La traduction convertit la séquence de nucléotides de l'ARNm en séquence d'acides aminés. Elle mobilise une machinerie complexe : ribosomes, ARN de transfert, facteurs protéiques et énergie sous forme de GTP. Ce chapitre présente le code génétique et ses propriétés, puis les trois phases initiation-élongation-terminaison. Les exercices de décodage d'une séquence sont un incontournable des examens du S5.
1. Le code génétique et ses propriétés
Quatre bases doivent spécifier vingt acides aminés : une lecture base par base ne donnerait que 4 combinaisons, une lecture deux par deux 16, insuffisantes ; une lecture trois par trois donne 43 = 64 combinaisons. L'unité de lecture est donc le codon, triplet de nucléotides. Sur les 64 codons, 61 sont sens et spécifient un acide aminé, 3 sont non-sens ou codons stop : UAA, UAG et UGA. Le codon AUG joue un double rôle : codon initiateur et codon de la méthionine interne.
Le code possède cinq propriétés à connaître. Il est non chevauchant : chaque nucléotide n'appartient qu'à un seul codon. Il est sans virgule : la lecture est continue, sans séparateur entre codons. Il est dégénéré ou redondant : un même acide aminé peut être spécifié par plusieurs codons synonymes, qui diffèrent le plus souvent par leur troisième base — c'est l'hypothèse du flottement (wobble) de Crick, qui explique qu'un même ARNt puisse reconnaître plusieurs codons. Il est non ambigu : un codon donné ne correspond qu'à un seul acide aminé. Enfin il est quasi universel, avec quelques exceptions notamment dans les mitochondries. La dégénérescence explique que certaines mutations silencieuses ne changent pas la protéine.
Séquence d'ARNm comprise entre un codon initiateur AUG et un codon stop dans la même phase, définissant la région effectivement traduite en polypeptide.
2. Les ARN de transfert et leur charge
L'ARN de transfert est l'adaptateur qui réalise physiquement la correspondance codon-acide aminé. Long d'environ 75 à 90 nucléotides, il se replie en feuille de trèfle en deux dimensions et en L en trois dimensions. Deux régions sont fonctionnelles : la boucle de l'anticodon, triplet complémentaire et antiparallèle du codon, et l'extrémité 3'-CCA sur laquelle est estérifié l'acide aminé. Les ARNt contiennent de nombreuses bases modifiées, dont l'inosine impliquée dans le flottement.
La fixation de l'acide aminé, ou aminoacylation, est assurée par les aminoacyl-ARNt synthétases, en deux temps et avec consommation d'ATP : activation de l'acide aminé en aminoacyl-adénylate, puis transfert sur l'ARNt. Chaque synthétase reconnaît un acide aminé et l'ensemble des ARNt correspondants : c'est à ce niveau que se joue la fidélité de la traduction, car le ribosome, lui, ne vérifie que l'appariement codon-anticodon et non l'identité de l'acide aminé porté.
3. Le ribosome : structure et sites fonctionnels
Le ribosome est un complexe ribonucléoprotéique formé de deux sous-unités qui ne s'assemblent qu'au moment de la traduction. Chez les procaryotes, le ribosome 70S associe une petite sous-unité 30S et une grande 50S ; chez les eucaryotes, le ribosome 80S associe une 40S et une 60S. Trois sites accueillent les ARNt : le site A (aminoacyl), qui reçoit l'aminoacyl-ARNt entrant ; le site P (peptidyl), qui porte l'ARNt lié à la chaîne en croissance ; et le site E (exit), par lequel l'ARNt déchargé quitte le ribosome. L'activité peptidyl transférase, qui forme la liaison peptidique, est portée par l'ARN ribosomique de la grande sous-unité : le ribosome est donc un ribozyme.
4. Initiation, élongation et terminaison
L'initiation détermine le cadre de lecture. Chez les procaryotes, une séquence riche en purines située quelques nucléotides en amont de l'AUG, la séquence de Shine-Dalgarno, s'apparie à l'extrémité 3' de l'ARNr 16S de la sous-unité 30S ; le premier acide aminé est une formyl-méthionine, apportée par un ARNt initiateur spécifique, et l'assemblage requiert des facteurs d'initiation et du GTP. Chez les eucaryotes, la petite sous-unité reconnaît la coiffe en 5' puis balaie l'ARNm jusqu'au premier AUG en contexte favorable ; le premier acide aminé est une méthionine non formylée.
L'élongation est un cycle en trois temps répété codon après codon : fixation de l'aminoacyl-ARNt correspondant dans le site A, avec hydrolyse de GTP et intervention d'un facteur d'élongation ; formation de la liaison peptidique par la peptidyl transférase, qui transfère la chaîne du site P vers l'acide aminé du site A ; puis translocation du ribosome d'un codon vers l'extrémité 3' de l'ARNm, l'ARNt déchargé passant en site E. La chaîne polypeptidique s'allonge donc de son extrémité N-terminale vers son extrémité C-terminale, en colinéarité avec l'ARNm lu de 5' vers 3'.
La terminaison survient quand un codon stop occupe le site A. Aucun ARNt ne le reconnaît : ce sont des protéines, les facteurs de libération (RF), qui s'y fixent. Chez les bactéries, RF1 reconnaît UAG et UAA, RF2 reconnaît UGA et UAA, et RF3, protéine fixant le GTP, stimule leur action ; les eucaryotes n'ont qu'un facteur, eRF1, capable de reconnaître les trois codons stop. Le facteur provoque l'hydrolyse de la liaison entre le peptide et l'ARNt du site P, libérant la protéine, puis les sous-unités ribosomiques se dissocient et peuvent réamorcer un cycle. Un même ARNm est généralement traduit simultanément par plusieurs ribosomes formant un polysome.
5. Maturation post-traductionnelle et inhibiteurs
La protéine naissante subit ensuite des modifications co- et post-traductionnelles : élimination de la méthionine ou de la formyl-méthionine initiale, clivage d'un peptide signal qui a adressé la protéine au réticulum endoplasmique, repliement assisté par des chaperons, formation de ponts disulfure, glycosylation dans le réticulum et l'appareil de Golgi, phosphorylation, acétylation ou encore protéolyse limitée transformant un précurseur en protéine active. Ces étapes conditionnent la fonction et l'adressage. Enfin, la traduction est la cible de nombreux antibiotiques — aminosides, tétracyclines, chloramphénicol, macrolides — qui bloquent le ribosome bactérien 70S sans affecter le ribosome 80S de l'hôte : c'est le fondement de leur toxicité sélective.
| Critère | Procaryotes | Eucaryotes |
|---|---|---|
| Ribosome | 70S (30S + 50S) | 80S (40S + 60S) |
| Reconnaissance de l'ARNm | Séquence de Shine-Dalgarno | Coiffe en 5' puis balayage |
| Premier acide aminé | Formyl-méthionine | Méthionine |
| Facteurs de terminaison | RF1, RF2, RF3 | eRF1 |
| Lieu | Cytoplasme, couplé à la transcription | Cytoplasme, après export du noyau |
Traduction : procaryotes et eucaryotes
- 64 codons : 61 sens + 3 stop (UAA, UAG, UGA) ; AUG = initiation et méthionine.
- Code non chevauchant, sans virgule, dégénéré (3ᵉ base flottante), non ambigu, quasi universel.
- ARNt : feuille de trèfle, anticodon antiparallèle au codon, acide aminé estérifié sur l'extrémité 3'-CCA.
- L'aminoacyl-ARNt synthétase charge l'ARNt avec consommation d'ATP et assure la fidélité.
- Sites ribosomiques : A (entrée de l'aminoacyl-ARNt), P (chaîne en croissance), E (sortie de l'ARNt déchargé).
- La peptidyl transférase est portée par l'ARNr : le ribosome est un ribozyme ; synthèse de N-terminale vers C-terminale.
L'exercice type te donne une séquence d'ADN double brin et te demande l'ARNm puis le peptide, à l'aide du tableau du code génétique. Méthode : identifie d'abord le brin matrice, écris l'ARNm 5'→3', repère le premier AUG, puis lis codon par codon jusqu'au stop. Piège majeur : oublier de préciser les extrémités 5' et 3', ou lire l'ARNm dans le mauvais sens. Autre question fréquente : expliquer l'effet d'une mutation — substitution silencieuse, faux-sens, non-sens, ou décalage du cadre de lecture après insertion ou délétion d'un nucléotide.