L’EXPÉRIENCE
Comme présenté dans le test de résolution de problèmes dans le dernier numéro de Formation en biochimie et Biologie moléculaire, l’unité de transcription codant pour les enzymes de la biosynthèse du tryptophane est régulée par le trp1 répresseur: le tryptophane agissant comme un corépresseur se lie et active le répresseur, qui à son tour se lie à la région opérateur et bloque le mouvement de l’ARN polymérase et, par conséquent, la transcription des gènes structuraux trp E, D, C, B et A codant pour les enzymes de synthèse du tryptophane. Cependant, cette inhibition est « fuyante »: il y a une transcription de l’opéron même en présence de tryptophane; cela gaspillerait de l’énergie pour produire des enzymes qui ne sont pas nécessaires. Un deuxième mécanisme de régulation, appelé atténuation, fait tomber cette transcription résiduelle sur l’opéron trp.
Une courte région entre l’opérateur et le premier gène structural (trp E), appelée leader (Fig. 1), est responsable de l’atténuation. La séquence leader a une longueur deairs140 paires de base et code pour la région d’extrémité 5′ de l’ARNm trp précédant le codon d’initiation du premier gène structurel. La région leader de l’ARNm trp a une structure unique (Fig. 2 bis). Il contient un cadre de lecture ouvert court (ORF) codant pour un oligopeptide appelé peptide leader. Deux séquences palindromiques (région 1/2 et région 3/4) produisent un appariement de base auto‐complémentaire qui conduit à la formation de structures en épingle à cheveux. La deuxième épingle (région 3/4) est suivie d’un étirement de Nous, créant une caractéristique structurelle de certains terminateurs de transcription. L’ORF codant pour le peptide leader chevauche la région 1 et contient deux codons pour le tryptophane. De plus, les régions 2 et 3 sont complémentaires non seulement des régions 1 et 4, respectivement, mais également les unes des autres. Cette structure assez compliquée de la séquence leader ouvre la voie à un mécanisme ingénieux de régulation pour la transcription de l’opéron.
Fig. 1. La structure de l’opéron tryptophane d’E. coli.(P, promoteur; O, opérateur; L, leader; E, D, C, B et A, gènes structuraux. La figure n’est pas dessinée à l’échelle: les régions P, O et L sont beaucoup plus courtes que les gènes codant les protéines.)
Fig. 2. Atténuation dans la régulation de l’opéron trp d’E. coli. (a) La structure de la région d’extrémité 5′ de l’ARNm trp. (b) Relaxation de l’atténuation en milieu à faible teneur en tryptophane. (c) Terminaison anticipée (atténuation) de la transcription du trp en milieu à forte teneur en tryptophane (pour plus de détails, voir le texte).
L’atténuation est basée sur la transcription/traduction couplée chez les procaryotes: les ribosomes se lient aux ARNM naissants formant des complexes chromosome-polysome; ainsi, la synthèse des protéines commence sur la croissance des chaînes d’ARNm. Si le tryptophane n’est pas disponible (Fig. 2b), le ribosome stalle dans le peptide leader codant les ORF perturbant l’épingle à cheveux 1/2 et conduisant à la formation de l’épingle à cheveux 2/3. Cette épingle à cheveux empêche la génération de l’épingle à cheveux de terminaison 3/4 (appelée atténuateur), et, ainsi, l’ARN polymérase est capable de continuer l’allongement et de transcrire l’opéron entier en une transcription pleine longueur. Cependant, si du tryptophane est présent, le ribosome continue de bouger et empêche la formation d’épingles à cheveux 1/2 et 2/3 (Fig. 2c). L’épingle à cheveux atténuateur 3/4 peut former et terminer la transcription. Le peptide leader et l’ARN leader court sont alors rapidement dégradés, et les gènes structuraux ne sont pas transcrits. Passez en revue le mécanisme et résolvez le test suivant.
Dans cette expérience fictive, deux mutants d’opérons trp sont utilisés : dans l’un d’eux, les deux codons UGG codant pour le tryptophane ont été convertis en GGGs (codons pour la glycine ; désignés « mutant de codon trp” tout au long du test) ; dans l’autre, la région 3 a été supprimée (« mutant de région 3”).
Type sauvage E. les cellules coli, les « mutants de codon trp » et les « mutants de la région 3 » sont cultivées dans un milieu riche contenant tous les acides aminés (y compris le tryptophane) à des concentrations optimales. Qu’est-ce qui leur arrive ?
Analyse de l’expérience
- (a)
si l’instruction est supportée par les informations données ;
- (b)
si l’instruction est contredite par les informations données;
- (c)
si l’instruction n’est ni soutenue ni contredite par les informations fournies.
- 1)
_____ Les cellules « mutantes de codon Trp” meurent.
- 2)
_____ Les cellules sauvages croissent le plus rapidement.
- 3)
_____ Les cellules mutantes de la région 3 croissent le plus lentement dans de telles conditions.
- 4)
____ Des complexes chromosomes–polysomes se forment sur l’opéron trp dans les trois cellules.
- 5)
____Le tryptophane est synthétisé en quantités significatives uniquement dans les cellules mutantes de la » région 3″.
- 6)
____ En utilisant un fragment d’ADN leader trp comme sonde, l’analyse Northern blot de l’ARN cellulaire chez les « mutants de codon trp” identifie une bande forte correspondant à un ARN à 140 nucléotides.
- 7)
_____ En utilisant la même sonde, de grandes quantités de transcrits d’opérons trp complets sont détectées dans des échantillons d’ARN de cellules de type sauvage.
Les mêmes cellules sont maintenant cultivées dans un milieu contenant tous les acides aminés sauf le tryptophane. Comment se comportent les cellules dans de telles conditions?
Analyse de l’expérience
- (a)
si l’instruction est supportée par les informations données ;
- (b)
si l’instruction est contredite par les informations données ;
- (c)
si l’instruction n’est ni supportée ni contredite par les informations données.
- 8)
_____ Les cellules « mutantes de codon Trp” meurent.
- 9)
_____ Les cellules sauvages croissent le plus rapidement.
- 10)
_____ Les cellules mutantes de la région 3 croissent le plus lentement dans de telles conditions.
- 11)
____ Des complexes chromosomes–polysomes se forment sur l’opéron trp dans les trois cellules.
- 12)
____Le tryptophane est synthétisé en quantités significatives uniquement dans les cellules mutantes de la » région 3″.
- 13)
____ En utilisant un fragment d’ADN leader trp comme sonde, l’analyse Northern blot de l’ARN cellulaire chez les « mutants de codon trp” identifie une bande forte correspondant à un ARN à 140 nucléotides.
- 14)
____ En utilisant la même sonde, de grandes quantités de transcrits d’opérons trp complets sont détectées dans des échantillons d’ARN de cellules de type sauvage.