ARN ribosomique

Définition

L'ARN ribosomique (ou ARN ribosomal, abrégé en ARNr) est le type le plus abondant d'acide ribonucléique ARN présent dans une cellule eucaryote ou procaryote. Il ne code pas directement les protéines, mais est le composant essentiel (environ les 2/3) des ribosomes. Cette molécule est capitale pour la synthèse des protéines.

Les ribosomes sont assemblent les protéines, présentes dans toutes les cellules vivantes. Le ribosome est une structure qui s'auto-assemble en deux sous-unités repliées (la sous-unité principale et la sous-unité mineure) constituées d'ARN ribosomique, en présence de 70–80 protéines ribosomiques, qui se trouvent à l'extérieur ou dans les cavités à l'intérieur de l'ARNr plié.

Un ARN ribosomique :

L'ARN ribosomique de petite sous-unité, domaine 5′  , est un fragment d'une bactérie non cultivée.

Explications

Le fait que la molécule d'ARNr possède à la fois les propriétés de l'ADN (informations codantes, capacité à se copier) et des enzymes(à savoir catalyser des réactions chimiques), fait de cette molécule une des étapes de l'évolution de l'ADN. Le fait que l'ARNr ait une activité enzymatique en fait un ribozyme.

Fonction de l'ARNr

La fonction de l'ARNr est de fournir, lors de la synthèse protéique. La molécule d'ARNr fait partie du ribosome et sa fonction est de catalyser la réaction qui prolonge la chaîne protéique. La synthèse protéique est un mécanisme de décodage (traduction) de l'ARNm en séquences d'acides aminés assurant l'interaction de l'ARNm avec l'ARNt (au centre de la sous-unité mineure du ribosome) et fournissant l'activité de la peptidyl-transférase (dans la sous-unité principale du ribosome). La précision de la traduction est due au travail coordonné des deux sous-unités.

La dominance nucléolaire dans l'organisateur nucléolaire a été démontrée pour les gènes d'ARNr. Dans certains organismes, en particulier les plantes, lorsque deux noyaux se combinent en une seule cellule pendant l'hybridation, l'organisme résultant peut "choisir" un ensemble de gènes pour la transcription de l'ARNr. L'autre ensemble est supprimé et généralement non transcrit, bien qu'il puisse parfois être "réactivé".

Structure de l'ARN ribosomique

Les ribosomes sont synthétisés dans le nucléole. Ils sont formés de quatre molécules d'ARN ribosomique et de protéines qui s'associent pour former deux sous-unités de tailles différentes (l'une plus grande que l'autre). Les ribosomes des bactéries, des archées et des eucaryotes diffèrent considérablement les uns des autres tant par leur structure que par leurs séquences d'ARN.

Les molécules uniques d'ARNr (sauf les 5S) sont synthétisées dans les nucléoles sous forme d'ARN 45S. L'ADN contenu dans le nucléole est transcrit par l'ARN polymérase I à partir de plusieurs points de la chaîne d'ADN, dans des structures (les cistrons) que l'on appelle à "sapin de Noël": le tronc serait représenté par l'ADN, les branches par les nombreuses chaînes d'ARNr qui sont transcrites en même temps. L'ARNr 45S fraîchement transcrit est appelé pré-ARNr; après coupes, il donnera naissance à 18S (pour la sous-unité mineure du ribosome) et 32 S ARNr, qui seront encore coupés en 28S et 5,8S.

Dans le pré-ARNr, il y a des pseudouridines et des bases azotées méthylées. On pense que la fonction de ces modifications dans les bases est d'éviter le clivage enzymatique, ou de favoriser les interactions de l'ARN au sein de la chaîne ou avec d'autres molécules.

Comparaison entre procaryotes et eucaryotes

Dans les deux domaines eucaryote et procaryote, l'ARNr peut être divisé en deux sous-unités : la principale et la mineure.

Chez les eucaryotes, sur les quatre ARNr présents, trois (5,8S, 28S et 18S) sont transcrits par l'ARN polymérase I à partir d'un seul gène sous la forme d'un seul long précurseur (45S) contenant deux espaceurs internes, tandis que le quatrième (5S) est transcrite indépendamment de l'ARN polymérase III à partir d'un deuxième gène séparé du premier.

Chez les bactéries, les archées, les mitochondries et les chloroplastes, la sous-unité mineure contient de l'ARNr 16S, tandis que la sous-unité principale contient deux espèces : 5S et 23S. Chez les bactéries, les gènes ribosomaux 16S, 23S et 5S sont généralement organisés en opéron. Il peut y avoir une ou plusieurs copies de l'opéron dispersées dans tout le génome (Escherichia coli par exemple en a 7). Les archées peuvent contenir à la fois un seul opéron d'ADNr et plusieurs copies du même opéron.

En revanche, les eucaryotes ont généralement de nombreuses copies des gènes d'ARNr répétés en série. Chez l'homme, environ 300 à 400 répétitions d'ARNr sont présentes dans cinq groupes (sur les chromosomes 13, 14, 15, 21 et 22). Chez la plupart des eucaryotes, la sous-unité ribosomale mineure contient l'ARNr 18S, tandis que la sous-unité principale contient trois espèces différentes : 5S, 5,8S et 25S / 28S.

Importance de l'ARN ribosomique

Les caractéristiques de l'ARN ribosomique sont importantes pour la médecine et pour l'étude de l'évolution :

• L'ARNr est la cible de nombreux antibiotiques : chloramphénicol, érythromycine, kasugamycine, micrococcine, paromycine, ricine, sarcine, spectinomycine, streptomycine et thiostreptone;
• L'ARNr est le composant le plus conservé (qui a subi le moins de variation au cours de l'évolution) dans toutes les cellules.

  Pour cette raison, les gènes codant pour l'ARNr sont séquencés pour identifier le groupe taxonomique d'un organisme, pour reconnaître les groupes apparentés et pour estimer le taux de divergence entre les différentes espèces.

• Le 16S se lie à la séquence Shine-Dalgarno contenue dans l'ARNm, et leur interaction permet l'association sous-unité mineure-ARNm. Le 18S scanne le filament et reconnaît à la place la séquence de Kozak, assurant une bonne initiation de la synthèse des protéines. L'ARNm est déjà associé à la sous-unité mineure via les protéines cap.
• Le 23S contenu dans la sous-unité principale se lie aux acides aminés portés par les ARNt formant une liaison peptidique. Cette fonction chez les eucaryotes est assurée par les 28S, et ils sont classés comme peptidyl-transférases, et les deux sont donc des ribozymes.
• 5S reconnaît la boucle D des ARNt, et ils interagissent les uns avec les autres permettant l'initiation et la poursuite de la synthèse des protéines chez les procaryotes et les eucaryotes.

En rapport avec "ARN ribosomique"

• ARN

  

  L'ARN est l'acide ribonucléique, un acide nucléique formé par une chaîne simple brin de ribonucléotides (nucléobases, bases azotées).

• ARN messager

  

  Un ARN messager (acide ribonucléique messager ou ARNm) est le transcrit d'un gène après le passage d'éventuelles zones non codantes.

• ARN non codant

  

  L'ARN non codant (ARNnc) est un régulateur principal du génome, contrôlant les processus cellulaires les plus fondamentaux.

• ARN polymérase

  

  Une ARN polymérase (ARNP) est une enzyme qui se lie aux promoteurs de l'ADN puis catalyse la synthèse des ARN lors de la transcription.