Title stringclasses 18 values | Content stringlengths 30 5k ⌀ |
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Biochimie_Lippincott | t dans le cerveau et les nerfs p riph riques, avec des concentrations lev es dans la gaine de my line. Les oligosaccharides de c ramides (ou globosides) sont produits en attachant des monosaccharides suppl mentaires un glucoc r broside, par exemple, le c ramide-glucose-galactose ( galement connu sous le nom de lactosylc ramide). Le les monosaccharides suppl mentaires peuvent inclure des sucres substitu s tels que la N-ac tylgalactosamine. B. Glycosphingolipides acides Les glycosphingolipides acides sont charg s n gativement au pH physiologique. La charge n gative est fournie par l'acide N-ac tylneuraminique ([NANA], un acide sialique, comme le montre la Fig. 17.15) dans les gangliosides ou par les groupes sulfates dans les sulfatides. 1. Gangliosides : Ce sont les glycosphingolipides les plus complexes et se trouvent principalement dans les cellules ganglionnaires du SNC, en particulier au niveau des terminaisons nerveuses. Ils sont d riv s d'oligosaccharides c ramides et contiennent une ou plusieurs mol cules de NANA (de CMP-NANA). La notation de ces compos s est G (pour ganglioside) plus un indice M, D, T ou Q pour indiquer s'il y a une (mono), deux (di), trois (tri) ou quatre (quatro) mol cules de NANA dans le ganglioside, respectivement. Des chiffres et des lettres suppl mentaires dans l'indice d signent la s quence monom re du glucide attach la c ramide. (Voir la Fig. 17.15 pour la structure de GM2.) Les gangliosides pr sentent un int r t m dical car plusieurs troubles du stockage des lipides impliquent l'accumulation de glycosphingolipides contenant du NANA dans les cellules (voir Fig. 17.20, p. 212). 2. Sulfatides : Ces sulfoglycosphingolipides sont des galactoc r brosides sulfat s qui sont charg s n gativement au pH physiologique. Les sulfatides se trouvent principalement dans le cerveau et les reins. VII. SYNTH SE ET D GRADATION DES GLYCOSPHINGOLIPIDES La synth se des glycosphingolipides se produit principalement dans le Golgi par l'ajout s quentiel de monom res glycosyliques transf r s des donneurs de sucre UDP la mol cule accepteuse. Le m canisme est similaire celui utilis dans la synth se des glycoprot ines (voir p. 166). A. Enzymes impliqu es dans la synth se Les enzymes impliqu es dans la synth se des glycosphingolipides sont des glycosyltransf rases sp cifiques du type et de l'emplacement de la liaison glycosidique form e. [Remarque : Ces enzymes peuvent reconna tre la fois les glycosphingolipides et les glycoprot ines comme substrats.] B. Addition du groupe sulfate Un groupe sulfate du support sulfat 3'-phosphoad nosine-5'phosphosulfate ([PAPS], Fig. 17.16) est ajout par une sulfotransf rase au groupe 3-hydroxyle du galactose dans un galactoc r broside, formant le sulfatide galactoc r broside 3-sulfate (Fig. 17.17). [Remarque : le PAPS est galement le donneur de soufre dans la synth se des glycosaminoglycanes (voir p. 162) et le catabolisme des hormones st ro des (voir p. 240).] La figure 17.18 donne un aper u de la synth se des sphingolipides. C. D gradation des glycosphingolipides Les glycosphingolipides sont internalis s par phagocytose comme d crit pour les glycosaminoglycanes (voir p. 163). Toutes les enzymes n cessaires au processus de d gradation sont pr sentes dans les lysosomes, qui fusionnent avec les phagosomes. Les enzymes lysosomales clivent hydrolytiquement et irr versiblement des liaisons sp cifiques dans le glycosphingolipide. Comme on le voit avec les glycosaminoglycanes et les glycoprot ines (voir p. 170), la d gradation est un processus s quentiel suivant la r gle dernier arriv , premier arriv , dans laquelle le dernier groupe ajout lors de la synth se est le premier groupe limin lors de la d gradation. Par cons quent, des d fauts dans la d gradation des cha nes polysaccharidiques Dans ces trois glycoconjugu s, il y a des maladies de surcharge lysosomale. D. Sphingolipidoses Chez un individu normal, la synth se et la d gradation des glycosphingolipides sont quilibr es, de sorte que la quantit de ces compos s pr sents dans les membranes est constante. Si une hydrolase acide lysosomale sp cifique n cessaire la d gradation est partiellement ou totalement absente, un sphingolipide s'accumule. Les maladies lysosomales de stockage des lipides caus es par ces d ficiences sont appel es sphingolipidoses. Le r sultat d'un d ficit sp cifique en hydrolase acide peut tre observ de mani re spectaculaire dans le tissu nerveux, o la d t rioration neurologique peut entra ner une mort pr matur e. La figure 17.20 donne un aper u de la voie de d gradation des sphingolipides et une description de certains sphingolipides. [Remarque : Certaines sphingolip es peuvent galement r sulter de d fauts dans les prot ines activatrices lysosomales (par exemple, les saposines) qui facilitent l'acc s des hydrolases de courtes cha nes glucidiques au fur et mesure de la d gradation.] 1. Propri t s communes : Une enzyme hydrolytique lysosomale sp cifique est |
Biochimie_Lippincott | d ficiente dans la forme classique de chaque trouble. Par cons quent, g n ralement, un seul sphingolipide (le substrat de l'enzyme d ficiente) s'accumule dans les organes impliqu s dans chaque maladie. [Remarque : Le taux de biosynth se du lipide accumul est normal.] Les troubles sont progressifs et, bien que beaucoup soient mortels dans l'enfance, une variabilit ph notypique importante est observ e conduisant la d signation de diff rents types cliniques, tels que les types A et B dans la maladie de Niemann-Pick. La variabilit g n tique est galement observ e parce qu'un trouble donn peut tre caus par l'une des diverses mutations d'un seul g ne. Les sphingolipidoses sont des troubles autosomiques r cessifs, l'exception de la maladie de Fabry, qui est li e l'X. L'incidence des sphingolipidoses est faible dans la plupart des populations, l'exception des maladies de Gaucher et de Tay-Sachs, qui, comme la maladie de Niemann-Pick, montrent une fr quence lev e dans la population juive ashk naze. [Remarque : Tay-Sachs a galement une fr quence lev e dans les populations irlando-am ricaines, canadiennes-fran aises et cajuns de Louisiane.] 2. Diagnostic et traitement : Une sphingolipidose sp cifique peut tre diagnostiqu e en mesurant l'activit enzymatique dans des fibroblastes en culture ou des leucocytes p riph riques ou en analysant l'ADN (voir Chapitre 34). L'examen histologique du tissu affect est galement utile. [Remarque : Des corps d'inclusion en forme de coquille sont observ s chez Tay-Sachs, et un aspect de papier de soie froiss du cytosol est observ dans la maladie de Gaucher (Fig. 17.19).] Il existe un diagnostic pr natal l'aide d'amniocytes cultiv s ou de villosit s choriales. La maladie de Gaucher, dans laquelle les macrophages sont gorg s de glucoc r broside, et la maladie de Fabry, dans laquelle les globosides s'accumulent dans les lysosomes endoth liales vasculaires du cerveau, du c ur, des reins et de la peau, sont trait es par une th rapie substitutive enzymatique humaine recombinante, mais le co t mon taire est extr mement lev . La maladie de Gaucher a galement t trait e par greffe de moelle osseuse (car les macrophages sont d riv s de cellules souches h matopo tiques) et par th rapie de r duction du substrat par r duction pharmacologique du glucosylc ramide, le substrat de l'enzyme d ficiente. VIII. EICOSANO DES : PROSTAGLANDINES, THROMBOXANES ET LEUCOTRI NES Les prostaglandines (PG), les thromboxanes (TX) et les leucotri nes (LT) sont collectivement connus sous le nom d'eicosano des pour refl ter leur origine partir de l'AF polyinsatur -3 et -6 avec 20 carbones (eicosa = 20). Ce sont des compos s extr mement puissants qui suscitent un large ventail de r ponses, la fois physiologiques (r ponse inflammatoire) et pathologiques (hypersensibilit ). Ils assurent l'int grit gastrique et la fonction r nale, r gulent la contraction des muscles lisses (l'intestin et l'ut rus sont des sites cl s) et le diam tre des vaisseaux sanguins, et maintiennent l'hom ostasie plaquettaire. Bien qu'ils aient t compar s aux hormones en termes d'actions, les eicosano des diff rent des hormones endocriniennes en ce qu'ils sont produits en tr s petites quantit s dans presque tous les tissus plut t que dans des glandes sp cialis es et agissent localement plut t qu'apr s le transport dans le sang vers des sites distants. Les eicosano des ne sont pas stock s et ont une demi-vie extr mement courte, tant rapidement m tabolis s en produits inactifs. Leurs actions biologiques sont m di es par les RCPG de la membrane plasmique (voir p. 94), qui sont diff rents dans diff rents syst mes organiques et entra nent g n ralement des changements dans la production cyclique d'ad nosine monophosphate. Des exemples de structures eicosano des sont pr sent s la Figure 17.21. vie. Cer = c ramide ; Gal = galactose ; Glc = glucose ; GalNAc = Nac tylgalactosamine ; NANA = acide N-ac tylneuraminique ; SNC = syst me nerveux central. = sulfate ; ETS = th rapie enzymatique substitutive. connu sous le nom de prostacycline. Les thromboxanes sont d sign s par TX et les leucotri nes par LT.] A. Synth se de la prostaglandine et du thromboxane L'acide arachidonique, un -6 FA contenant 20 carbones et quatre doubles liaisons (un AF eicosat tra no que), est le pr curseur imm diat du type pr dominant de PG humain (s rie 2 ou ceux avec deux doubles liaisons, comme le montre la figure 17.22). Il est d riv de l' longation et de la d saturation de l'acide linol ique FA essentiel, galement un -6 FA. L'acide arachidonique est incorpor dans les phospholipides membranaires (g n ralement PI) au carbone 2, partir desquels il est lib r par la phospholipase A2 (Fig. 17.23) en r ponse une vari t de signaux, tels qu'une augmentation du calcium. [Remarque : les PG de la s rie 1 contiennent une double liaison et sont d riv s d'un FA -6 eicosatri no que, l'acide dihomo- -linol nique, tandis que les PG de la s rie 3 c |
Biochimie_Lippincott | ontiennent trois doubles liaisons et sont d riv s de l'acide eicosapenta no que (EPA), un FA -3. Voir p. 363.] activit s (cyclooxyg nase et peroxydase) de la PGH2 synthase (prostaglandine endoperoxyde synthase). G-SH = glutathion r duit ; G-S-S-G = glutathion oxyd ; PG = prostaglandine. 1. Prostaglandine H2 synthase : La premi re tape de la synth se de PG et TX est la cyclisation oxydative de l'acide arachidonique libre pour produire PGH2 par PGH2 synthase (ou, prostaglandine endoperoxyde synthase). Cette enzyme est une prot ine li e la membrane du RE qui a deux activit s catalytiques : la cyclooxyg nase d'acide gras (COX), qui n cessite deux mol cules d'O2, et la peroxydase, qui n cessite une r duction du glutathion (voir p. 148). PGH2 est converti en une vari t de PG et de TX, comme le montre la Figure 17.23, par des synthases sp cifiques aux cellules. [Remarque : les PG contiennent un cycle cinq atomes de carbone, tandis que les TX contiennent un cycle oxane h t rocyclique six membres (voir Fig. 17.21).] Deux isoenzymes de la PGH2 synthase, g n ralement d sign es COX-1 et COX-2, sont connues. La COX-1 est fabriqu e de mani re constitutive dans la plupart des tissus et est n cessaire au maintien de la sant des tissus gastriques, l'hom ostasie r nale et l'agr gation plaquettaire. La COX-2 est inductible dans un nombre limit de tissus en r ponse aux produits des cellules immunitaires et inflammatoires activ es. [Remarque : L'augmentation de la synth se de PG suite l'induction de la COX-2 m die la douleur, la chaleur, la rougeur et l'enflure de l'inflammation et la fi vre de l'infection.] 2. Inhibition de la synth se : La synth se de PG et de TX peut tre inhib e par des compos s non apparent s. Par exemple, le cortisol (un agent anti-inflammatoire st ro dien) inhibe l'activit de la phospholipase A2 (voir Fig. 17.23) et, par cons quent, l'acide arachidonique, le substrat de la synth se des PG et TX, n'est pas lib r par les phospholipides membranaires. L'aspirine, l'indom tacine et la ph nylbutazone (tous des anti-inflammatoires non st ro diens [AINS]) inhibent la fois la COX-1 et la COX-2 et, par cons quent, emp chent la synth se de la mol cule m re, la PGH2. [Remarque : L'inhibition syst mique de la COX-1, avec des dommages ult rieurs l'estomac et aux reins et une alt ration de la coagulation du sang, est la base de la toxicit de l'aspirine.] L'aspirine (mais pas les autres AINS) induit galement la synth se de lipoxines (m diateurs anti-inflammatoires base d'acide arachidonique) et de r solvines et de protectines (m diateurs anti-inflammatoires base d'EPA). Les inhibiteurs sp cifiques de la COX-2 (les coxibs, par exemple, le c l coxib) ont t con us pour r duire les processus inflammatoires pathologiques m di s par la COX-2 tout en maintenant les fonctions physiologiques de la COX-1. Cependant, leur utilisation a t associ e un risque accru de crise cardiaque, probablement en raison d'une diminution de la synth se de PGI2 (voir B. ci-dessous), et certains ont t retir s du march . B. Thromboxanes et prostaglandines dans l'hom ostasie plaquettaire Le thromboxane A2 (TXA2) est produit par la COX-1 dans les plaquettes activ es. Il favorise l'adh sion plaquettaire et l'agr gation et la contraction des muscles lisses vasculaires, favorisant ainsi la formation de caillots sanguins (thrombus). (Voir en ligne le chapitre 35.) La prostacycline (PGI2), produite par la COX-2 dans les cellules endoth liales vasculaires, inhibe l'agr gation plaquettaire et stimule la vasodilatation et, par cons quent, entrave la thrombogen se. Les effets oppos s de TXA2 et de PGI2 limitent la formation de thrombus aux sites de l sion vasculaire. [Remarque : L'aspirine a un effet antithrombog ne. Il inhibe la synth se de TXA2 par la COX-1 dans les plaquettes et la synth se de PGI2 par la COX-2 dans les cellules endoth liales par ac tylation irr versible de ces isoenzymes (Fig. 17.24). L'inhibition de la COX-1 ne peut pas tre surmont e dans les plaquettes, qui sont d pourvues de noyaux. Cependant, l'inhibition de la COX-2 peut tre surmont e dans les cellules endoth liales car elles ont un noyau et, par cons quent, peuvent g n rer une plus grande quantit de l'enzyme. Cette diff rence est la base du traitement l'aspirine faible dose utilis pour r duire le risque d'accident vasculaire c r bral et de crise cardiaque en diminuant la formation de thrombus.] C. Synth se des leucotri nes L'acide arachidonique est converti en une vari t d'acides hydroperoxys lin aires (-OOH) par une voie distincte impliquant une famille de lipoxyg nases (LOX). Par exemple, le 5-LOX convertit l'acide arachidonique en acide 5-hydroperoxy-6,8,11,14 eicosat tra no que ([5-HPETE] ; voir Fig. 17.23). Le 5-HPETE est converti en une s rie de LT contenant quatre doubles liaisons, la nature des produits finaux variant selon le tissu. Les LT sont des m diateurs de la r ponse allergique et de l'inflammation. Les inhibite |
Biochimie_Lippincott | urs des antagonistes des r cepteurs 5-LOX et LT sont utilis s dans le traitement de l'asthme. [Remarque : la synth se de LT est inhib e par le cortisol et non par les AINS. La maladie respiratoire exacerb e par l'aspirine est une r ponse la surproduction de LT avec l'utilisation d'AINS chez ~10% des personnes asthmatiques.] IX. R SUM DU CHAPITRE Les phospholipides sont des compos s ioniques polaires compos s d'un alcool (par exemple, la choline ou l' thanolamine) li par une liaison phosphodiester soit au diacylglyc rol (DAG), produisant de la phosphatidylcholine ou de la phosphatidyl thanolamine, soit l'aminoalcool sphingosine (Fig. 17.25). L'ajout d'un acide gras longue cha ne la sphingosine produit une c ramide. L'ajout de phosphorylcholine produit le phospholipide sphingomy line. Les phospholipides sont les lipides pr dominants des membranes cellulaires. Les phospholipides non membranaires servent de composants du surfactant pulmonaire et de la bile. La dipalmitoylphosphatidylcholine, galement appel e l cithine de dipalmitoyle, est le principal composant lipidique du tensioactif pulmonaire. Une production insuffisante de surfactant provoque un syndrome de d tresse respiratoire. Le phosphatidylinositol (PI) sert de r servoir pour l'acide arachidonique dans les membranes. La phosphorylation de l'IP li la membrane produit du phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate (PIP2). Ce compos est d grad par la phospholipase C en r ponse la liaison de divers neurotransmetteurs, hormones et facteurs de croissance aux r cepteurs coupl s aux prot ines G de la membrane G. Les produits de cette d gradation, l'inositol 1,4,5trisphosphate (IP3) et le DAG, interviennent dans la mobilisation du calcium intracellulaire et l'activation de la prot ine kinase C, qui agissent en synergie pour provoquer des r ponses cellulaires. Des prot ines sp cifiques peuvent tre attach es de mani re covalente via un pont glucidique un PI li la membrane, formant une ancre glycosyl phosphatidylinositol (GPI). Une d ficience dans la synth se des GPI dans les cellules h matopo tiques entra ne la maladie h molytique paroxystique nocturne h moglobinurie. La d gradation des phosphoglyc rides est effectu e par les phospholipases pr sentes dans tous les tissus et le suc pancr atique. La sphingomamy line est d grad e en c ramide plus phosphorylcholine par l'enzyme lysosomale sphingomy linase, dont une d ficience provoque la maladie de Niemann-Pick (A et B). Les glycosphingolipides sont des d riv s des c ramides auxquels des glucides ont t attach s. L'ajout d'une mol cule de sucre au c ramide produit un c r broside, l'ajout d'un oligosaccharide produit un globoside et l'ajout d'une mol cule acide d'acide N-ac tylneuraminique produit un ganglioside. Les glycosphingolipides se trouvent principalement dans les membranes cellulaires du cerveau et des tissus nerveux p riph riques, avec des concentrations lev es dans la gaine de my line. Ils sont antig niques. Les glycolipides sont d grad s dans les lysosomes par les hydrolases acides. Une carence de l'une de ces enzymes provoque une sphingolipidose, dans laquelle un sphingolipide caract ristique s'accumule. Les prostaglandines (PG), les thromboxanes (TX) et les leucotri nes (LT), les eicosano des, sont produites en tr s petites quantit s dans presque tous les tissus, agissent localement et ont une demi-vie extr mement courte. Ils servent de m diateurs de la r ponse inflammatoire. L'acide arachidonique est le pr curseur imm diat de la classe pr dominante de PG humains (ceux qui ont deux doubles liaisons). Il est d riv de l' longation et de la d saturation de l'acide linol ique, un acide gras essentiel, et est stock dans la membrane en tant que composant d'un phospholipide, g n ralement PI. L'acide arachidonique est lib r par le phospholipide par la phospholipase A2 (inhib e par le cortisol). La synth se du PG et du TX commence par la cyclisation oxydative de l'acide arachidonique libre pour produire la PGH2 par la PGH2 synthase (ou prostaglandine endoperoxyde synthase), une prot ine de la membrane r ticulaire endoplasmique qui a deux activit s catalytiques : la cyclooxyg nase d'acide gras (COX) et la peroxydase. Il existe deux isoenzymes de la PGH2 synthase : la COX-1 (constitutive) et la COX-2 (inductible). L'aspirine inhibe irr versiblement les deux. Les effets oppos s de PGI2 et TXA2 limitent la formation de caillots. Les LT sont des mol cules lin aires produites partir de l'acide arachidonique par la voie de la 5-lipoxyg nase (5-LOX). Ils m dient la r ponse allergique. Leur synth se est inhib e par le cortisol et non par l'aspirine. glycosphingolipides et eicosano des. PLA2 = phospholipase A2 ; = ion sulfate ; AINS = anti-inflammatoires non st ro diens. Choisissez UNE meilleure r ponse. 7.1. La maladie respiratoire exacerb e par l'aspirine (AERD) est une r action s v re aux anti-inflammatoires non st ro diens (AINS) caract ris e par une bronchoconstriction 30 minutes plu |
