La traduction est le processus par lequel le code génétique porté par l’ARNm est décodé par le ribosome pour synthétiser une chaîne polypeptidique avec une séquence d’acides aminés spécifique. C’est l’étape finale du dogme central de la biologie moléculaire.

Le code génétique

Le code génétique associe chaque codon de trois nucléotides à l’un des vingt acides aminés ou à un signal d’arrêt. Sur les 64 codons possibles, 61 spécifient des acides aminés et trois sont des codons stop. Le code est dégénéré, la plupart des acides aminés étant codés par plusieurs codons qui partagent généralement les deux premières bases. Le code est lu sans chevauchement ni ponctuation dans la direction 5-prime vers 3-prime. La nature presque universelle du code génétique soutient l’ascendance commune de toute vie, avec seulement des variations mineures trouvées dans les mitochondries et certains protozoaires.

Synthèse des aminoacyl-ARNt

La traduction nécessite que chaque acide aminé soit attaché à son ARNt correspondant. Les aminoacyl-ARNt synthétases catalysent cette réaction en deux étapes. Premièrement, l’acide aminé réagit avec l’ATP pour former un intermédiaire aminoacyl-AMP. Deuxièmement, l’acide aminé activé est transféré à l’extrémité 3-prime de l’ARNt. Il y a au moins une synthétase pour chaque acide aminé, et chaque synthétase doit discriminer entre son acide aminé correct et ses substrats ARNt. Des mécanismes d’édition hydrolysent les ARNt mal chargés, maintenant une haute fidélité d’environ une erreur pour 10 000.

Structure du ribosome

Le ribosome est un grand complexe ribonucléoprotéique composé de deux sous-unités. La petite sous-unité lie l’ARNm et fournit le centre de décodage où l’appariement codon-anticodon est surveillé. La grande sous-unité contient le centre de transfert peptidylique, où se produit la formation de la liaison peptidique, et le tunnel de sortie par lequel émerge le polypeptide naissant. L’ARN ribosomique constitue environ les deux tiers de la masse du ribosome et est responsable à la fois du décodage et de la catalyse. L’ARNr 23S de la grande sous-unité catalyse la formation de la liaison peptidique, faisant du ribosome un ribozyme.

Initiation de la traduction

L’initiation établit le cadre de lecture en positionnant le ribosome au codon d’initiation, généralement AUG codant pour la méthionine. Chez les bactéries, la séquence Shine-Dalgarno en amont du codon d’initiation s’apparie avec l’ARNr 16S. Les facteurs d’initiation IF1, IF2 et IF3 assemblent la sous-unité 30S, l’ARNm et l’initiateur fMet-ARNt, et la sous-unité 50S se joint après hydrolyse du GTP.

L’initiation eucaryote est plus complexe. Le complexe de liaison à la coiffe eIF4F reconnaît la coiffe 5-prime, et la sous-unité 40S avec l’initiateur Met-ARNt scrute l’ARNm jusqu’à ce qu’elle atteigne le premier AUG dans un contexte Kozak favorable. Plus d’une douzaine de facteurs d’initiation coordonnent ce processus, avec eIF2-GTP délivrant l’ARNt initiateur. La phosphorylation d’eIF2-alpha est un mécanisme régulateur majeur qui inhibe globalement la traduction pendant le stress.

Élongation

L’élongation procède par des cycles répétés de liaison de l’aminoacyl-ARNt, formation de la liaison peptidique et translocation. Le facteur d’élongation EF-Tu chez les bactéries, ou eEF1A chez les eucaryotes, délivre l’aminoacyl-ARNt au site A de manière GTP-dépendante. L’appariement correct codon-anticodon déclenche l’hydrolyse du GTP et la libération du facteur. Le centre de transfert peptidylique catalyse le transfert de la chaîne peptidique en croissance de l’ARNt du site P à l’aminoacyl-ARNt dans le site A. EF-G/eEF2 favorise la translocation, déplaçant le ribosome de trois nucléotides le long de l’ARNm.

Terminaison

La terminaison se produit lorsqu’un codon stop entre dans le site A. Les facteurs de libération reconnaissent les codons stop et déclenchent l’hydrolyse de la liaison peptidyl-ARNt. Chez les bactéries, RF1 reconnaît UAA et UAG, tandis que RF2 reconnaît UAA et UGA. Les eucaryotes utilisent eRF1, qui reconnaît les trois codons stop, en complexe avec eRF3. Le ribosome se désassemble ensuite avec l’aide de facteurs de recyclage du ribosome.

Événements post-traductionnels

Le polypeptide nouvellement synthétisé subit un repliement, souvent assisté par des chaperons. Les séquences signal ciblent les protéines vers des emplacements cellulaires spécifiques, notamment le réticulum endoplasmique, les mitochondries ou le noyau. La translocation co-traductionnelle délivre les protéines sécrétées et membranaires au RE pendant leur synthèse. De nombreuses modifications peuvent se produire, notamment le clivage protéolytique, la phosphorylation, la glycosylation et la formation de ponts disulfure, avant que la protéine n’atteigne sa forme fonctionnelle finale.