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
+1
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