Biochimie_Lippincott | sieurs heures apr s l'ingestion. Laquelle des affirmations suivantes explique le mieux les sympt mes observ s chez les patients atteints d'AERD ? AINS : A. inhiber l'activit de la prot ine r gulatrice de la conductance transmembranaire de la fibrose kystique, entra nant un mucus paissi qui bloque les voies respiratoires. B. inhibe la cyclooxyg nase mais pas la lipoxyg nase, ce qui entra ne le flux de l'acide arachidonique vers la synth se des leucotri nes. C. activer l'activit cyclooxyg nase de la prostaglandine H2 synthase, entra nant une synth se accrue des prostaglandines qui favorisent la vasodilatation. D. activer les phospholipases, entra nant une diminution des quantit s de dipalmitoylphosphatidylcholine et un collapsus alv olaire (at lectasie). R ponse correcte = B. Les AINS inhibent la cyclooxyg nase mais pas la lipoxyg nase, de sorte que tout acide arachidonique disponible est utilis pour la synth se des leucotri nes bronchoconstricteurs. Les AINS n'ont aucun effet sur la prot ine r gulatrice de la conductance transmembranaire de la mucoviscidose (FK), dont les d fauts sont la cause de la FK. Les st ro des, et non les AINS, inhibent la phospholipase A2. La cyclooxyg nase est inhib e par les AINS et n'est pas activ e. Les AINS n'ont aucun effet sur les phospholipases. 7.2. Un nourrisson, n 28 semaines de gestation, a rapidement montr des signes de d tresse respiratoire. Les r sultats de laboratoire clinique et d'imagerie ont soutenu le diagnostic de syndrome de d tresse respiratoire infantile. Laquelle des affirmations suivantes sur ce syndrome est vraie ? Un. Il n'est pas li la naissance pr matur e du b b . B. C'est la cons quence d'un nombre insuffisant de pneumocytes de type II. C. Le rapport l cithine/sphingomy line dans le liquide amniotique est probablement lev (>2). D. On s'attendrait ce que la concentration de dipalmitoylphosphatidylcholine dans le liquide amniotique soit inf rieure celle d'un b b n terme. E. Il s'agit d'une maladie facile traiter avec une faible mortalit . F. Il est trait en administrant un surfactant la m re juste avant qu'elle n'accouche. Bonne r ponse = D. La dipalmitoylphosphatidylcholine (DPPC ou l cithine de dipalmitoyle) est le tensioactif pulmonaire pr sent dans les poumons matures et sains. Le syndrome de d tresse respiratoire (SDR) peut survenir dans les poumons qui produisent trop peu de ce compos . Si le rapport l cithine/sphingomy line (L/S) dans le liquide amniotique est de 2, les poumons d'un nouveau-n sont consid r s comme suffisamment matures (les poumons pr matur s devraient avoir un rapport de <2). Le SDR ne serait pas d un nombre insuffisant de pneumocytes de type II, qui s cr teraient simplement de la sphingomy line plut t que de la DPPC 28 semaines de gestation. La m re re oit un glucocortico de, et non un surfactant, avant l'accouchement (pr natal). Un surfactant serait administr au b b apr s l'accouchement pour r duire la tension superficielle. 7.3. Un gar on de 10 ans a t valu pour des sensations de br lure dans les pieds et des grappes de petites taches rouge-violet sur sa peau. Des tudes de laboratoire ont r v l la pr sence de prot ines dans son urine. L'analyse enzymatique a r v l un d ficit en galactosidase, et un traitement enzymatique substitutif a t recommand . Le diagnostic le plus probable est : A. Maladie de Fabry.B. Maladie de Farber.C. Maladie de Gaucher.D. Maladie de Krabbe.E. Maladie de Niemann-Pick. Bonne r ponse = A. La maladie de Fabry, un d ficit en -galactosidase, est la seule sphingolipidose li e l'X. Elle se caract rise par des douleurs aux extr mit s, une ruption cutan e rouge-violet (angiok ratomes g n ralis s) et des complications r nales et cardiaques. La pr sence de prot ines dans son urine indique des l sions r nales. Une th rapie enzymatique substitutive est disponible. 7.4. L'avis m dical actuel pour les personnes souffrant de douleurs thoraciques est d'appeler les services m dicaux d'urgence et de m cher une aspirine non enrob e de force r guli re. Sur quoi se fonde la recommandation de l'aspirine ? L'aspirine a un effet antithrombog ne : elle emp che la formation de caillots sanguins qui pourraient obstruer les vaisseaux cardiaques. L'aspirine inhibe la synth se du thromboxane A2 par la cyclooxyg nase-1 dans les plaquettes par ac tylation irr versible, inhibant ainsi l'activation plaquettaire et la vasoconstriction. La mastication d'une aspirine non enrob e augmente son taux d'absorption. Cholest rol, lipoprot ines et m tabolisme des st ro des 18Pour des documents auxiliaires suppl mentaires li s ce chapitre, veuillez visiter thePoint. I. APER U Le cholest rol, l'alcool st ro dien caract ristique des tissus animaux, remplit un certain nombre de fonctions essentielles dans le corps. Par exemple, le cholest rol est un composant structurel de toutes les membranes cellulaires, modulant leur fluidit , et, dans les tissus sp cialis s, le cholest rol est |
Biochimie_Lippincott | un pr curseur des acides biliaires, des hormones st ro des et de la vitamine D. Par cons quent, il est extr mement important que les cellules du corps soient assur es d'un apport appropri en cholest rol. Pour r pondre ce besoin, une s rie complexe de m canismes de transport, de biosynth se et de r gulation a volu . Le foie joue un r le central dans la r gulation de l'hom ostasie du cholest rol de l'organisme. Par exemple, le cholest rol p n tre dans le pool de cholest rol h patique partir d'un certain nombre de sources, y compris le cholest rol alimentaire ainsi que celui synth tis de novo par les tissus extrah patiques et par le foie lui-m me. Le cholest rol est limin du foie sous forme de cholest rol non modifi dans la bile, ou il peut tre converti en sels biliaires qui sont s cr tions dans la lumi re intestinale. Il peut galement servir de composant des lipoprot ines plasmatiques qui transportent les lipides vers les tissus p riph riques. Chez l'homme, l' quilibre entre l'afflux et l'efflux de cholest rol n'est pas pr cis, ce qui entra ne un d p t progressif de cholest rol dans les tissus, en particulier dans les parois endoth liales des vaisseaux sanguins. Il s'agit d'un ph nom ne potentiellement mortel lorsque le d p t de lipides entra ne la formation de plaques, provoquant le r tr cissement des vaisseaux sanguins (ath roscl rose) et un risque accru de maladies cardiovasculaires, c r brales et vasculaires p riph riques. La figure 18.1 r sume les principales sources de cholest rol h patique et les voies par lesquelles le cholest rol quitte le foie. II. STRUCTURE DU CHOLEST ROL Le cholest rol est un compos tr s hydrophobe. Il se compose de quatre anneaux d'hydrocarbures fusionn s (A-D) appel s noyau st ro dien, et il a une cha ne d'hydrocarbures ramifi e huit atomes de carbone attach e au carbone 17 de l'anneau D. L'anneau A a un groupe hydroxyle au carbone 3, et l'anneau B a une double liaison entre le carbone 5 et le carbone 6 (Fig. 18.2). A. St rols Les st ro des avec 8 10 atomes de carbone dans la cha ne lat rale au carbone 17 et un groupe hydroxyle au carbone 3 sont class s comme st rols. Le cholest rol est le principal st rol des tissus animaux. Il r sulte de la synth se et de l'absorption de novo du cholest rol alimentaire. L'absorption intestinale du cholest rol est m di e par la prot ine Niemann-Pick C1-like 1, la cible du m dicament z timibe qui r duit l'absorption du cholest rol alimentaire (voir p. 176). [Remarque : Les st rols v g taux (phytost rols), tels que le -sitost rol, sont mal absorb s par les humains (5 % absorb s contre 40 % pour le cholest rol). Apr s avoir p n tr dans les ent rocytes, ils sont activement transport s dans la lumi re intestinale. Des d fauts dans le transporteur d'efflux (ABCG5/8) entra nent une affection rare de sitost rol mie. Parce qu'une partie du cholest rol est galement transport e, les st rols v g taux r duisent l'absorption du cholest rol alimentaire. L'ingestion quotidienne d'esters de st rols v g taux fournis, par exemple, dans les p tes tartiner, est l'une des nombreuses strat gies di t tiques visant r duire le taux de cholest rol plasmatique (voir p. 363).] B. Esters cholest riques La majeure partie du cholest rol plasmatique se pr sente sous une forme est rifi e (avec un acide gras [AG] attach au carbone 3, comme le montre la figure 18.2), ce qui rend la structure encore plus hydrophobe que le cholest rol libre (non est rifi ). Les esters cholest riques ne se trouvent pas dans les membranes et ne sont normalement pr sents qu' de faibles niveaux dans la plupart des cellules. En raison de leur hydrophobie, le cholest rol et ses esters doivent tre transport s en association avec des prot ines en tant que composant d'une particule de lipoprot ine (voir p. 227) ou tre solubilis s par les phospholipides et les sels biliaires dans la bile (voir p. 226). III. SYNTH SE DU CHOLEST ROL Le cholest rol est synth tis par pratiquement tous les tissus chez l'homme, bien que le foie, l'intestin, le cortex surr nalien et les tissus reproducteurs, y compris les ovaires, les testicules et le placenta, contribuent le plus au pool de cholest rol. Comme pour l'AF, tous les atomes de carbone du cholest rol sont fournis par l'ac tylcoenzyme A (CoA), et le nicotinamide ad nine dinucl otide phosphate (NADPH) fournit les quivalents r ducteurs. La voie est endergonique, tant entra n e par l'hydrolyse de la liaison thioester haute nergie de l'ac tyl CoA et de la liaison phosphate terminale de l'ATP. La synth se n cessite des enzymes dans le cytosol, la membrane du r ticulum endoplasmique lisse (SER) et le peroxysome. La voie est sensible aux changements de la concentration de cholest rol, et des m canismes de r gulation existent pour quilibrer le taux de synth se du cholest rol par rapport au taux d'excr tion du cholest rol. Un d s quilibre dans cette r gulation peut entra ner une l vation des taux circulants de cholest rol plasmatique, |
Biochimie_Lippincott | avec un risque de maladie vasculaire. A. Synth se de la 3-hydroxy-3-m thylglutaryl coenzyme A Les deux premi res r actions de la voie de biosynth se du cholest rol sont similaires celles de la voie qui produit les corps c toniques (voir Fig. 16.22, p. 196). Ils entra nent la production de 3-hydroxy-3-m thylglutaryl CoA ([HMG CoA], Fig. 18.3). Tout d'abord, deux mol cules d'ac tyl-CoA se condensent pour former de l'ac toac tyl-CoA. Ensuite, une troisi me mol cule d'ac tyl-CoA est ajout e par HMG CoA synthase, produisant HMG CoA, un compos six atomes de carbone. [Remarque : Les cellules parenchymateuses du foie contiennent deux isoenzymes de la synthase. L'enzyme cytosolique participe la synth se du cholest rol, tandis que l'enzyme mitochondriale fonctionne dans la voie de synth se des corps c toniques.] B. Synth se du m valonate HMG CoA est r duit en m valonate par HMG CoA r ductase. Il s'agit de l' tape limitante et r gul e cl de la synth se du cholest rol. Il se produit dans le cytosol, utilise deux mol cules de NADPH comme agent r ducteur et lib re du CoA, ce qui rend la r action irr versible (Fig. 18.4). [Remarque : HMG CoA r ductase est une prot ine membranaire int grale du SER, avec son domaine catalytique projet dans le cytosol. La r gulation de l'activit de la r ductase est examin e au point D. ci-dessous.] C. Synth se du cholest rol partir du m valonate Les r actions et les enzymes impliqu es dans la synth se du cholest rol partir du m valonate sont illustr es la figure 18.5. [Remarque : Les chiffres indiqu s entre parenth ses ci-dessous correspondent aux r actions num rot es illustr es dans cette figure.] [1] Le m valonate est converti en 5-pyrophosphomevalonate en deux tapes, chacune d'entre elles transf rant un groupe phosphate de l'ATP. [2] Une unit d'isopr ne cinq atomes de carbone, l'isopentenyl pyrophosphate (IPP), est form e par la d carboxylation du 5-pyrophosphomevalonate. La r action n cessite de l'ATP. [Remarque : L'IPP est le pr curseur d'une famille de mol cules aux fonctions diverses, les isopr no des. Le cholest rol est un isopr no de st rol. Les isopr no des non st rols comprennent le dolichol (voir p. 167) et l'ubiquinone (ou coenzyme Q ; voir p. 75).] [3] L'IPP est isom ris en 3,3-dim thylallyl pyrophosphate (DPP). [4] L'IPP et le DPP se condensent pour former du pyrophosphate de g ranyle 10 atomes de carbone (GPP). [5] Une deuxi me mol cule d'IPP se condense ensuite avec le GPP pour former du pyrophosphate de farn syle 15 atomes de carbone (FPP). [Remarque : La fixation covalente du farn syle aux prot ines, un processus connu sous le nom de pr nylation, est un m canisme d'ancrage des prot ines (par exemple, ras) la face interne des membranes plasmiques.] [6] Deux mol cules de FPP se combinent, lib rant du pyrophosphate, et sont r duites, formant le compos 30 atomes de carbone, le squal ne. [Remarque : Le squal ne est form de six unit s isopr no des. tant donn que 3 ATP sont hydrolys s par r sidu de m valonate converti en IPP, un total de 18 ATP est n cessaire pour fabriquer le squal ne polyisopr no de.] [7] Le squal ne est converti en st rol lanost rol par une s quence de deux r actions catalys es par des enzymes associ es au SER qui utilisent l'oxyg ne mol culaire (O2) et le NADPH. L'hydroxylation du squal ne lin aire d clenche la cyclisation de la structure en lanost rol. La conversion du lanost rol en cholest rol est un processus en plusieurs tapes impliquant le raccourcissement de la cha ne lat rale, l' limination oxydative des groupes m thyles, la r duction des doubles liaisons et la migration d'une double liaison. Le syndrome de Smith-Lemli-Opitz (SLOS), une maladie autosomique r cessive de la biosynth se du cholest rol, est caus par une carence partielle en 7-d hydrocholest rol-7r ductase, l'enzyme qui r duit la double liaison du 7d hydrocholest rol (7-DHC), le convertissant ainsi en cholest rol. SLOS est l'un des nombreux syndromes de malformation embryonnaire multisyst miques associ s une alt ration de la synth se du cholest rol. [Remarque : le 7-DHC est converti en vitamine D3 dans la peau (voir p. 390).] La D.HMG CoA r ductase est le principal point de contr le de la biosynth se du cholest rol et est sujette diff rents types du contr le m tabolique. 1. R gulation de l'expression g nique d pendante des st rols : L'expression du g ne de la HMG CoA r ductase est contr l e par le facteur trans-agissant, la prot ine de liaison l' l ment r gulateur des st rols-2 (SREBP-2), qui se lie l'ADN au niveau de l' l ment r gulateur des st rols (SRE) agissant cis en amont du g ne de la r ductase. La prot ine inactive SREBP-2 est une prot ine int grale de la membrane SER et s'associe une seconde prot ine membranaire SER, la prot ine activatrice de clivage SREBP (SCAP). Lorsque les niveaux de st rols dans le SER sont faibles, le complexe SREBP-2-SCAP se d place du RE vers le Golgi. Dans la membrane de Golgi, SREBP-2 est actionn |
Biochimie_Lippincott | s quentiellement par deux prot ases, qui g n rent un fragment soluble qui p n tre dans le noyau, se lie au SRE et fonctionne comme un facteur de transcription. Il en r sulte une augmentation de la synth se de l'HMG CoA r ductase et, par cons quent, une augmentation de la synth se du cholest rol (Fig. 18.6). Cependant, si les st rols sont abondants, ils se lient SCAP au niveau de son domaine de st rolsensibilit et induisent la liaison de SCAP d'autres prot ines membranaires du RE, les prot ines g niques induites par l'insuline (INSIG). Cela entra ne la r tention du complexe SCAP-SREBP dans le SER, emp chant ainsi l'activation de SREBP-2 et conduisant une r gulation n gative de la synth se du cholest rol. [Remarque : SREBP-1c r gule la hausse l'expression des enzymes impliqu es dans la synth se des AGA en r ponse l'insuline (voir p. 184).] 2. D gradation enzymatique acc l r e par les st rols : La r ductase elle-m me est une prot ine int grale de la membrane SER qui d tecte les st rols. Lorsque les niveaux de st rols dans le SER sont lev s, l'enzyme se lie aux prot ines INSIG. La liaison conduit au transfert cytosolique, l'ubiquitination et la d gradation prot asomale de la r ductase (voir p. 247). 3. Phosphorylation/d phosphorylation ind pendante des st rols : l'activit de la HMG CoA r ductase est contr l e de mani re covalente par l'action de la prot ine kinase activ e par l'ad nosine monophosphate (AMP) ([AMPK] voir p. 183) et d'une phosphoprot ine phosphatase (voir Fig. 18.6). La forme phosphoryl e de l'enzyme est inactive, tandis que la forme d phosphoryl e est active. [Remarque : Parce que l'AMPK est activ e par l'AMP, la synth se du cholest rol, comme la synth se de l'AF, est diminu e lorsque la disponibilit de l'ATP est diminu e.] 4. R gulation hormonale : L'activit de l'HMG CoA r ductase est contr l e hormonalement. Une augmentation de l'insuline favorise la d phosphorylation (activation) de la r ductase, tandis qu'une augmentation du glucagon et de l' pin phrine a l'effet inverse. 5. Inhibition du m dicament : Les statines (atorvastatine, fluvastatine, lovastatine, pravastatine, rosuvastatine et simvastatine) sont des analogues structurels de l'HMG CoA et sont (ou sont m tabolis s en) des inhibiteurs r versibles et comp titifs de l'HMG CoA r ductase (Fig. 18.7). Ils sont utilis s pour diminuer le taux de cholest rol plasmatique chez les patients atteints d'hypercholest rol mie. IV. D GRADATION DU CHOLEST ROL Les humains ne peuvent pas m taboliser la structure du cycle de cholest rol en dioxyde de carbone et en eau. Au lieu de cela, le noyau st ro dien intact est limin du corps par conversion en acides biliaires et en sels biliaires, dont un petit pourcentage est excr t dans les mati res f cales, et par la s cr tion de cholest rol dans la bile, qui le transporte vers l'intestin pour l' limination. [Remarque : Une partie du cholest rol dans l'intestin est modifi e par les bact ries avant l'excr tion. Les principaux compos s fabriqu s sont les isom res coprostanol et cholestanol, qui sont des d riv s r duits du cholest rol. Avec le cholest rol, ces compos s constituent la majeure partie des st rols f caux neutres.] V. ACIDES BILIAIRES ET SELS BILIAIRES La bile est constitu e d'un m lange aqueux de compos s organiques et inorganiques. La phosphatidylcholine (PC), ou l cithine (voir p. 202), et les sels biliaires conjugu s sont quantitativement les composants organiques les plus importants de la bile. La bile peut soit passer directement du foie, o elle est synth tis e, dans le duod num par le canal chol doque, soit tre stock e dans la v sicule biliaire lorsqu'elle n'est pas imm diatement n cessaire la digestion. A. Structure Les acides biliaires contiennent 24 carbones, avec deux ou trois groupes hydroxyles et une cha ne lat rale qui se termine par un groupe carboxyle. Le groupe carboxyle a un pKa (voir p. 6) de ~6. Dans le duod num (pH ~6), ce groupe sera proton dans la moiti des mol cules (les acides biliaires) et d proton dans le reste (les sels biliaires). Cependant, les termes acide biliaire et sel biliaire sont fr quemment utilis s de mani re interchangeable. Les deux formes ont des groupes hydroxyles qui sont dans l'orientation (ils se trouvent en dessous du plan des cycles) et des groupes m thyles qui sont (ils se trouvent au-dessus du plan des cycles). Par cons quent, les mol cules ont la fois une surface polaire et une surface non polaire et peuvent agir comme des agents mulsifiants dans l'intestin, aidant pr parer les graisses alimentaires (triacylglyc rol [TAG]) et d'autres lipides complexes pour la d gradation par les enzymes digestives pancr atiques. B. Synth se Les acides biliaires sont synth tis s dans le foie par une voie multi- tapes et multi-organites dans laquelle les groupes hydroxyles sont ins r s des positions sp cifiques sur la structure des st ro des ; la double liaison du cycle B du cholest rol est r duite ; et la cha ne hyd |
Biochimie_Lippincott | rocarbon e est raccourcie de trois atomes de carbone, introduisant un groupe carboxyle la fin de la cha ne. Les compos s r sultants les plus courants, l'acide cholique (un triol) et l'acide ch nod soxycholique (un diol), comme le montre la figure 18.8, sont appel s acides biliaires primaires. [Remarque : L' tape limitant le taux de synth se des acides biliaires est l'introduction d'un groupe hydroxyle au carbone 7 du noyau st ro dien par la 7- -hydroxylase, une cytochrome P450 monooxyg nase associ e au SER que l'on trouve uniquement dans le foie. L'expression de l'enzyme est r gul e la baisse par les acides biliaires (Fig. 18.9)]. C. Conjugaison Avant que les acides biliaires ne quittent le foie, ils sont conjugu s une mol cule de glycine ou de taurine (un produit final du m tabolisme de la cyst ine) par une liaison amide entre le groupe carboxyle de l'acide biliaire et le groupe amino du compos ajout . Ces nouvelles structures comprennent les acides glycocholique et glycoch nod soxycholique et les acides taurocholique et taurochenod soxycholique (Fig. 18.10). Le rapport entre les formes glycine et taurine dans la bile est de ~3/1. L'ajout de glycine ou de taurine entra ne la pr sence d'un groupe carboxyle avec un pKa plus faible (provenant de la glycine) ou un groupe sulfonate (provenant de la taurine), qui sont tous deux enti rement ionis s (charg s n gativement) au pH alcalin de la bile. Les sels biliaires ionis s conjugu s sont des d tergents plus efficaces que les non conjugu s en raison de leur nature amphipathique am lior e. Par cons quent, seules les formes conjugu es se trouvent dans la bile. Les individus pr sentant des d ficiences g n tiques dans la conversion du cholest rol en acides biliaires sont trait s avec de l'acide ch nod soxycholique fourni de mani re exog ne. Les sels biliaires constituent le seul m canisme significatif de l'excr tion du cholest rol, la fois en tant que produit m tabolique du cholest rol et en tant que solubilisant du cholest rol dans la bile. D. Action bact rienne sur les sels biliaires Les bact ries du microbiote intestinal (voir p. 372) peuvent d conjuguer ( liminer la glycine et la taurine) les sels biliaires. Ils peuvent galement d shydroxyler le carbone 7, produisant des sels biliaires secondaires tels que l'acide d soxycholique partir de l'acide cholique et l'acide litcholique partir de l'acide ch nod soxycholique. E. Circulation ent roh patique Les sels biliaires s cr t s dans l'intestin sont efficacement r absorb s (>95%) et r utilis s. Le foie s cr te activement des sels biliaires via la pompe d'exportation des sels biliaires. Dans l'intestin, ils sont r absorb s dans l'il on terminal par le cotransporteur apical sodium (Na+)-sels biliaires et renvoy s dans le sang via un syst me de transport s par . [Remarque : L'acide lithocholique n'est que faiblement absorb .] Ils sont efficacement absorb s du sang par les h patocytes via une isoforme du cotransporteur et r utilis s. [Remarque : L'albumine lie les sels biliaires et les transporte dans le sang, comme on l'a vu avec l'AF (voir p. 181).] Le processus continu de s cr tion de sels biliaires dans la bile, leur passage travers le duod num o certains sont d conjugu s puis d shydroxyl s en sels biliaires secondaires, leur absorption dans l'il on et leur retour ult rieur au foie sous forme de m lange de formes primaires et secondaires est appel circulation ent roh patique (Fig. 18.11). Entre 15 et 30 g de sels biliaires sont s cr t s par le foie dans le duod num chaque jour, mais seulement ~0,5 g (<3%) sont perdus quotidiennement dans les f ces. Environ 0,5 g/jour est synth tis partir du cholest rol dans le foie pour remplacer la quantit perdue. Les ch lateurs des acides biliaires, tels que la cholestyramine, lient les sels biliaires dans l'intestin et emp chent leur r absorption, favorisant ainsi leur excr tion. Ils sont utilis s dans le traitement de l'hypercholest rol mie parce que l' limination des sels biliaires soulage l'inhibition de la synth se des acides biliaires dans le foie, d tournant ainsi le cholest rol suppl mentaire dans cette voie. [Remarque : Les fibres alimentaires lient galement les sels biliaires et augmentent leur excr tion (voir p. 365).] F. Carence en sels biliaires : chol lithiase Le mouvement du cholest rol du foie vers la bile doit s'accompagner de la s cr tion simultan e de phospholipides et de sels biliaires. Si ce double processus est perturb et qu'il y a plus de cholest rol que ce qui peut tre solubilis par les sels biliaires et le PC pr sents, le cholest rol peut pr cipiter dans la v sicule biliaire, entra nant une maladie des calculs biliaires du cholest rol ou une chol lithiase (Fig. 18.12). Ce trouble est g n ralement caus par une diminution des acides biliaires dans la bile. La chol lithiase peut galement r sulter d'une s cr tion accrue de cholest rol dans la bile, comme on le voit avec l'utilisation de fibrates (par exemple, le gemfibrozil) p |
Biochimie_Lippincott | our r duire le cholest rol (et le TAG) dans le sang. La chol cystectomie laparoscopique (ablation chirurgicale de la v sicule biliaire par une petite incision) est actuellement le traitement de choix. Cependant, pour les patients qui ne peuvent pas subir de chirurgie, l'administration orale d'acide ch nod soxycholique pour compl ter l'approvisionnement de l'organisme en acides biliaires entra ne une dissolution progressive (de mois des ann es) des calculs biliaires. [Remarque : Les calculs de cholest rol repr sentent >85% des cas de chol lithiase, la bilirubine et les calculs mixtes repr sentant le reste]. VI. LIPOPROT INES PLASMATIQUES Les lipoprot ines plasmatiques sont des complexes macromol culaires sph riques de lipides et de prot ines (apolipoprot ines). Les particules de lipoprot ines comprennent des chylomicrons, des lipoprot ines de tr s basse densit (VLDL), des lipoprot ines de basse densit (LDL) et des lipoprot ines de haute densit (HDL). Ils diff rent par leur composition lipidique et prot ique, leur taille, leur densit (Fig. 18.13) et leur site d'origine. [Remarque : tant donn que les particules de lipoprot ines changent constamment des lipides et des apolipoprot ines, la teneur r elle en apolipoprot ines et en lipides de chaque classe de particules est quelque peu variable.] Les lipoprot ines ont pour fonction la fois de maintenir la soluble des lipides qui les composent lorsqu'elles les transportent dans le plasma et de fournir un m canisme efficace pour transporter leur contenu lipidique vers (et depuis) les tissus. Chez l'homme, le syst me de transport est moins parfait que chez d'autres animaux et, par cons quent, l'homme subit un d p t progressif de lipides (en particulier de cholest rol) dans les tissus. A. Composition Les lipoprot ines sont compos es d'un noyau lipidique neutre (contenant du TAG et des esters cholestyliques) entour d'une coquille d'apolipoprot ines amphipathiques, de phospholipides et de cholest rol non est rifi (libre) (Fig. 18.14). Ces compos s amphipathiques sont orient s de telle sorte que leurs parties polaires sont expos es la surface de la lipoprot ine, rendant ainsi la particule soluble en solution aqueuse. Le TAG et le cholest rol v hicul s par les lipoprot ines sont obtenus soit partir de l'alimentation (source exog ne), soit partir d'une synth se de novo (source endog ne). [Remarque : La teneur en cholest rol (C) des lipoprot ines plasmatiques est maintenant syst matiquement mesur e dans le sang jeun. Total C = LDL-C + HDL-C + VLDL-C, o VLDL-C est calcul en divisant TAG par 5 car le rapport TAG/cholest rol est de 5/1 dans les VLDL. La valeur cible pour le cholest rol total est de <200 mg/dl.] 1. Taille et densit : Les chylomicrons sont les particules lipoprot iques les moins denses et les plus volumineuses et qui contiennent le pourcentage le plus lev de lipides (TAG) et le pourcentage le plus faible de prot ines. Les VLDL et les LDL sont successivement plus denses, avec des rapports prot ines/lipides plus lev s. Les particules HDL sont les plus petites et les plus denses. Les lipoprot ines plasmatiques peuvent tre s par es sur la base de leur mobilit lectrophor tique, comme le montre la Figure 18.15, ou sur la base de leur densit par ultracentrifugation. 2. Apolipoprot ines : Les apolipoprot ines associ es aux particules de lipoprot ines ont un certain nombre de fonctions diverses, telles que fournir des sites de reconnaissance pour les r cepteurs de surface cellulaire et servir d'activateurs ou de coenzymes pour les enzymes impliqu es dans le m tabolisme des lipoprot ines. Certaines des apolipoprot ines sont n cessaires en tant que composants structurels essentiels des particules et ne peuvent pas tre limin es (en fait, les particules ne peuvent pas tre produites sans elles), tandis que d'autres sont transf r es librement entre les lipoprot ines. Les apolipoprot ines sont divis es par leur structure et leur fonction en plusieurs grandes classes, d sign es par des lettres, chaque classe ayant des sous-classes (par exemple, l'apolipoprot ine [apo] C-I, l'apo C-II et l'apo CIII). [Remarque : Les fonctions de toutes les apolipoprot ines ne sont pas encore connues.] B. M tabolisme du chylomicron Les chylomicrons sont assembl s dans les cellules de la muqueuse intestinale et transportent le TAG alimentaire (exog ne), le cholest rol, les vitamines liposolubles et les esters cholest rils vers les tissus p riph riques (Fig. 18.16). [Remarque : les TAG repr sentent pr s de 90 % des lipides d'un chylomicron.] 1. Synth se des apolipoprot ines : L'Apo B-48 est unique aux chylomicrons. Sa synth se commence sur le RE rugueux (RER), et il est glycosyl lorsqu'il se d place travers le RER et Golgi. [Remarque : Apo B-48 est ainsi nomm parce qu'il constitue le N-terminal 48% de la prot ine cod e par le g ne de l'apo B. Apo B-100, qui est synth tis par le foie et trouv dans VLDL et LDL, repr sente la prot ine enti re cod e par |
Biochimie_Lippincott | ce g ne. L' dition post-transcriptionnelle (voir p. 474) d'une cytosine en uracile dans l'ARN messager de l'apo B-100 intestinal (ARNm) cr e un codon non-sens (stop) (voir p. 449), ne permettant la traduction que de 48% de l'ARNm.] 2. Assemblage du chylomicron : De nombreuses enzymes impliqu es dans la synth se du TAG, du cholest rol et des phospholipides sont situ es dans le SER. L'assemblage de l'apolipoprot ine et du lipide en chylomicrons n cessite la prot ine de transfert de triglyc rides microsomaux ([MTP] voir p. 177), qui charge l'apo B-48 avec des lipides. Cela se produit avant la transition du RE au Golgi, o les particules sont emball es dans des v sicules s cr toires. Ceux-ci fusionnent avec la membrane plasmique, lib rant les lipoprot ines, qui p n trent ensuite dans le syst me lymphatique et, finalement, dans le sang. [Remarque : Les chylomicrons quittent le syst me lymphatique par le canal thoracique qui se vide dans la veine sous-clavi re gauche.] 3. Modification naissante du chylomicron : La particule lib r e par la cellule de la muqueuse intestinale est appel e chylomicron naissant car elle est fonctionnellement incompl te. Lorsqu'elle atteint le plasma, la particule est rapidement modifi e, recevant l'apo E (qui est reconnu par les r cepteurs h patiques) et l'apo C. Ce dernier comprend l'apo C-II, qui est n cessaire l'activation de la lipoprot ine lipase (LPL), l'enzyme qui d grade le TAG contenu dans le chylomicron. La source de ces apolipoprot ines est le HDL circulant (voir Fig. 18.16). [Remarque : Apo C-III sur les lipoprot ines riches en TAG inhibe la LPL.] 4. D gradation du triacylglyc rol par la lipoprot ine lipase : La LPL est une enzyme extracellulaire qui est ancr e aux parois capillaires de la plupart des tissus, mais principalement celles du tissu adipeux et des muscles cardiaques et squelettiques. Le foie adulte n'exprime pas cette enzyme. [Remarque : Une lipase h patique se trouve la surface des cellules endoth liales du foie. Il joue un r le dans la d gradation des TAG dans les chylomicrons et les VLDL et est important dans les HDL m tabolisme (voir p. 234).] La LPL, activ e par l'apo C-II sur les chylomicrons circulants, hydrolyse le TAG de ces particules en FA et en glyc rol. Les FA sont stock s (dans le tissu adipeux) ou utilis s pour produire de l' nergie (dans le muscle). Le glyc rol est absorb par le foie, converti en phosphate de dihydroxyac tone (un interm diaire de la glycolyse) et utilis dans la synth se des lipides ou la glucon ogen se. [Remarque : Les patients pr sentant un d ficit en LPL ou apo C-II (hyperlipoprot in mie de type I ou chylomicron mie familiale) pr sentent une accumulation spectaculaire ( 1 000 mg/dl) de chylomicron-TAG dans le plasma (hypertriacylglyc rol mie) m me jeun. Ils courent un risque accru de pancr atite aigu . Le traitement est la r duction des graisses alimentaires.] 5. Expression de la lipoprot ine lipase : La LPL est synth tis e par le tissu adipeux et par les muscles cardiaques et squelettiques. L'expression des isoenzymes sp cifiques aux tissus est r gul e par l' tat nutritionnel et le niveau hormonal. Par exemple, l' tat nourri (taux d'insuline lev ), la synth se de LPL est augment e dans le tissu adipeux mais diminu e dans le tissu musculaire. Le je ne (diminution de l'insuline) favorise la synth se de LPL dans le muscle. [Remarque : La plus forte concentration de LPL se trouve dans le muscle cardiaque, ce qui refl te l'utilisation de l'AF pour fournir une grande partie de l' nergie n cessaire la fonction cardiaque.] 6. Formation de restes de chylomicron : Au fur et mesure que le chylomicron circule et que >90 % du TAG de son noyau est d grad par le LPL, la particule diminue de taille et augmente en densit . De plus, les apolipoprot ines C (mais pas l'apo B ou E) sont renvoy es au HDL. La particule restante, appel e r sidant, est rapidement retir e de la circulation par le foie, dont les membranes cellulaires contiennent des r cepteurs lipoprot iques qui reconnaissent l'apo E (voir Fig. 18.16). Les restes de chylomicron se lient ces r cepteurs et sont absorb s dans les h patocytes par endocytose. La v sicule endocytos e fusionne ensuite avec un lysosome, et les apolipoprot ines, les esters cholest riliques et les autres composants du reste sont d grad s hydrolytiquement, lib rant des acides amin s, du cholest rol libre et de l'AG. Le r cepteur est recycl . [Remarque : Le m canisme de l'endocytose m di e par le r cepteur est illustr pour le LDL dans la Fig. 18.20.] C. M tabolisme des lipoprot ines de tr s basse densit Les VLDL sont produites dans le foie (Fig. 18.17). Ils sont compos s principalement de TAG endog nes (~60%), et leur fonction est de transporter ce lipide du foie (site de synth se) vers les tissus p riph riques. L , le TAG est d grad par LPL, comme discut pour les chylomicrons (voir p. 228). [Remarque : La st atose h patique non alcoolique (st atose h patique) se produit dans des co |
Biochimie_Lippincott | nditions dans lesquelles il existe un d s quilibre entre la synth se h patique de TAG et la s cr tion de VLDL. Ces affections comprennent l'ob sit et le diab te sucr de type 2 (voir p. 343).] 1. Lib ration par le foie : Les VLDL sont s cr t es directement dans le sang par le foie sous forme de particules naissantes contenant de l'apo B-100. Ils doivent obtenir l'apo CII et l'apo E partir du HDL circulant (voir Fig. 18.17). Comme pour les chylomicrons, l'apo C-II est n cessaire l'activation de la LPL. [Remarque : L'ab talipoprot in mie est une hypolipoprot in mie rare caus e par un d faut de MTP, entra nant une incapacit charger l'apo B avec des lipides. Par cons quent, peu de VLDL ou de chylomicrons se forment, et le TAG s'accumule dans le foie et l'intestin. L'absorption des vitamines liposolubles est diminu e. Les LDL sont faibles.] 2. Modification de la circulation : Lorsque les VLDL passent dans la circulation, le TAG est d grad par le LPL, ce qui entra ne une diminution de la taille du VLDL et sa densification. Les composants de surface, y compris les apolipoprot ines C et E, sont renvoy s au HDL, mais les particules conservent l'apo B-100. De plus, certains TAG sont transf r s de VLDL HDL dans une r action d' change qui transf re concomitamment des esters de cholest rol de HDL VLDL. Cet change est r alis par la prot ine de transfert d'ester de cholest rol (CETP), comme le montre la Figure 18.18. 3. Conversion en lipoprot ines de basse densit : Avec ces modifications, le VLDL est converti dans le plasma en LDL. Des lipoprot ines de densit interm diaire (LDI) de tailles variables se forment au cours de cette transition. L'IDL peut galement tre absorb par les cellules h patiques par l'endocytose m di e par le r cepteur qui utilise l'apo E comme ligand. Apo E est normalement pr sent sous trois isoformes, E-2 (la moins courante), E-3 (la plus courante) et E-4. Apo E-2 se lie mal aux r cepteurs, et les patients homozygotes pour apo E-2 sont d ficients dans l' limination des restes d'IDL et de chylomicrons. Ces personnes sont atteintes d'hyperlipoprot in mie familiale de type III ( dysb talipoprot in mie ou maladie b ta large), avec hypercholest rol mie et ath roscl rose pr matur e. [Remarque : L'isoforme apo E-4 conf re une susceptibilit accrue un ge plus pr coce d'apparition de la forme tardive de la maladie d'Alzheimer. L'effet d pend de la dose, les homozygotes tant les plus risque. Les estimations du risque varient.] D. M tabolisme des lipoprot ines de basse densit Les particules de LDL contiennent beaucoup moins de TAG que leurs pr d cesseurs VLDL et ont une concentration lev e de cholest rol et d'esters de cholest rol (Fig. 18.19). Environ 70 % du cholest rol plasmatique se trouve dans le LDL. 1. Endocytose m di e par les r cepteurs : La fonction principale des particules LDL est de fournir du cholest rol aux tissus p riph riques (ou de le renvoyer au foie). Ils le font en se liant aux r cepteurs LDL de la membrane plasmique qui reconnaissent l'apo B-100 (mais pas l'apo B-48). Parce que ces r cepteurs LDL peuvent galement se lier l'apo E, ils sont connus sous le nom de r cepteurs apo B-100/apo E. La figure 18.20 pr sente un r sum de l'absorption et de la d gradation des particules LDL. [Remarque : Les chiffres entre parenth ses ci-dessous se rapportent aux num ros correspondants sur cette figure.] Un m canisme similaire d'endocytose m di e par les r cepteurs est utilis pour l'absorption et la d gradation des restes de chylomicron et des IDL par le foie. [1] Les r cepteurs LDL sont des glycoprot ines charg es n gativement qui sont regroup es dans des fosses sur les membranes cellulaires. Le c t cytosolique de la fosse est recouvert de la prot ine clathrine, qui stabilise la fosse. [2] Apr s la liaison, le complexe r cepteur LDL est endocytos . [Remarque : Des d fauts dans la synth se des r cepteurs LDL fonctionnels provoquent une l vation significative du LDL-C plasmatique. Les patients pr sentant de telles carences pr sentent une hyperlipid mie de type IIa (hypercholest rol mie familiale [HF]) et une ath roscl rose pr matur e. L'hypercholest rol mie autosomique dominante peut galement tre caus e par des d fauts de l'apo B-100 qui r duisent sa liaison au r cepteur et par une activit accrue d'une prot ase, la proprot ine convertase subtilisine/kexine de type 9 (PCSK9), qui favorise l'internalisation et la d gradation lysosomale du r cepteur. Les inhibiteurs de la PCSK9 sont maintenant disponibles pour le traitement de l'hypercholest rol mie.] [3] La v sicule contenant le LDL perd son enveloppe de clathrine et fusionne avec d'autres v sicules similaires, formant des v sicules plus grandes appel es endosomes. [4] Le pH de l'endosome chute (en raison de l'activit de pompage de protons de l'ATPase endosomale), ce qui permet de s parer le LDL de son r cepteur. Les r cepteurs migrent ensuite vers un c t de l'endosome, tandis que les LDL restent libres dans l |
Biochimie_Lippincott | a lumi re de la v sicule. [5] Les r cepteurs peuvent tre recycl s, tandis que les restes de lipoprot ines dans la v sicule sont transf r s aux lysosomes et d grad s par les hydrolases d'acide lysosomal, lib rant du cholest rol libre, des acides amin s, des acides amin s et des phospholipides. Ces compos s peuvent tre r utilis s par la cellule. [Remarque : Les maladies de surcharge lysosomale r sultent de rares d ficiences autosomiques r cessives de la capacit hydrolyser les esters cholestyliques lysosomales (maladie de Wolman) ou transporter le cholest rol libre hors du lysosome (maladie de Niemann-Pick, type C).] 2. Cholest rol endocytos et hom ostasie du cholest rol : Le cholest rol d riv du chylomicron, du cholest rol IDL et du cholest rol LDL affecte la teneur en cholest rol cellulaire de plusieurs mani res (voir Fig. 18.20). Tout d'abord, l'expression du g ne de l'HMG CoA r ductase est inhib e par un taux de cholest rol lev , ce qui diminue la synth se de novo du cholest rol. De plus, la d gradation de la r ductase est acc l r e. Deuxi mement, la synth se de la nouvelle prot ine du r cepteur LDL est r duite en diminuant l'expression du g ne du r cepteur LDL, limitant ainsi l'entr e ult rieure du LDL-C dans les cellules. [Note : Comme on l'a vu avec le g ne de la r ductase (voir p. 222), la r gulation transcriptionnelle du g ne du r cepteur LDL implique un SRE et un SREBP-2. Cela permet une r gulation coordonn e de l'expression de ces prot ines.] Troisi mement, si le cholest rol n'est pas requis imm diatement des fins structurelles ou synth tiques, il est est rifi par l'acyl CoA :cholest rol acyltransf rase (ACAT). L'ACAT transf re un AF d'un acyle CoA gras au cholest rol, produisant un ester cholestyle qui peut tre stock dans la cellule (Fig. 18.21). L'activit de l'ACAT est renforc e en pr sence d'une augmentation du cholest rol intracellulaire. 3. Absorption par les r cepteurs de pi geage des macrophages : En plus du r cepteur hautement sp cifique et r gul - voie m di e pour l'absorption des LDL d crite ci-dessus, les macrophages poss dent des niveaux lev s d'activit des r cepteurs de pi geage. Ces r cepteurs, connus sous le nom de r cepteurs pi geurs de classe A (SR-A), peuvent se lier un large ventail de ligands et m dier l'endocytose des LDL chimiquement modifi s dans lesquels le composant lipidique ou apo B a t oxyd . Contrairement au r cepteur LDL, le r cepteur pi geur n'est pas r gul la baisse en r ponse l'augmentation du cholest rol intracellulaire. Les esters cholest riliques s'accumulent dans les macrophages et provoquent leur transformation en cellules mousseuses , qui participent la formation de la plaque d'ath roscl rose (Fig. 18.22). Le LDL-C est la principale cause d'ath roscl rose. E. M tabolisme des lipoprot ines de haute densit Les HDL comprennent une famille h t rog ne de lipoprot ines avec un m tabolisme complexe qui n'est pas encore compl tement compris. Les particules HDL sont form es dans le sang par l'ajout de lipides l'apo A-1, une apolipoprot ine fabriqu e et s cr t e par le foie et l'intestin. Apo A-1 repr sente ~70% des apolipoprot ines dans les HDL. HDL remplit un certain nombre de fonctions importantes, notamment les suivantes. 1. Approvisionnement en apolipoprot ines : Les particules HDL servent de r servoir circulant d'apo C-II (l'apolipoprot ine qui est transf r e VLDL et aux chylomicrons et qui est un activateur de LPL) et d'apo E (l'apolipoprot ine n cessaire l'endocytose m di e par le r cepteur des restes d'IDL et de chylomicron). 2. Absorption du cholest rol non est rifi : Les HDL naissants sont des particules en forme de disque contenant principalement des phospholipides (principalement du PC) et des apo A, C et E. Ils absorbent le cholest rol des tissus non h patiques (p riph riques) et le renvoient au foie sous forme d'esters cholest raux (Fig. 18.23). [Remarque : Les particules HDL sont d'excellents accepteurs de cholest rol non est rifi en raison de leur forte concentration de phospholipides, qui sont d'importants solubilisants du cholest rol.] 3. Est rification du cholest rol : Le cholest rol absorb par le HDL est imm diatement est rifi par l'enzyme plasmatique l cithine :cholest rol acyltransf rase (LCAT, galement connue sous le nom de PCAT, dans laquelle P signifie phosphatidylcholine, la source de l'AF). Cette enzyme est synth tis e et s cr t e par le foie. LCAT se lie au HDL naissant et est activ par l'apo A-I. LCAT transf re le FA du carbone 2 du PC au cholest rol. Cela produit un ester cholestylique hydrophobe, qui est s questr au c ur du HDL, et de la lysophosphatidylcholine, qui se lie l'albumine. [Remarque : L'est rification maintient le gradient de concentration du cholest rol, ce qui permet un efflux continu de cholest rol vers le HDL.] Au fur et mesure que le HDL disco dal naissant accumule des esters cholest riliques, il devient d'abord un HDL3 sph rique, relativement pauvre en esters ch |
Biochimie_Lippincott | olest ryliques et, finalement, une particule HDL2 riche en esters cholest ril s qui transporte ces esters vers le foie. La lipase h patique, qui d grade le TAG et les phospholipides, participe la conversion de HDL2 en HDL3 (voir Fig. 18.23). Le CETP (voir p. 231) transf re une partie des esters cholest riliques du HDL au VLDL en change du TAG, soulageant ainsi l'inhibition du produit LCAT. Parce que les VLDL sont catabolis s en LDL, les esters cholest riliques transf r s par CETP sont finalement absorb s par le foie (voir p. 231). 4. Transport inverse du cholest rol : Le transfert s lectif du cholest rol des cellules p riph riques vers le HDL et du HDL vers le foie pour la synth se ou l' limination des acides biliaires par la bile est un l ment cl de l'hom ostasie du cholest rol. Ce processus de transport inverse du cholest rol (TCR) est, en partie, la base de la relation inverse observ e entre la concentration plasmatique de HDL et l'ath roscl rose et de la d signation du HDL comme le bon transporteur de cholest rol. [Remarque : l'exercice et les strog nes augmentent les niveaux de HDL.] ECR implique l'efflux de cholest rol des cellules p riph riques vers le HDL, l'est rification du cholest rol par le LCAT, la liaison du HDL riche en esters cholest ryliques (HDL2) au foie (et, peut- tre, aux cellules st ro dog nes), le transfert s lectif du esters de cholest ryle dans ces cellules et lib ration de HDL appauvri en lipides (HDL3). L'efflux de cholest rol des cellules p riph riques est m di principalement par la prot ine de transport ABCA1. [Remarque : La maladie de Tanger est une d ficience tr s rare d'ABCA1 et se caract rise par la quasi-absence de particules HDL en raison de la d gradation de l'apo A-1 pauvre en lipides.] L'absorption de l'ester cholestylique par le foie est m di e par le r cepteur de surface cellulaire SR-B1 (r cepteur pi geur de classe B de type 1) qui se lie au HDL (voir p. 232 pour les r cepteurs SR-A). La particule HDL elle-m me n'est pas absorb e. Au lieu de cela, il y a une absorption s lective de l'ester cholestylique de la particule HDL. [Remarque : Un faible HDL-C est un facteur de risque d'ath roscl rose.] ABCA1 est une prot ine de cassette de liaison l'ATP (ABC). Les prot ines ABC utilisent l' nergie de l'hydrolyse de l'ATP pour transporter des mat riaux, y compris des lipides, l'int rieur et l'ext rieur des cellules et travers les compartiments intracellulaires. En plus de la maladie de Tanger, des anomalies dans des prot ines ABC sp cifiques entra nent une sitost rol mie, une mucoviscidose, une adr noleucodystrophie li e l'X, un syndrome de d tresse respiratoire d une diminution de la s cr tion de surfactant et une maladie du foie due une diminution de la s cr tion de sels biliaires. F. Lipoprot ines (a) et maladies cardiaques La lipoprot ine (a), ou Lp(a), a une structure presque identique celle d'une particule LDL. Sa caract ristique distinctive est la pr sence d'une mol cule d'apolipoprot ine suppl mentaire, apo(a), qui est li e de mani re covalente un seul site l'apo B-100. Les niveaux circulants de Lp(a) sont d termin s principalement par la g n tique. Cependant, des facteurs tels que l'alimentation peuvent jouer un certain r le, car il a t rapport que les AF trans l'augmentent. La fonction physiologique de la Lp(a) est inconnue. Lorsqu'elle est pr sente en grande quantit dans le plasma, la Lp(a) est associ e un risque accru de maladie coronarienne. [Remarque : Apo(a) est structurellement homologue au plasminog ne, le pr curseur d'une prot ase sanguine dont la cible est la fibrine, le principal composant prot ique des caillots sanguins (voir le chapitre 35 en ligne). On suppose qu'un taux lev de Lp(a) ralentit la d gradation des caillots sanguins qui d clenchent les crises cardiaques, car il entre en comp tition avec le plasminog ne pour se lier la fibrine.] La niacine r duit la Lp(a), ainsi que le LDL-C et le TAG, et augmente le HDLC. VII. HORMONES ST RO DES Le cholest rol est le pr curseur de toutes les classes d'hormones st ro des : les glucocortico des (par exemple, le cortisol), les min ralocortico des (par exemple, l'aldost rone) et les hormones sexuelles (c'est- -dire les androg nes, les strog nes et les progestatifs), comme le montre la Figure 18.24. [Remarque : Les glucocortico des et les min ralocortico des sont collectivement appel s corticost ro des.] La synth se et la s cr tion se produisent dans le cortex surr nalien (cortisol, aldost rone et androg nes), les ovaires et le placenta ( strog nes et progestatifs) et les testicules (testost rone). Les hormones st ro des sont transport es par le sang de leurs sites de synth se vers leurs organes cibles. En raison de leur hydrophobie, ils doivent tre complex s avec une prot ine plasmatique. L'albumine peut agir comme un vecteur non sp cifique et transporte l'aldost rone. Cependant, des prot ines plasmatiques sp cifiques porteuses de st ro des se lient plus tr |
Biochimie_Lippincott | oitement aux hormones st ro des que l'albumine (par exemple, la globuline liant les corticost ro des, ou transcortine, est responsable du transport du cortisol). Un certain nombre de maladies g n tiques sont caus es par des d ficiences dans des tapes sp cifiques de la biosynth se des hormones st ro des. Certaines maladies repr sentatives sont d crites la figure 18.25. A. Synth se La synth se consiste raccourcir la cha ne hydrocarbon e du cholest rol et hydroxyler le noyau st ro dien. La r action initiale et limitant la vitesse convertit le cholest rol en pr gn nolone 21 carbones. Il est catalys par l'enzyme de clivage de la cha ne lat rale du cholest rol, une oxydase fonction mixte du cytochrome P450 (CYP) de la membrane mitochondriale interne (voir p. 149) galement connue sous le nom de P450scc et de desmolase. Le NADPH et l'O2 sont n cessaires la r action. Le substrat du cholest rol peut tre nouvellement synth tis , absorb partir de lipoprot ines ou lib r par une est rase partir d'esters de cholest rol stock s dans le cytosol des tissus st ro dog nes. Le cholest rol se d place vers la membrane mitochondriale externe. Un point de contr le important est le mouvement ult rieur de la membrane mitochondriale externe vers la membrane mitochondriale interne. Ce processus est m di par la prot ine StAR (r gulation aigu st ro dog ne). La pr gn nolone est le compos d'origine de toutes les hormones st ro des (voir Fig. 18.25). Il est oxyd puis isom ris en progest rone, qui est ensuite modifi e en autres hormones st ro des par des r actions d'hydroxylation catalys es par la prot ine CYP dans le SER et les mitochondries. Un d faut dans l'activit ou la quantit d'une enzyme dans cette voie peut entra ner une d ficience dans la synth se des hormones au-del de l' tape affect e et un exc s d'hormones ou de m tabolites avant cette tape. tant donn que tous les membres de la voie ont une activit biologique puissante, de graves d s quilibres m taboliques se produisent avec des d ficiences enzymatiques (voir Fig. 18.25). Collectivement, ces troubles sont connus sous le nom d'hyperplasies cong nitales des surr nales (HCS), car ils entra nent une hypertrophie des surr nales. [Remarque : La maladie d'Addison, due la destruction auto-immune du cortex surr nalien, est caract ris e par une insuffisance corticosurr nale.] B. Hormones st ro des corticales surr nales Les hormones st ro des sont synth tis es et s cr t es en r ponse des signaux hormonaux. Les corticost ro des et les androg nes sont fabriqu s dans diff rentes r gions du cortex surr nalien et sont s cr t s dans le sang en r ponse diff rents signaux. [Note : La m dullosurr nale fabrique des cat cholamines (voir p. 285).] 1. Cortisol : Sa production dans la couche interm diaire (zona fasciculata) du cortex surr nalien est contr l e par l'hypothalamus, auquel est attach e la glande pituitaire (Fig. 18.26). En r ponse un stress s v re (par exemple, une infection), l'hormone de lib ration de la corticotrophine (CRH), produite par l'hypothalamus, se d place travers les capillaires jusqu'au lobe ant rieur de l'hypophyse, o elle induit la production et la s cr tion de l'hormone adr nocorticotrope (ACTH), un peptide. L'ACTH stimule le cortex surr nalien synth tiser et s cr ter le cortisol glucocortico de, l'hormone du stress. [Remarque : L'ACTH se lie un r cepteur coupl la prot ine G de la membrane, ce qui entra ne la production d'AMP cyclique (AMPc) et l'activation de la prot ine kinase A ([PKA] voir p. 94). La PKA phosphoryle et active la fois l'est rase qui convertit l'ester cholest rylique en cholest rol libre et la prot ine StAR.] Le cortisol permet l'organisme de r agir au stress gr ce ses effets sur le m tabolisme interm diaire (par exemple, l'augmentation de la glucon ogen se) et les r ponses inflammatoires et immunitaires (qui sont diminu es). Lorsque les niveaux de cortisol augmentent, la lib ration de CRH et d'ACTH est inhib e. [Remarque : La r duction du cortisol dans l'HCS entra ne une augmentation de l'ACTH qui provoque une hyperplasie surr nalienne.] 2. Aldost rone : Sa production dans la couche externe (zone glom ruleuse) du cortex surr nalien est induite par une diminution du rapport plasmatique Na+/potassium (K+) et par l'hormone angiotensine II (Ang-II). L'Ang-II (un octapeptide) est produit partir de l'angiotensine I ([Ang-I] un d capeptide) par l'enzyme de conversion de l'angiotensine (ECA), une enzyme pr sente principalement dans les poumons mais galement largement distribu e dans le corps. [Remarque : L'Ang-I est produit dans le sang par clivage d'un pr curseur inactif, l'angiotensinog ne, s cr t par le foie. Le clivage est catalys par la r nine, fabriqu e et s cr t e par les reins.] L'Ang-II se lie aux r cepteurs de surface cellulaire. Cependant, contrairement l'ACTH, ses effets sont m di s par la voie du phosphatidylinositol 4,5bisphosphate (voir p. 205) et non par l'AMPc. L'effet princ |
Biochimie_Lippincott | ipal de l'aldost rone est sur les tubules r naux, o elle stimule l'absorption de Na+ et d'eau et l'excr tion de K+ (Fig. 18.27). [Remarque : Un effet de l'aldost rone est une augmentation de la pression art rielle. Les inhibiteurs comp titifs de l'ECA sont utilis s pour traiter l'hypertension d pendante de la r nine.] 3. Androg nes : Les couches interne (zona reticularis) et interm diaire du cortex surr nalien produisent des androg nes, principalement la d hydro piandrost rone et l'androst nedione. Bien que les androg nes surr naliens eux-m mes soient faibles, ils sont convertis par l'aromatase (CYP19) en testost rone, un androg ne plus fort, dans les testicules et en strog nes dans les ovaires (principalement) des femmes pr m nopaus es. [Remarque : Les femmes m nopaus es produisent des strog nes des sites extragonadiques tels que le sein. Les inhibiteurs de l'aromatase sont utilis s dans le traitement du cancer du sein sensible aux strog nes chez ces femmes.] C. Hormones st ro des gonadiques Les testicules et les ovaires (gonades) synth tisent les hormones n cessaires la diff renciation sexuelle et la reproduction. Un seul facteur de lib ration hypothalamologique, l'hormone de lib ration des gonadotrophines, stimule l'hypophyse ant rieure lib rer les glycoprot ines hormone lut inisante (LH) et hormone folliculo-stimulante (FSH). Comme l'ACTH, la LH et la FSH se lient aux r cepteurs de surface et provoquent une augmentation de l'AMPc. La LH stimule les testicules produire de la testost rone et les ovaires produire des strog nes et de la progest rone (voir Fig. 18.27). La FSH r gule la croissance des follicules ovariens et stimule la spermatogen se testiculaire. D. M canisme Chaque hormone st ro de se diffuse travers la membrane plasmique de sa cellule cible et se lie un r cepteur cytosolique ou nucl aire sp cifique. Ces complexes r cepteur-ligand s'accumulent dans le noyau, se dim risent et se lient des s quences d'ADN r gulatrices sp cifiques ( l ments de r ponse hormonale [HRE]) en association avec des prot ines coactivatrices, provoquant ainsi une augmentation de la transcription des g nes cibl s (Fig. 18.28). Une EDH se trouve dans le promoteur ou un l ment amplificateur (voir p. 440) pour les g nes qui r pondent une hormone st ro de sp cifique, assurant ainsi une r gulation coordonn e de ces g nes. Les complexes hormones-r cepteurs peuvent galement inhiber la transcription en association avec des cor presseurs. [Remarque : La liaison d'une hormone son r cepteur provoque un changement conformationnel dans le r cepteur qui d couvre son domaine de liaison l'ADN, permettant au complexe d'interagir par le biais d'un motif de doigt de zinc avec la s quence d'ADN appropri e. Les r cepteurs des hormones st ro des, ainsi que ceux de l'hormone thyro dienne, de l'acide r tino que (voir p. 386) et du 1,25-dihydroxychol calcif rol (vitamine D ; voir p. 390), sont membres d'une superfamille de r gulateurs de g nes structurellement apparent s qui fonctionnent de mani re similaire.] E. M tabolisme suppl mentaire Les hormones st ro des sont g n ralement converties en produits d'excr tion m tabolique inactifs dans le foie. Les r actions comprennent la r duction des liaisons insatur es et l'introduction de groupes hydroxyles suppl mentaires. Les structures r sultantes sont rendues plus solubles par conjugaison avec de l'acide glucuronique ou du sulfate (du 3'phosphoad nosyl-5'-phosphosulfate ; voir p. 162). Ces m tabolites conjugu s sont assez solubles dans l'eau et n'ont pas besoin de transporteurs prot iques. Ils sont limin s dans les mati res f cales et l'urine. VIII. R SUM DU CHAPITRE Le cholest rol est un compos hydrophobe, avec un seul groupe hydroxyle situ au carbone 3 de l'anneau A, auquel un acide gras (AG) peut tre attach , produisant un ester cholest rylique encore plus hydrophobe. Le cholest rol est synth tis par pratiquement tous les tissus humains, mais principalement par le foie, l'intestin, le cortex surr nalien et les tissus reproducteurs (Fig. 18.29). Tous les atomes de carbone sont fournis par l'ac tyl coenzyme A (CoA), et le nicotinamide ad nine dinucl otide phosphate fournit les quivalents r ducteurs. La voie est entra n e par l'hydrolyse de la liaison thioester haute nergie de l'ac tyl CoA et de la liaison phosphate terminale de l'ATP. La synth se n cessite des enzymes du cytosol, du r ticulum endoplasmique lisse (SER) et des peroxysomes. L' tape limitante et r gul e de la synth se du cholest rol est catalys e par la prot ine hydroxym thylglutaryl coenzyme A (HMG CoA) r ductase, une prot ine membranaire du SER, qui produit du m valonate partir de l'HMG CoA. L'enzyme est r gul e par un certain nombre de m canismes : 1) augmentation de l'expression du g ne de la r ductase lorsque le taux de cholest rol est bas, via le facteur de transcription, l' l ment r gulateur des st rols-2 (SREBP-2), li un l ment r gulateur des st rols (SRE), entra nant une a |
Biochimie_Lippincott | ugmentation de la synth se de l'enzyme et, par cons quent, du cholest rol ; 2) d gradation acc l r e de la prot ine r ductase lorsque le taux de cholest rol est lev ; 3) la phosphorylation (provoquant l'inactivation de l'activit de la r ductase) par l'ad nosine monophosphate-prot ine kinase activ e [AMPK] et la d phosphorylation (activation) par une phosphoprot ine phosphatase ; et 4) la r gulation hormonale par l'insuline et le glucagon. Les statines sont des inhibiteurs comp titifs de l'HMG CoA r ductase. Ces m dicaments sont utilis s pour diminuer le cholest rol plasmatique chez les patients atteints d'hypercholest rol mie. La structure cyclique du cholest rol ne peut pas tre d grad e chez l'homme. Le cholest rol est limin de l'organisme soit par conversion en sels biliaires, soit par s cr tion dans la bile. Les sels biliaires et la phosphatidylcholine (PC) sont quantitativement les composants organiques les plus importants de la bile. L' tape limitant le taux de synth se des acides biliaires est catalys e par la cholest rol-7- hydroxylase, qui est inhib e par les acides biliaires. Avant que les acides biliaires ne quittent le foie, ils sont conjugu s une mol cule de glycine ou de taurine, produisant les sels biliaires conjugu s acide glycocholique ou taurocholique et acide glycoch nod soxycholique ou taurochenod soxycholique. Les sels biliaires (d proton s) sont plus amphipathiques que les acides biliaires (proton s) et, par cons quent, sont des mulsifiants plus efficaces des graisses alimentaires. Les bact ries intestinales peuvent liminer la glycine et la taurine ainsi qu'un groupe hydroxyle du noyau st ro de, produisant les sels biliaires secondaires, acides d soxycholique et litocholique. Les sels biliaires sont efficacement r absorb s (>95 %) dans l'il on intestinal par un cotransporteur sodium-sels biliaires, renvoy s dans le sang et transport s par l'albumine vers le foie o ils sont absorb s par l'isoforme h patique du cotransporteur et r utilis s (circulation ent roh patique, que les ch lateurs des acides biliaires r duisent). Si plus de cholest rol p n tre dans la bile que ce qui peut tre solubilis par les sels biliaires disponibles et le PC, une maladie des calculs biliaires du cholest rol (chol lithiase) peut survenir. Les lipoprot ines plasmatiques (voir Fig. 18.29) comprennent les chylomicrons, les lipoprot ines de tr s basse densit (VLDL), les lipoprot ines de densit interm diaire (IDL), les lipoprot ines de basse densit (LDL) et les lipoprot ines de haute densit (HDL). Ils ont pour fonction de maintenir les lipides (principalement le triacylglyc rol [TAG] et les esters de cholest ryle) solubles lorsqu'ils les transportent entre les tissus. Les lipoprot ines sont compos es d'un noyau lipidique neutre (TAG, esters de cholest rol ou les deux) entour d'une coquille d'apolipoprot ines amphipathiques, de phospholipides et de cholest rol non est rifi . Les chylomicrons sont assembl s dans les cellules de la muqueuse intestinale partir de lipides alimentaires (principalement TAG). Chaque particule naissante de chylomicron poss de une mol cule d'apolipoprot ine (apo) B-48. Ils sont lib r s des cellules dans le syst me lymphatique et se d placent vers le sang, o ils re oivent l'apo C-II et l'apo E du HDL. Apo C-II active la lipoprot ine lipase endoth liale (LPL), qui d grade le TAG dans les chylomicrons en FA et glyc rol. Les AGA lib r s sont stock s (dans le tissu adipeux) ou utilis s pour l' nergie (dans le muscle). Le glyc rol est m tabolis par le foie. Les patients pr sentant un d ficit en LPL ou apo C-II pr sentent une accumulation spectaculaire de chylomicrons dans le plasma (hyperlipoprot in mie de type I ou chylomicron mie familiale) m me jeun. Une fois que la majeure partie du TAG a t retir e, l'apo C-II est renvoy au HDL, et le reste du chylomicron, transportant la majeure partie du cholest rol alimentaire, se lie un r cepteur h patique qui reconna t l'apo E. La particule est endocytos e et son contenu est d grad par des enzymes lysosomales. Une absorption d fectueuse de ces restes (et de l'IDL) provoque une hyperlipoprot in mie de type III ou une dysb talipoprot in mie. Les VLDL naissants sont produits dans le foie et sont compos s principalement de TAG. Ils contiennent une seule mol cule d'apo B-100. Comme les chylomicrons, les VLDL re oivent l'apo C-II et l'apo E du HDL dans le plasma. Les VLDL transportent le TAG h patique vers les tissus p riph riques o le LPL d grade le lipide. De plus, la particule VLDL re oit des esters cholest riliques du HDL en change de TAG. Ce processus est accompli par la prot ine de transfert d'ester de cholest rol (CETP). Le VLDL dans le plasma est d'abord converti en IDL, puis en LDL, une particule beaucoup plus petite et plus dense. Apo C-II et apo E sont renvoy s au HDL, mais le LDL conserve l'apo B-100, qui est reconnu par les r cepteurs des tissus p riph riques et du foie. Les LDL subissent une endocytose m di e par l |
Biochimie_Lippincott | es r cepteurs et leur contenu est d grad dans les lysosomes. La prot ase prot ase convertase subtilisine/kexine de type 9 (PCSK9) emp che le recyclage des r cepteurs. Des d fauts dans la synth se des r cepteurs LDL fonctionnels provoquent une hyperlipoprot in mie de type IIa (hypercholest rol mie familiale [HF]). Le cholest rol endocytos diminue l'expression de l'HMG CoA r ductase (et des r cepteurs LDL) en emp chant la liaison de SREBP-2 au SRE. Une partie peut tre est rifi e par l'acyl CoA :cholest rol acyltransf rase (ACAT) et stock e. Les HDL sont cr s par la lipidation de l'apo A-1 synth tis dans le foie et l'intestin. Ils ont un certain nombre de fonctions, notamment 1) servir de r servoir circulant d'apo C-II et d'apo E pour les chylomicrons et les VLDL ; 2) l' limination du cholest rol des tissus p riph riques via ABCA1 et son est rification l'aide de la l cithine :cholest rol acyltransf rase (LCAT), une enzyme plasmatique synth tis e par le foie qui est activ e par l'apo A-1 ; et 3) l'administration de ces esters cholest ryliques au foie (transport inverse du cholest rol) pour l'absorption par le r cepteur de pi geage B1 (SR-B1). Le cholest rol est le pr curseur de toutes les classes d'hormones st ro des, qui comprennent les glucocortico des, les min ralocortico des et les hormones sexuelles (androg nes, strog nes et progestatifs). La synth se, utilisant principalement des oxydases fonction mixte du cytochrome P450, se produit dans le cortex surr nalien (cortisol dans la zone fascicul e, aldost rone dans la zone glom rulique et androg nes dans la zone r ticulaire), les ovaires et le placenta ( strog nes et progestatifs) et les testicules (testost rone). L' tape initiale et limitante est la conversion du cholest rol en pr gn nolone par l'enzyme de clivage de la cha ne lat rale P450scc. Les d ficiences en synth se conduisent l'hyperplasie cong nitale des surr nales (HCS). Chaque hormone st ro de se diffuse travers la membrane plasmique de sa cellule cible et se lie un r cepteur intracellulaire sp cifique. Ces complexes r cepteurs-hormones s'accumulent dans le noyau, se dim risent et se lient des s quences d'ADN r gulatrices sp cifiques ( l ments de r ponse hormonale) en association avec des prot ines coactivatrices, provoquant ainsi une augmentation de la transcription des g nes cibl s. En association avec des cor presseurs, la transcription est diminu e. lipoprot ines ; TAG = triacylglyc rol ; NADPH = nicotinamide ad nine dinucl otide phosphate ; C = carbone. Choisissez UNE meilleure r ponse. 8.1. Des souris ont t g n tiquement modifi es pour contenir de l'hydroxym thylglutaryl coenzyme A r ductase dans laquelle la s rine 871, un site de phosphorylation, a t remplac e par de l'alanine. Laquelle des affirmations suivantes concernant la forme modifi e de l'enzyme est la plus susceptible d' tre correcte ? Un. L'enzyme ne r pond pas la d pl tion en ATP. B. L'enzyme ne r pond pas aux statines. C. L'enzyme ne r pond pas au syst me prot ique de liaison de l' l ment de r ponse st rol- l ment de r ponse st rol. D. L'enzyme ne peut pas tre d grad e par le syst me ubiquitine-prot asome. Bonne r ponse = A. La r ductase est r gul e par la phosphorylation covalente et la d phosphorylation. La d pl tion de l'ATP entra ne une augmentation de l'ad nosine monophosphate (AMP), qui active l'AMP kinase (AMPK), phosphorylant et inactivant ainsi la r ductase. En l'absence de s rine, un site de phosphorylation commun, l'enzyme ne peut pas tre phosphoryl e par l'AMPK. L'enzyme est galement r gul e physiologiquement par des modifications de la transcription et de la d gradation et pharmacologiquement par des statines (inhibiteurs comp titifs), mais aucun d'entre eux ne d pend de la phosphorylation de la s rine. 8.2. Calculer la quantit de cholest rol dans les lipoprot ines de basse densit chez un individu dont le sang jeun a donn les r sultats suivants : cholest rol total = 300 mg/dl, cholest rol des lipoprot ines de haute densit = 25 mg/dl, triglyc rides = 150 mg/dl. A. 55 mg/dl B. 95 mg/dl C. 125 mg/dl D. 245 mg/dl Bonne r ponse = D. Le cholest rol total dans le sang d'une personne jeun est gal la somme du cholest rol dans les lipoprot ines de basse densit plus le cholest rol dans les lipoprot ines de haute densit plus le cholest rol dans les lipoprot ines de tr s basse densit (VLDL). Ce dernier terme est calcul en divisant la valeur du triacylglyc rol par 5, car le cholest rol repr sente environ 1/5 du volume de VLDL dans le sang jeun. Pour les questions 18.3 et 18.4, utilisez le sc nario suivant. Une jeune fille ayant des ant c dents de douleurs abdominales s v res a t transport e l'h pital local 5 heures du matin en d tresse grave. Du sang a t pr lev et le plasma semblait laiteux, avec un taux de triacylglyc rol >2 000 mg/dl (normal = 4-150 mg/dl). Le patient a t soumis un r gime extr mement pauvre en mati res grasses, mais compl t par des triglyc ride |
Biochimie_Lippincott | s cha ne moyenne. 8.3. Parmi les particules de lipoprot ines suivantes, lesquelles sont les plus susceptibles d' tre responsables de l'apparition du plasma du patient ? A. ChylomicronsB. Lipoprot ines de haute densit C. Lipoprot ines de densit interm diaire D. Lipoprot ines de basse densit taux lev s de cholest rol lipoprot ines de haute densit (HDL C) ont t associ es une diminution du risque de maladie cardiaque (voir p. 235). [Remarque : Un taux lev de triacylglyc rol plasmatique (TAG) est associ la coronaropathie, mais une relation causale n'a pas encore t d montr e.] Des taux anormaux de lipides plasmatiques (dyslipid mies) agissent en combinaison avec le tabagisme, l'ob sit , le mode de vie s dentaire, la r sistance l'insuline et d'autres facteurs de risque pour augmenter le risque de coronaropathie. 2. Avantages de la r duction du cholest rol plasmatique : Le traitement di t tique ou m dicamenteux de l'hypercholest rol mie s'est av r efficace pour diminuer le LDLC, augmenter le HDL-C et r duire le risque d' v nements cardiovasculaires. Les changements induits par l'alimentation dans les concentrations de cholest rol plasmatique sont modestes, g n ralement de 10 20 %, tandis que le traitement par statines diminue le cholest rol plasmatique de 30 60 % (voir p. 224). [Remarque : Le traitement di t tique et m dicamenteux peut galement r duire le TAG.] B. Graisses alimentaires et lipides plasmatiques Les TAG sont quantitativement la classe la plus importante de graisses alimentaires. L'influence du TAG sur les lipides sanguins est d termin e par la nature chimique de ses acides gras constitutifs. L'absence ou la pr sence et le nombre de doubles liaisons (satur es ou mono-insatur es et polyinsatur es), l'emplacement des doubles liaisons ( -6 contre -3) et la configuration cis ou trans des acides gras insatur s sont les caract ristiques structurelles les plus importantes qui influencent les lipides sanguins. 1. Graisses satur es : Les TAG compos s principalement d'acides gras dont les cha nes d'hydrocarbures ne contiennent pas de doubles liaisons sont appel s graisses satur es. La consommation de graisses satur es est associ e positivement des taux lev s de cholest rol plasmatique total et de LDL-C et un risque accru de coronaropathie. Les principales sources d'acides gras satur s sont les produits laitiers et carn s et certaines huiles v g tales, telles que les huiles de noix de coco et de palme (une source majeure de graisses en Am rique latine et en Asie, mais pas aux tats-Unis). De nombreux experts conseillent fortement de limiter la consommation de graisses satur es <10% de l'apport calorique total et de les remplacer par des graisses insatur es (et des grains entiers). Les acides gras satur s avec des longueurs de cha ne carbon e de 14 (myristique) et 16 (palmitique) sont les plus puissants pour augmenter le taux de cholest rol plasmatique. L'acide st arique (18 carbones, pr sent dans de nombreux aliments, y compris le chocolat) a peu d'effet sur le cholest rol sanguin. 2. Graisses monoinsatur es : Les TAG contenant principalement des acides gras avec une double liaison sont appel s graisses monoinsatur es. Les acides gras monoinsatur s (AGMI) sont g n ralement obtenus partir d'huiles v g tales. Lorsqu'ils sont substitu s aux acides gras satur s dans l'alimentation, les AGMI abaissent la fois le cholest rol plasmatique total et le LDL-C et maintiennent ou augmentent le HDL-C. Cette capacit des AGMI modifier favorablement les niveaux de lipoprot ines peut expliquer, en partie, l'observation selon laquelle les cultures m diterran ennes, avec des r gimes riches en huile d'olive (riche en acide ol ique monoinsatur ), montrent une faible incidence de coronaropathie. [Remarque : Bien qu'il n'y ait pas d'AMDR pour les AGMI, une recommandation courante est de 10 % 20 % de l'apport calorique.] un. Le r gime m diterran en : Le r gime m diterran en est un exemple de r gime riche en AGMI ( partir d'huile d'olive) et en acides gras polyinsatur s ou AGPI ( partir d'huiles de poisson, d'huiles v g tales et de certaines noix) mais pauvre en graisses satur es. Par exemple, la figure 27.11 montre la composition du r gime m diterran en par rapport un r gime occidental similaire celui consomm aux tats-Unis et un r gime pauvre en graisses typique. Le r gime m diterran en contient des aliments frais de saison, avec une abondance de mati res v g tales, de faibles quantit s de viande rouge et de l'huile d'olive comme principale source de graisse. Le r gime m diterran en est associ une diminution du cholest rol total plasmatique et du LDL-C, une diminution du TAG et une augmentation du HDL-C par rapport un r gime occidental typique plus riche en graisses satur es. 3. Graisses polyinsatur es : Les TAG contenant principalement des acides gras avec plus d'une double liaison sont appel s graisses polyinsatur es. Les effets des AGPI sur les maladies cardiovas |
Biochimie_Lippincott | culaires sont influenc s par l'emplacement des doubles liaisons au sein de la mol cule. a. -6 Acides gras : Il s'agit d'AGPI longue cha ne, la premi re double liaison commen ant la sixi me position de liaison lorsqu'elle part de l'extr mit m thyle ( ) de la mol cule d'acide gras. [Remarque : Ils sont galement appel s acides gras n-6 (voir p. 182).] La consommation de graisses contenant des AGPI -6, principalement de l'acide linol ique (18:2 [9,12]), obtenue partir d'huiles v g tales, abaisse le cholest rol plasmatique lorsqu'elle est substitu e aux graisses satur es. Le LDL-C plasmatique est abaiss , mais le HDL-C, qui prot ge contre les coronaropathies, est galement abaiss , ce qui compense partiellement les avantages de la r duction du LDL-C. Les noix, les avocats, les olives, le soja et diverses huiles, y compris l'huile de tournesol et de ma s, sont des sources courantes de ces acides gras. L'AMDR pour l'acide linol ique est de 5 10 %. [Remarque : La recommandation plus faible pour l'apport en AGPI par rapport aux AGMI est due la crainte que l'oxydation m di e par les radicaux libres (peroxydation) des AGPI puisse conduire des produits d l t res.] b. -3 Acides gras : Il s'agit d'AGPI longue cha ne, la premi re double liaison commen ant la troisi me position de liaison partir de l'extr mit m thyle ( ). Les AGPI -3 alimentaires suppriment les arythmies cardiaques, r duisent le TAG plasmatique, diminuent la tendance la thrombose, abaissent la pression art rielle et r duisent consid rablement le risque de mortalit cardiovasculaire (Fig. 27.12), mais ils ont peu d'effet sur les taux de LDL-C ou de HDL-C. Les preuves sugg rent qu'ils ont des effets anti-inflammatoires. Les AGPI -3, principalement l'acide -linol nique, 18:3(9,12,15), se trouvent dans les huiles v g tales, comme les graines de lin et le canola, et dans certaines noix, comme les noix. L'AMDR pour l'acide linol nique est de 0,6 % 1,2 %. L'huile de poisson contient de l'acide docosahexa no que -3 longue cha ne (DHA, 22:6) et de l'acide eicosapenta no que (EPA, 20:5). Deux repas de poissons gras (par exemple, du saumon) par semaine sont recommand s. Pour les patients atteints de coronaropathie document e, 1 g/jour d'huiles de poisson est recommand , tandis que 2 4 g/jour sont prescrits pour abaisser le TAG. [Remarque : le DHA est inclus dans les pr parations pour nourrissons pour favoriser le d veloppement du cerveau.] Les acides linol ique et -linol nique sont des acides gras essentiels (AGE) n cessaires la fluidit membranaire et la synth se des eicosano des (voir p. 213). La carence en AGE, caus e principalement par la malabsorption des graisses, est caract ris e par une dermatite squameuse r sultant de l' puisement des c ramides cutan s en acides gras longue cha ne (voir p. 206). = acide eicosapenta no que (20:5) ; DHA = acide docosahexa no que (22:6). 4. Acides gras trans : Les acides gras trans (Fig. 27.13) sont chimiquement class s comme acides gras insatur s, mais se comportent davantage comme des acides gras satur s dans le corps car ils l vent le LDL-C et r duisent le HDL-C, augmentant ainsi le risque de coronaropathie. Les acides gras trans ne sont pas pr sents naturellement dans les plantes, mais en petites quantit s chez les animaux. Cependant, des acides gras trans se forment lors de l'hydrog nation des huiles v g tales (par exemple, dans la fabrication de la margarine et de l'huile v g tale partiellement hydrog n e). Les acides gras trans sont un composant majeur de nombreux produits de boulangerie commerciaux, tels que les biscuits, et de la plupart des aliments frits. De nombreux fabricants ont reformul leurs produits pour qu'ils soient exempts de gras trans. En 2006, la Food and Drug Administration des tats-Unis a exig que les tiquettes de la valeur nutritive (voir p. 100). 370) d crivent la teneur en gras trans des aliments emball s. D'ici 2018, pratiquement aucun acide gras trans industriel ne sera autoris dans les aliments. 5. Cholest rol alimentaire : Le cholest rol ne se trouve que dans les produits d'origine animale. L'effet du cholest rol alimentaire sur le cholest rol plasmatique (Fig. 27.14) est moins important que la quantit et les types d'acides gras consomm s. De nombreux experts recommandent 300 mg/jour. Cependant, avoir une limite sup rieure est devenu controvers . une augmentation de l'apport en cholest rol alimentaire. C. Autres facteurs alimentaires influant sur les maladies coronariennes Une consommation mod r e d'alcool (jusqu' 1 verre/jour pour les femmes et jusqu' 2 verres/jour pour les hommes) diminue le risque de coronaropathie, car il existe une corr lation positive entre la consommation mod r e d'alcool ( thanol) et la concentration plasmatique de HDL-C. Cependant, en raison des dangers potentiels de l'abus d'alcool, les professionnels de la sant h sitent recommander une consommation accrue d'alcool leurs patients. Le vin rouge peut offr |
Biochimie_Lippincott | ir des avantages cardioprotecteurs en plus de ceux r sultant de sa teneur en alcool (par exemple, le vin rouge contient des compos s ph noliques qui inhibent l'oxydation des lipoprot ines ; voir p. 235). [Remarque : Ces antioxydants sont galement pr sents dans les raisins secs et le jus de raisin.] La figure 27.15 r sume le Effets des graisses alimentaires. [Remarque : Des tudes r centes (y compris des m ta-analyses) ont soulev des questions concernant les lignes directrices actuelles pour les graisses alimentaires dans la pr vention des maladies coronariennes.] VI. GLUCIDES ALIMENTAIRES Le r le principal des glucides alimentaires est de fournir de l' nergie. Bien que l'apport calorique autod clar aux tats-Unis ait atteint un sommet en 2003 et qu'il soit maintenant en baisse, l'incidence de l'ob sit a consid rablement augment (voir p. 349). Au cours de la m me p riode, la consommation de glucides a consid rablement augment ( mesure que la consommation de graisses diminuait), ce qui a conduit certains observateurs tablir un lien entre l'ob sit et la consommation de glucides. Cependant, l'ob sit a galement t li e des modes de vie de plus en plus inactifs et des aliments riches en calories servis en portions plus grandes. Les glucides ne font pas grossir par nature. A. Classification Les glucides alimentaires sont class s en sucres simples (monosaccharides et disaccharides), en sucres complexes (polysaccharides) et en fibres. 1. Monosaccharides : Le glucose et le fructose sont les principaux monosaccharides pr sents dans les aliments. Le glucose est abondant dans les fruits, le ma s sucr , le sirop de ma s et le miel. Le fructose libre se trouve avec le glucose libre dans le miel et les fruits (par exemple, les pommes). un. Sirop de ma s haute teneur en fructose : Les sirops de ma s haute teneur en fructose (HFCS) sont des sirops de ma s qui ont subi un traitement enzymatique pour convertir leur glucose en fructose et ont ensuite t m lang s avec du sirop de ma s pur (100 % de glucose) pour produire la douceur souhait e. Aux tats-Unis, le SHTF 55 (contenant 55 % de fructose et 42 % de glucose) est couramment utilis comme substitut du saccharose dans les boissons, y compris les boissons sans alcool, et le SHTF 42 est utilis dans les aliments transform s. La composition et le m tabolisme du HFCS et du saccharose sont similaires, la principale diff rence tant que le HFCS est ing r sous forme de m lange de monosaccharides (Fig. 27.16). La plupart des tudes n'ont montr aucune diff rence significative entre les repas de saccharose et de HFCS dans les r ponses postprandiales au glucose ou l'insuline. [Remarque : L'augmentation de l'utilisation du HFCS est parall le l'augmentation de l'ob sit , mais aucune relation de cause effet n'a t d montr e.] (B) conduit l'absorption du glucose et du fructose. 2. Disaccharides : Les disaccharides les plus abondants sont le saccharose (glucose + fructose), le lactose (glucose + galactose) et le maltose (glucose + glucose). Le saccharose est un sucre de table ordinaire et est abondant dans la m lasse et le sirop d' rable. Le lactose est le principal sucre pr sent dans le lait. Le maltose est un produit de la digestion enzymatique des polysaccharides. On le trouve galement en quantit s importantes dans la bi re et les liqueurs de malt. Le terme sucre fait r f rence aux monosaccharides et aux disaccharides. Les sucres ajout s sont les sucres et sirops (tels que le HFCS) ajout s aux denr es alimentaires au cours de la transformation ou de la pr paration. 3. Polysaccharides : Les glucides complexes sont des polysaccharides (le plus souvent des polym res de glucose) qui n'ont pas de go t sucr . L'amidon est un exemple de glucide complexe que l'on trouve en abondance dans les plantes. Les sources courantes comprennent le bl et d'autres c r ales, les pommes de terre, les pois et les haricots secs (l gumineuses) et les l gumes. 4. Fibres : Les fibres alimentaires sont d finies comme les glucides non digestibles et non amidon et la lignine (un polym re non glucidique des alcools aromatiques) pr sents intacts dans les plantes. Les fibres solubles sont la partie comestible des plantes qui r siste la digestion et l'absorption dans l'intestin gr le humain, mais qui est compl tement ou partiellement ferment e par les bact ries en acides gras cha ne courte dans le gros intestin. Les fibres insolubles passent dans le tube digestif en grande partie inchang es. Les fibres alimentaires fournissent peu d' nergie mais ont plusieurs effets b n fiques. Tout d'abord, il ajoute du volume l'alimentation (Fig. 27.17). Les fibres peuvent absorber 10 15 fois leur propre poids en eau, attirant le liquide dans la lumi re de l'intestin et augmentant la motilit intestinale et favorisant les selles (laxation). Les fibres solubles retardent la vidange gastrique et peuvent entra ner une sensation de sati t . Cette vidange retard e entra ne |
Biochimie_Lippincott | galement une r duction des pics de glyc mie apr s un repas. Deuxi mement, il a t d montr que la consommation de fibres solubles abaisse les niveaux de LDL-C en augmentant l'excr tion d'acides biliaires f caux et en interf rant avec la r absorption des acides biliaires (voir p. 225). Par exemple, les r gimes riches (25 50 g/jour) en son d'avoine soluble sont associ s une r duction modeste, mais significative, du risque de coronaropathie en abaissant les taux de cholest rol total et de LDL-C. De plus, les r gimes riches en fibres diminuent le risque de constipation, d'h morro des et de diverticulose. L'AS pour les fibres alimentaires est de 25 g/jour pour les femmes et de 38 g/jour pour les hommes. Cependant, la plupart des r gimes am ricains sont beaucoup plus faibles en fibres ~15 g / jour. [Remarque : Fibre fonctionnelle est le terme utilis pour les fibres isol es qui ont des avantages prouv s pour la sant , tels que les suppl ments de fibres disponibles dans le commerce.] B. Glucides alimentaires et glyc mie Certains aliments contenant des glucides produisent une augmentation rapide suivie d'une forte baisse de la glyc mie, tandis que d'autres entra nent une augmentation progressive suivie d'une lente baisse (Fig. 27.18). Ainsi, ils diff rent dans leur r ponse glyc mique (GR). [Remarque : la fibre mousse le GR.] L'indice glyc mique (IG) classe les aliments riches en glucides sur une chelle de 0 100 en fonction du RG qu'ils provoquent par rapport au GR caus par la m me quantit (50 g) de glucides consomm e sous forme de pain blanc ou de glucose. Un IG faible est de <55, tandis qu'un IG lev est de 70. Les preuves sugg rent qu'un r gime faible IG am liore le contr le de la glyc mie chez les personnes diab tiques. Les aliments faible IG ont tendance cr er une sensation de sati t sur une plus longue p riode de temps et peuvent tre utiles pour limiter l'apport calorique. [Remarque : La quantit d'une portion typique d'un aliment augmente la glyc mie est appel e charge glyc mique (GL). Un aliment (par exemple, les carottes) peut avoir un IG lev et un GL faible.] C. Besoins en glucides Les glucides ne sont pas des nutriments essentiels, car les squelettes carbon s de la plupart des acides amin s peuvent tre convertis en glucose (voir p. 261). Cependant, l'absence de glucides alimentaires conduit la c togen se (voir p. 195) et la d gradation des prot ines corporelles dont les acides amin s constitutifs fournissent des squelettes carbon s pour la glucon ogen se (voir p. 118). L'AJR en glucides est fix 130 g/jour pour l'adulte et l'enfant, en fonction de la quantit de glucose utilis e par les tissus d pendants des glucides, tels que le cerveau et les rythrocytes. Cependant, ce niveau d'apport est g n ralement d pass . Les adultes devraient consommer 45 65 % de leurs calories totales partir de glucides. Il est maintenant recommand que les sucres ajout s ne repr sentent pas plus de 10 % de l'apport nerg tique total en raison des craintes qu'ils puissent remplacer les aliments riches en nutriments de l'alimentation. [Remarque : les sucres ajout s sont associ s l'augmentation du poids corporel et au diab te de type 2.] D. Sucres simples et maladies Il n'y a aucune preuve directe que la consommation de sucres simples naturellement pr sents dans les aliments est nocive. Contrairement au folklore, les r gimes riches en saccharose n'entra nent pas de diab te ou d'hypoglyc mie. De plus, contrairement la croyance populaire, les glucides ne font pas grossir de mani re inh rente. Ils produisent 4 kcal/g (soit l' quivalent des prot ines et moins de la moiti de celui des mati res grasses ; voir Fig. 27.5) et n'entra nent la synth se des graisses que lorsqu'ils sont consomm s en exc s des besoins nerg tiques de l'organisme. Cependant, il existe une association entre la consommation de saccharose et les caries dentaires, en particulier en l'absence de traitement au fluorure (voir p. 405). VII. PROT INES ALIMENTAIRES L'AMDR pour les prot ines est de 10 % 35 %. Les prot ines alimentaires fournissent les acides amin s essentiels (voir Fig. 20.2, p. 262). Neuf des 20 acides amin s n cessaires la synth se des prot ines du corps sont essentiels (c'est- -dire qu'ils ne peuvent pas tre synth tis s chez l'homme). A. Qualit des prot ines La qualit d'une prot ine alimentaire est une mesure de sa capacit fournir les acides amin s essentiels (AAE) n cessaires au maintien des tissus. La plupart des agences gouvernementales ont adopt le score de digestibilit des prot ines score d'acides amin s corrig (PDCAAS) comme norme pour valuer la qualit des prot ines. Le PDCAAS est bas sur le profil de l'EAA apr s correction de la digestibilit de la prot ine. Le score le plus lev possible selon ces directives est de 1,00. Ce score d'acides amin s fournit une m thode pour quilibrer les apports en prot ines de qualit inf rieure avec les prot ines alimentaires de haute qual |
Biochimie_Lippincott | it . 1. Prot ines d'origine animale : Les prot ines d'origine animale (viande, volaille, lait et poisson) sont de haute qualit car elles contiennent tous les EAA dans des proportions similaires celles requises pour la synth se des prot ines des tissus humains (Fig. 27.19), et elles sont plus facilement dig r es. [Remarque : La g latine pr par e partir de collag ne animal est une exception. Il a une faible valeur biologique en raison de carences dans plusieurs EAA.] 2. Prot ines d'origine v g tale : Les prot ines v g tales ont une qualit inf rieure celle des prot ines animales. Cependant, les prot ines de diff rentes sources v g tales peuvent tre combin es de telle sorte que la valeur nutritionnelle du r sultat soit quivalente celle des prot ines animales. Par exemple, le bl (d ficient en lysine mais riche en m thionine) peut tre combin avec des haricots rouges (pauvres en m thionine mais riches en lysine) pour produire une valeur biologique sup rieure celle de l'une ou l'autre des prot ines constitutives (Fig. 27.20). [Remarque : Les prot ines animales peuvent galement compl ter la valeur biologique des prot ines v g tales.] B. Bilan azot L' quilibre azot se produit lorsque la quantit d'azote consomm e est gale celle de l'azote excr t dans l'urine (principalement sous forme d'azote ur ique urinaire, ou UUN), la sueur et les mati res f cales. La plupart des adultes en bonne sant sont normalement en quilibre azot . [Remarque : Il y a en moyenne 1 g d'azote dans 6,25 g de prot ines.] 1. Bilan azot positif : Cela se produit lorsque l'apport en azote d passe l'excr tion d'azote. Il est observ lors de situations dans lesquelles la croissance des tissus se produit, par exemple, dans l'enfance, la grossesse ou lors de la r cup ration d'une maladie maciante. 2. Bilan azot n gatif : Cela se produit lorsque la perte d'azote est sup rieure l'apport en azote. Il est associ une insuffisance de prot ines alimentaires ; manque d'un acide amin essentiel ; ou lors de stress physiologiques, tels que des traumatismes, des br lures, une maladie ou une intervention chirurgicale. Le bilan azot (N) (g Nin g Nout) sur une p riode de 24 heures peut tre d termin par la formule quilibre azot = apport en prot ines en g/6,25 (UUN + 4 g), o 4 g tient compte de la perte urinaire sous des formes autres que UUN plus la perte de peau et de mati res f cales. Besoins en prot ines La quantit de prot ines alimentaires requise dans l'alimentation varie en fonction de sa valeur biologique. Plus la proportion de prot ines animales dans l'alimentation est importante, moins les besoins en prot ines sont importants. L'AJR pour les prot ines est calcul pour les prot ines de valeur biologique mixte 0,8 g/kg de poids corporel pour les adultes, ou ~56 g de prot ines pour un individu de 70 kg. Les personnes qui font de l'exercice intense sur une base r guli re peuvent b n ficier d'un suppl ment de prot ines pour maintenir la masse musculaire, et un apport quotidien de ~1 g / kg a t recommand pour les athl tes. Les femmes enceintes ou allaitantes ont besoin d'un apport de base pouvant aller jusqu' 30 g/jour. Pour favoriser la croissance, les nourrissons doivent consommer 2 g/kg/jour. [Remarque : Les tats pathologiques influencent les besoins en prot ines. Une restriction prot ique peut tre n cessaire dans les maladies r nales, tandis que les br lures n cessitent un apport accru en prot ines.] 1. Consommation d'un exc s de prot ines : Il n'y a aucun avantage physiologique consommer plus de prot ines que l'AJR. Les prot ines consomm es en sus des besoins de l'organisme sont d samin es et les squelettes carbon s qui en r sultent sont m tabolis s pour fournir de l' nergie ou de l'ac tylcoenzyme A pour la synth se des acides gras. Lorsque l'exc s de prot ines est limin de l'organisme sous forme d'azote urinaire, il s'accompagne souvent d'une augmentation du calcium urinaire, augmentant ainsi le risque de n phrolithiase (calculs r naux) et d'ost oporose. 2. L'effet d' pargne prot ique des glucides : Les besoins en prot ines de l'alimentation sont influenc s par la teneur en glucides de l'alimentation. Lorsque l'apport en glucides est faible, les acides amin s sont d samin s pour fournir des squelettes carbon s pour la synth se du glucose n cessaire comme carburant au syst me nerveux central. Si l'apport en glucides est de <130 g/jour, des quantit s substantielles de prot ines sont m tabolis es pour fournir des pr curseurs de la glucon ogen se. Par cons quent, les glucides sont consid r s comme pargnant les prot ines , car ils permettent aux acides amin s d' tre utilis s pour la r paration et l'entretien des prot ines tissulaires plut t que pour la glucon ogen se. D. Malnutrition prot ino- nerg tique (calorique) Dans les pays d velopp s, la malnutrition prot ino- nerg tique (MPE), galement connue sous le nom de sous-nutrition prot ino- nerg tique (PEU), est le plus souvent observ |
Biochimie_Lippincott | e chez les patients atteints de conditions m dicales qui diminuent l'app tit ou modifient la fa on dont les nutriments sont dig r s ou absorb s, ou chez les patients hospitalis s souffrant de traumatismes ou d'infections majeurs. [Remarque : Ces patients hautement cataboliques n cessitent souvent une administration intraveineuse (IV ou parent rale) ou par sonde (ent rale) de nutriments.] La MPE peut galement tre observ e chez les enfants ou les personnes g es qui souffrent de malnutrition. Dans les pays en d veloppement, un apport insuffisant en prot ines et/ou en calories est la principale cause de la MPE. Les personnes touch es pr sentent divers sympt mes, notamment un syst me immunitaire d prim avec une capacit r duite r sister l'infection. Les d c s dus une infection secondaire sont fr quents. La MPE est un spectre de degr s de malnutrition, et deux formes extr mes sont le kwashiorkor et le marasme (Fig. 27.21). [Remarque : le kwashiorkor marasmique pr sente des caract ristiques des deux formes.] 1. Kwashiorkor : Kwashiorkor se produit lorsque la privation en prot ines est relativement sup rieure la r duction des calories totales. La privation en prot ines est associ e une diminution s v re de la synth se des prot ines visc rales. Kwashiorkor est couramment observ dans les pays en d veloppement chez les enfants apr s le sevrage l' ge de 1 an environ, lorsque leur alimentation se compose principalement de glucides. Les sympt mes typiques comprennent un retard de croissance, des l sions cutan es, des cheveux d pigment s, une anorexie, une st atose h patique, un d me bilat ral par piq res et une diminution de la concentration s rique d'albumine. L' d me r sulte du manque de prot ines sanguines ad quates, principalement d'albumine, pour maintenir la distribution de l'eau entre le sang et les tissus. Il peut masquer la perte de muscle et de graisse. Par cons quent, la malnutrition chronique se refl te dans le taux d'albumine s rique. [Remarque : Parce que l'apport calorique des glucides peut tre ad quat, les niveaux d'insuline suppriment la lipolyse et la prot olyse. Kwashiorkor est donc une malnutrition non adapt e.] 2. Marasme : Le marasme se produit lorsque la privation calorique est relativement sup rieure la r duction des prot ines. Dans les pays en d veloppement, il se produit g n ralement chez les enfants de moins d'un an, lorsque le lait maternel est compl t ou remplac par des bouillies aqueuses de c r ales indig nes qui sont g n ralement d ficientes en prot ines et en calories. Les sympt mes typiques comprennent l'arr t de la croissance, la fonte musculaire extr me et l' puisement de la graisse sous-cutan e ( maciation), la faiblesse et l'an mie (Fig. 27.22). Les individus atteints de marasme ne pr sentent pas l' d me observ chez le kwashiorkor. [Remarque : La r alimentation des personnes souffrant de malnutrition s v re peut entra ner une hypophosphat mie (voir p. 400), car tout phosphate disponible est utilis pour phosphoryler les interm diaires glucidiques. Le lait est fr quemment donn parce qu'il est riche en phosphate.] La cachexie, un trouble d p rissant caract ris par une perte d'app tit et une atrophie musculaire (avec ou sans lipolyse accrue) qui ne peut tre invers e par un soutien nutritionnel conventionnel, est observ e avec un certain nombre de maladies chroniques, telles que le cancer et les maladies pulmonaires et r nales chroniques. Il est associ une diminution de la tol rance et de la r ponse au traitement et une diminution de la dur e de survie. VIII. OUTILS DE NUTRITION Un ensemble d'outils a t mis au point pour donner aux consommateurs des informations sur ce qu'ils devraient manger (et en quelle quantit ) ainsi que sur le contenu nutritionnel des aliments qu'ils consomment. Des outils suppl mentaires permettent aux professionnels de la sant d' valuer si les besoins nutritionnels d'un individu sont satisfaits ou non. A. MyPlate MyPlate a t con u par le minist re am ricain de l'Agriculture (USDA) pour illustrer graphiquement ses recommandations quant aux groupes d'aliments et la quantit de chacun d'entre eux consommer quotidiennement. Dans MyPlate, les quantit s relatives de chacun des cinq groupes d'aliments (l gumes, c r ales, prot ines, fruits et produits laitiers) sont repr sent es par la taille relative de leur section sur l'assiette (Fig. 27.23). Le nombre de portions d pend de variables telles que l' ge et le sexe. [Remarque : MyPlate a remplac MyPyramid en 2011.] B. tiquette de la valeur nutritive La plupart des types de produits emball s doivent porter une tiquette de la valeur nutritive, ou tiquette alimentaire (Fig. 27.24), qui comprend la taille d'une portion individuelle, le Cal qu'elle fournit et le nombre de portions par contenant. De plus, un pourcentage de la valeur quotidienne (% VQ) est indiqu pour la plupart des nutriments num r s. [Remarque : Le % VQ est bas sur un r gime de 2 000 calories pour les |
Biochimie_Lippincott | adultes en bonne sant .] 1. Pourcentage de la valeur quotidienne : Le % VQ compare la quantit d'un nutriment donn dans une portion unique d'un produit l'apport quotidien recommand pour ce nutriment. Par exemple, le % VQ pour les micronutriments num r s, ainsi que pour les glucides totaux et les fibres, est bas sur leur apport quotidien minimum recommand . Ainsi, si l' tiquette indique 20 % de calcium, une portion fournit 20 % de la quantit minimale recommand e de calcium n cessaire chaque jour. En revanche, le % VQ pour les graisses satur es, le cholest rol et le sodium est bas sur leur apport quotidien maximal recommand , et le % VQ refl te le pourcentage de ce maximum fourni par une portion. Il n'y a pas de % VQ pour les prot ines car l'apport recommand d pend du poids corporel (voir p. 367). [Remarque : Sucres repr sente les mono- et disaccharides. Le reste des glucides (glucides totaux [fibres + sucres]) est constitu d'oligo-et de polysaccharides.] 2. R visions propos es : En 2014, l'USDA a propos les modifications suivantes l' tiquette de la valeur nutritive pour une mise en uvre d'ici 2018 : Les sucres ajout s, la vitamine D et le potassium doivent tre inclus ; les vitamines A et C, les graisses totales et le Cal des graisses doivent tre limin s ; Et la taille des portions doit tre ajust e pour refl ter les quantit s que les gens consomment actuellement. De plus, des modifications de conception ont t propos es pour mettre en vidence les parties cl s de l' tiquette (Fig. 27.25). [Remarque : L'ajout ou la suppression propos s de certains micronutriments est fond sur des donn es plus r centes sur le risque de sous-ingestion.] C. valuation nutritionnelle L' valuation nutritionnelle value l' tat nutritionnel en fonction des informations cliniques. Il comprend (mais sans s'y limiter) les ant c dents alimentaires, les mesures anthropom triques et les donn es de laboratoire. [Remarque : Les r sultats de l' valuation peuvent aboutir un traitement nutritionnel m dical, qui est le traitement d'affections m dicales par des changements dans le r gime alimentaire (par exemple, le remplacement du TAG cha ne longue par un TAG cha ne moyenne dans les troubles de malabsorption) et/ou la m thode d'absorption (par exemple, alimentation ent rale [sonde] ou parent rale [IV]].] 1. Ant c dents alimentaires : Il s'agit d'un enregistrement de l'apport alimentaire sur une p riode de temps. Pour un journal alimentaire, les types sp cifiques et Les quantit s exactes de nourriture consomm es sont enregistr es en temps r el (d s que possible apr s avoir mang ) pendant une p riode de 3 7 jours. Les approches r trospectives comprennent un questionnaire sur la fr quence des aliments (par exemple, quels fruits ont t consomm s et quelle fr quence ils ont t consomm s au cours d'une journ e, d'une semaine ou d'un mois typique) et un rappel de 24 heures des aliments sp cifiques et des quantit s consomm es au cours des derni res 24 heures. 2. Mesures anthropom triques : Il s'agit de mesures physiques du corps. Ils comprennent (sans s'y limiter) le poids, la taille, l'indice de masse corporelle (un indicateur de l'ob sit , voir p. 349), l' paisseur des plis cutan s (un indicateur de graisse sous-cutan e) et le tour de taille (un indicateur de graisse abdominale, voir p. 349). [Remarque : Le poids corporel id al peut tre calcul l'aide de la m thode Hamwi : 106 lb (pour les m les) ou 100 lb (pour les femelles) pour les premiers 5 pieds de hauteur + 5 lb pour chaque pouce au-dessus de 5 pieds, avec un ajustement de -10 % pour un petit cadre et de + 10 % pour un grand.] 3. Donn es de laboratoire : Elles sont obtenues par des tests effectu s sur des fluides corporels, des tissus et des d chets. Ils peuvent inclure le LDL-C plasmatique (pour le risque cardiovasculaire), les graisses f cales (pour la malabsorption), les indices de globules rouges (pour les carences en vitamines) et l' quilibre azot et les prot ines s riques (telles que l'albumine et la transthyr tine [pr albumine]) pour l' tat prot ino- nerg tique. [Remarque : Ces prot ines sont fabriqu es dans le foie et transportent des mol cules telles que les acides gras et la thyroxine (voir p. 406) dans le sang. De faibles taux d'albumine sont corr l s une augmentation de la morbidit et de la mortalit chez les patients hospitalis s. La courte demi-vie (2 3 jours) de la transthyr tine par rapport celle de l'albumine (20 jours) a conduit son utilisation dans le suivi de l' volution des patients hospitalis s.] L'insuffisance nutritionnelle peut tre le r sultat d'un apport insuffisant en nutriments (caus , par exemple, par une incapacit manger, une perte d'app tit ou une diminution de la disponibilit ), d'une absorption inad quate, d'une diminution de l'utilisation, d'une augmentation de l'excr tion ou de besoins accrus. IX. NUTRITION ET TAPES DE LA VIE Les sources d' nergie de macronutriments, les micronutriments, |
Biochimie_Lippincott | les AGE et les EAA sont n cessaires chaque tape de la vie. De plus, chaque tape a des besoins nutritionnels sp cifiques. A. La petite enfance, l'enfance et l'adolescence La croissance et le d veloppement rapides de la petite enfance (de la naissance l' ge de 1 an) et de l'enfance (de l' ge de 1 an l'adolescence) n cessitent des besoins en nergie et en prot ines plus lev s par rapport la taille corporelle que ceux requis aux tapes ult rieures de la vie. l'adolescence, les augmentations marqu es de la taille et du poids qui se produisent augmentent les besoins nutritionnels. Les courbes de croissance (Fig. 27.26) sont utilis es pour comparer la stature (taille) et/ou le poids d'un individu aux valeurs attendues pour d'autres personnes du m me ge ( 20 ans) et du m me sexe. Ils sont bas s sur des donn es provenant d'un grand nombre d'individus normaux au fil du temps. [Remarque : Les carts par rapport la courbe de croissance pr vue, tels qu'ils se traduisent par le franchissement de deux lignes centiles ou plus, sont pr occupants.] 1. Nourrissons : La nutrition id ale pour les nourrissons est bas e sur le lait maternel humain, car il fournit des calories et la plupart des micronutriments dans des quantit s appropri es pour le nourrisson humain. Les glucides, les prot ines et les lipides sont pr sents dans un rapport de 7:3:1. [Remarque : En plus du disaccharide lactose, le lait maternel contient pr s de 200 oligosaccharides uniques. Environ 90 % du microbiote (la population de microbes) de l'intestin du nourrisson allait est repr sent par un type, Bifidobacterium infantis, qui exprime toutes les enzymes n cessaires la d gradation de ces sucres complexes. Les sucres, leur tour, agissent comme des pr biotiques qui soutiennent la croissance de B. infantis, un probiotique (bact rie utile).] Cependant, le lait maternel est pauvre en vitamine D, et les b b s exclusivement allait s ont besoin d'une suppl mentation en vitamine D. [Remarque : Le lait maternel fournit des anticorps et d'autres prot ines qui r duisent le risque d'infection.] Le microbiote dans et sur le corps humain ainsi que leurs g nomes sont appel s microbiome. Il est acquis la naissance partir de l'environnement et change avec les tapes de la vie. L'influence du microbiome intestinal la nutrition de l'h te en facilitant la transformation des aliments consomm s et est elle-m me influenc e par ces aliments. Sa relation avec la d nutrition, l'ob sit et le diab te fait l'objet d'une enqu te. 2. Enfants : Comme pour les nourrissons, les enfants ont des besoins accrus en calories et en nutriments. Les principales pr occupations ce stade, cependant, sont les carences en fer et en calcium. 3. Adolescents : l'adolescence, l'augmentation de la taille et du poids augmente les besoins en calories, en prot ines, en calcium, en fer et en phosphore. ce stade, les habitudes alimentaires peuvent entra ner une surconsommation de graisses, de sodium et de sucre et une sous-consommation de vitamine A, de thiamine et d'acide folique. [Remarque : Les troubles de l'alimentation et l'ob sit sont des pr occupations dans ce groupe d' ge.] B. ge adulteLa surnutrition est une pr occupation chez les jeunes adultes, tandis que la malnutrition est une pr occupation chez les personnes g es. 1. Jeunes adultes : La nutrition chez les jeunes adultes est ax e sur le maintien d'une bonne sant et la pr vention des maladies. L'objectif est une alimentation riche en aliments d'origine v g tale (en mettant l'accent sur les fibres et les grains entiers), un apport limit en graisses satur es et en acides gras trans, et un apport quilibr en AGPI -3 et -6. 2. Femmes enceintes ou allaitantes : Les besoins en calories, en prot ines et en pratiquement tous les micronutriments augmentent pendant la grossesse et l'allaitement. Une suppl mentation en acide folique (pour pr venir les anomalies du tube neural [voir p. 379]), en vitamine D, en calcium, en fer, en iode et en DHA est g n ralement recommand e. 3. Personnes g es : Le vieillissement augmente le risque de malnutrition. La diminution de l'app tit r sultant d'une r duction du go t (dysgueusie) et de l'odorat (hyposmie) diminue l'apport en nutriments. [Remarque : Les limitations physiques, y compris les probl mes de dentition, et les facteurs psychosociaux, tels que l'isolement, peuvent galement jouer un r le dans la r duction de l'apport.] Un apport insuffisant en prot ines, en calcium et en vitamines D et B12 est courant. Une carence en B12 peut r sulter d'une diminution de l'absorption caus e par l'achlorhydrie (r duction de l'acide gastrique, voir p. 381). Avec l' ge, la masse musculaire maigre diminue et la graisse augmente, ce qui entra ne une diminution du RMR. [Remarque : Les interactions m dicament-nutriment peuvent se produire n'importe quel stade de la vie, mais elles sont plus fr quentes mesure que le nombre de m dicaments augmente comme avec le vieillissement.] Les in |
Biochimie_Lippincott | hibiteurs de la monoamine oxydase (IMAO), utilis s pour traiter la d pression (voir p. 10). 287) et la maladie de Parkinson pr coce, peuvent interagir avec les aliments contenant de la tyramine. La tyramine est une monoamine d riv e de la d carboxylation de la tyrosine pendant le s chage, le vieillissement ou la fermentation des aliments (Fig. 27.27). Il provoque la lib ration de noradr naline, augmentant la pression art rielle et le rythme cardiaque. Les patients qui prennent un IMAO et consomment de tels aliments sont risque de crise d'hypertension. X. R SUM DU CHAPITRE Les apports nutritionnels de r f rence (ANREF) fournissent des estimations des quantit s de nutriments n cessaires pour pr venir les carences et maintenir une sant et une croissance optimales. Ils se composent du besoin moyen estim (BME), l'apport quotidien moyen en nutriments estim pour couvrir les besoins de 50 % des personnes en bonne sant un stade de vie particulier ( ge) et dans un groupe de sexe donn ; l'apport nutritionnel recommand (ANR), l'apport alimentaire quotidien moyen suffisant pour r pondre aux besoins nutritionnels de presque toutes les personnes (97 % 98 %) d'un groupe d' tapes de la vie et de sexe ; l'apport suffisant (AS), qui est fix la place d'un ANR si des preuves scientifiques suffisantes ne sont pas disponibles pour calculer l'ANR ; et l'apport maximal tol rable (AMT), l'apport quotidien moyen en nutriments le plus lev qui est susceptible de ne pr senter aucun risque d'effets n fastes sur la sant de presque tous les individus de la population g n rale. L' nergie g n r e par le m tabolisme des macronutriments (9 kcal/g de mati res grasses et 4 kcal/g de prot ines ou de glucides) est utilis e pour trois processus nergivores qui se produisent dans le corps : le taux m tabolique au repos, l'activit physique et l'effet thermique des aliments. Les fourchettes de distribution acceptable des macronutriments (AMDR) sont d finies comme les plages d'apport pour un macronutriment particulier qui sont associ es une r duction du risque de maladie chronique tout en fournissant des quantit s ad quates de nutriments essentiels. Les adultes devraient consommer 45 65 % de leurs calories totales partir de glucides, 20 35 % de mati res grasses et 10 35 % de prot ines (Fig. 27.28). Des taux lev s de cholest rol dans les lipoprot ines de basse densit (LDL-C) entra nent un risque accru de maladie coronarienne (CHD). En revanche, des taux lev s de cholest rol dans les lipoprot ines de haute densit (HDL-C) ont t associ s une diminution du risque de coronaropathie. Le traitement di t tique ou m dicamenteux de l'hypercholest rol mie est efficace pour diminuer le LDL-C, augmenter le HDLC et r duire le risque de coronaropathie. La consommation de graisses satur es est fortement associ e des niveaux lev s de plasma total et de LDL-C. Lorsqu'ils sont substitu s aux acides gras satur s dans l'alimentation, les gras monoinsatur s abaissent la fois le cholest rol plasmatique total et le LDL-C, mais maintiennent ou augmentent le HDL-C. La consommation de graisses contenant des acides gras polyinsatur s -6 abaisse le LDL-C plasmatique, mais le HDL-C, qui prot ge contre les coronaropathies, est galement r duit. Les graisses polyinsatur es -3 alimentaires suppriment les arythmies cardiaques et r duisent les triacylglyc rols plasmatiques, diminuent la tendance la thrombose et r duisent consid rablement le risque de mortalit cardiovasculaire. Les glucides fournissent de l' nergie et des fibres l'alimentation. Lorsqu'ils sont consomm s dans le cadre d'un r gime alimentaire dans lequel l'apport calorique est gal la d pense nerg tique, ils ne favorisent pas l'ob sit . Les prot ines alimentaires fournissent des acides amin s essentiels. La qualit des prot ines est une mesure de leur capacit fournir les acides amin s essentiels n cessaires l'entretien des tissus. Les prot ines d'origine animale, en g n ral, ont une prot ine de meilleure qualit que celles d riv es des plantes. Cependant, les prot ines de diff rentes sources v g tales peuvent tre combin es de telle sorte que la valeur nutritionnelle du r sultat soit quivalente celle des prot ines animales. Un bilan azot (N) positif se produit lorsque l'apport en azote d passe l'excr tion d'azote. Il est observ dans les situations dans lesquelles la croissance des tissus se produit, par exemple, dans l'enfance, la grossesse ou lors de la r cup ration d'une maladie maciante. Un solde d'azote n gatif se produit lorsque les pertes d'azote sont sup rieures l'apport d'azote. Il est associ une insuffisance de prot ines alimentaires ; manque d'un acide amin essentiel ; ou lors de stress physiologiques tels que des traumatismes, des br lures, une maladie ou une intervention chirurgicale. Kwashiorkor se produit lorsque la privation en prot ines est relativement sup rieure la r duction des calories totales. Il se caract rise par un d me. Le |
Biochimie_Lippincott | marasme se produit lorsque la privation calorique est relativement sup rieure la r duction des prot ines. Aucun d me n'est observ . Les deux sont des formes extr mes de malnutrition prot ino- nerg tique (MPE). Les tiquettes donnent aux consommateurs de l'information sur le contenu nutritionnel des aliments emball s. L' valuation m dicale de l' tat nutritionnel comprend les ant c dents alimentaires, les mesures anthropom triques et les donn es de laboratoire. chaque tape de la vie des besoins nutritionnels sp cifiques. Les courbes de croissance sont utilis es pour suivre le mod le de croissance d'un individu de la naissance l'adolescence. Les interactions m dicament-nutriment sont pr occupantes, en particulier chez les personnes g es. Choisissez UNE meilleure r ponse. 7.1. Pour l'enfant repr sent droite, laquelle des affirmations soutiendrait un diagnostic de kwashiorkor ? L'enfant : A. semble dodu en raison d'un d p t accru de graisse dans le tissu adipeux. B. pr sente un d me abdominal et p riph rique.C. a un taux d'albumine s rique sup rieur la normale.D. a nettement diminu son poids par rapport la taille. La bonne r ponse = B. Kwashiorkor est caus par un apport insuffisant en prot ines en pr sence d'un apport nerg tique (calories) passable bon. Les signes typiques chez un patient atteint de kwashiorkor comprennent un d me abdominal et p riph rique (notez le ventre et les jambes gonfl s) caus en grande partie par une diminution de la concentration d'albumine s rique. Les r serves de graisse corporelle sont puis es, mais le poids par rapport la taille peut tre normal en raison de l' d me. Le traitement comprend un r gime alimentaire ad quat en calories et en prot ines. 7.2. Laquelle des affirmations suivantes concernant les graisses alimentaires est correcte ?R. L'huile de coco est riche en graisses monoinsatur es et l'huile d'olive est riche en graisses satur es. B. Les acides gras contenant des doubles liaisons trans, contrairement aux isom res cis naturels, augmentent le taux de cholest rol des lipoprot ines de haute densit . C. Les acides gras polyinsatur s linol ique et linol nique sont des composants n cessaires. D. Les triacylglyc rols obtenus partir de plantes contiennent g n ralement moins d'acides gras insatur s que ceux d'origine animale. Bonne r ponse = C. Les humains sont incapables de fabriquer des acides gras linol iques et linol niques. Par cons quent, ces acides gras sont essentiels dans l'alimentation. L'huile de noix de coco est riche en graisses satur es et l'huile d'olive est riche en graisses monoinsatur es. Les acides gras trans augmentent les taux plasmatiques de cholest rol lipoprot ines de basse densit , et non de cholest rol lipoprot ines de haute densit . Les triacylglyc rols obtenus partir de plantes contiennent g n ralement plus d'acides gras insatur s que ceux d'origine animale. 7.3. Compte tenu de l'information selon laquelle un homme de 70 kg consomme en moyenne 275 g de glucides, 75 g de prot ines et 65 g de lipides par jour, laquelle des conclusions suivantes peut-on raisonnablement tirer ? Un. Environ 20% des calories proviennent des graisses.B. Le r gime alimentaire contient une quantit suffisante de fibres.C. L'individu est en quilibre azot .D. Les proportions de glucides, de prot ines et de graisses dans l'alimentation sont conformes aux recommandations actuelles. E. L'apport nerg tique total par jour est d'environ 3 000 kcal. Bonne r ponse = D. L'apport nerg tique total est de (275 g de glucides 4 kcal/g) + (75 g de prot ines 4 kcal/g) + (65 g de lipides 9 kcal/g) = 1 100 + 300 + 585 = 1 985 kcal/jour. Le pourcentage de calories d riv es des glucides est de 1 100/1 985 = 55, celui des prot ines est de 300/1 985 = 15 et celui des mati res grasses est de 585/1 985 = 30. Celles-ci sont tr s proches des recommandations actuelles. La quantit de fibres ou le bilan azot ne peuvent pas tre d duits des donn es pr sent es. Si la prot ine a une faible valeur biologique, un bilan azot n gatif est possible. 7.6. Dans la bronchite chronique, une production excessive de mucus provoque une obstruction des voies respiratoires qui entra ne une hypox mie (faible taux d'oxyg ne dans le sang), une expiration alt r e et une hypercapnie (r tention de dioxyde de carbone). Pourquoi un r gime riche en graisses et pauvre en glucides pourrait-il tre recommand pour un patient atteint de bronchopneumopathie chronique obstructive caus e par une bronchite chronique ? R. Les lipides contiennent plus d'atomes d'oxyg ne que les atomes de carbone ou d'hydrog ne que les glucides. B. Les graisses sont moins denses caloriquement que les glucides. C. Le m tabolisme des graisses g n re moins de dioxyde de carbone.D. Le quotient respiratoire (QR) pour les graisses est plus lev que le QR pour les glucides. Bonne r ponse = C. L'un des objectifs du traitement de la bronchopneumopathie chronique obstructive (BPCO) caus e par la bronchite aigu |
Biochimie_Lippincott | est d'assurer une nutrition appropri e sans augmenter le quotient respiratoire (QR), qui est le rapport entre le dioxyde de carbone (CO2) produit et l'oxyg ne consomm , minimisant ainsi la production de CO2. Moins de CO2 est produit par le m tabolisme des graisses (QR = 0,7) que par le catabolisme des glucides (QR = 1,0). La graisse contient moins d'atomes d'oxyg ne. Les graisses sont plus denses en calories que les glucides. [Remarque : Le QR est d termin par calorim trie indirecte.] 7.7. Un homme de 32 ans qui avait t sauv d'un incendie dans sa maison a t admis l'h pital avec des br lures sur plus de 45 % du corps (br lures graves). L'homme p se 154 lb (70 kg) et mesure 72 pouces (183 cm). Laquelle des affirmations suivantes est la meilleure estimation rapide des besoins caloriques quotidiens imm diats de ce patient ? A. 1 345 kcal B. 1 680 kcal C. 2 690 kcal D. 3 360 kcal Bonne r ponse = D. Une estimation approximative couramment utilis e de la d pense nerg tique totale (TEE) chez les hommes est de 1 kcal/1 kg de poids corporel/24 heures. [Remarque : il est de 0,8 kcal pour les femmes.] Pour ce patient, cette valeur est de 1 680 kcal (1 kcal/kg/heure 24 heures 70 kg). De plus, un facteur de blessure de 2 pour les br lures graves doit tre inclus dans le calcul : 1 680 kcal 2 = 3 360 kcal. 7.8. Quel est le meilleur conseil donner un patient qui pose des questions sur la mention % VQ (pourcentage de la valeur quotidienne) sur l' tiquette de la valeur nutritive ? A. Atteignez une valeur quotidienne de 100 % pour chaque nutriment chaque jour.B. Choisissez des aliments qui ont le pourcentage le plus lev de valeur quotidienne pour tous les nutriments. C. Choisissez des aliments avec un faible pourcentage de valeur quotidienne pour les micronutriments.D. Choisissez des aliments avec un faible pourcentage de valeur quotidienne pour les graisses satur es. Bonne r ponse = D. Le pourcentage de la valeur quotidienne (% VQ) compare la quantit d'un nutriment donn dans une seule portion d'un produit l'apport quotidien recommand pour ce nutriment. Le % VQ pour les micronutriments indiqu s sur l' tiquette, ainsi que pour les glucides totaux et les fibres, est bas sur leur apport quotidien minimum recommand , tandis que le % VQ pour les graisses satur es, le cholest rol et le sodium est bas sur leur apport quotidien maximal recommand . Pour les questions 27.7 et 27.8, utilisez le cas suivant. Un homme s dentaire de 50 ans pesant 176 lb (80 kg) demande un examen physique. Il nie tout probl me de sant . Les analyses sanguines de routine ne sont pas remarquables, l'exception du cholest rol total plasmatique de 295 mg/dl. (La valeur de r f rence est de <200 mg.) L'homme refuse le traitement m dicamenteux pour son hypercholest rol mie. L'analyse d'un rappel alimentaire d'un jour a montr ce qui suit : 7.4. R duire lequel des composants alimentaires suivants aurait le plus grand effet sur la r duction du cholest rol plasmatique du patient ? A. Glucides B. Cholest rolC. Fibre D. