catabolisme

Répression des enzymes de la biosynthèse de l’arginine par addition de l’arginine dans le milieu

Induction de la β-galactosidase par addition de lactose dans le milieu

Le taux de synthèse des protéines totales reste inchangé

Répresseur : ArgR

Co-répresseur : L-Arginine

Induction de l'opéron lactose

Gènes

LacZ : b-galactosidase

LacY : lactose permease

LacA : galactoside transacétylase

La réaction principale, catalysée par la β-galactosidase, est l’hydrolyse du lactose en galactose et glucose

L’inducteur allolactose, se fixe au répresseur LacI et le change en une forme inactive qui quitte l’ADN

Régulation globale

permet de coordonner l’expression de nombreux gènes dans différentes conditions environnementales. En présence de deux sources de carbone la bactérie répond par une croissance diauxique.

Répression catabolique: Le glucose réprime la synthèse de la βgalactosidase via l’inhibition de la synthèse de l’AMP cyclique (AMPc) et stimule son transport à l’extérieur de la cellule (déficit cellulaire en AMPc). Avec la consommation du glucose la concentration cellulaire de AMPc s’élève. Cette molécule se lie à la protéine allostérique CAP (Catabolic Activator Protein) qui s’active et se fixe au site CAP de l’ADN. Cela permet à l’ARNpol de reconnaitre le promoteur de l’opéron lac et de déclencher le catabolisme du lactose

Régulation de la sporulation : Plusieurs facteurs sigma se lient à l’ARN polymérase et dirigent en cascade la formation d’une endospore chez B. subtilis. L’initiation de la sporulation est gouvernée par deux facteurs σF et σE, spatialement séparés. Plus tard, σG et σK, situés respectivement dans l’endospore et dans la cellule mère, contrôlent l’expression des gènes impliqués dans les étapes ultérieures de la sporulation

Régulation du chimiotactisme : Les protéines du chimiotactisme acceptrices de méthyle (MCP) se fixent aux molécules attractives ou répulsives, ce qui déclenche une série d’interactions avec des protéines cytoplasmiques du chimiotactisme, Che, qui ont finalement une incidence sur la rotation du flagelle. Che A , une kinase de détection, peut s’auto-phosphoryler en CheA-P et puis phosphoryle un régulateur de réponse, CheY. Le degré de méthylation des MCP (régulé par une méthylase CheR et une déméthylase CheB) détermine leur aptitude à répondre aux substances attractives et répulsives

Régulation de la perception du quorum : L’auto-inducteur (AI), acyl homosérine lactone (AHL) est synthétisé par Vibrio fischeri. Lorsque la densité de la population atteint un certain niveau, la concentration d’AI augmente suffisamment pour rentrer dans la cellule et se fixer à la protéine activatrice LuxR. Elle stimule la transcription du gène codant pour l’AHL-synthétase (luxI) et des gènes qui codent pour les protéines impliquées dans la production de lumière.

Chaperons & repliement des protéines

Les chaperons sont des protéines de choc thermique chez les procaryotes et leur synthèse est accélérée quand une cellule est soumise à une chaleur excessive.

4 chaperons: DnaK, DnaJ, GroEL et GroES.

Une protéine à la conformation incorrecte peut être reconformée par les complexes DnaKJ ou GroEL/ES.

Ncssite ATP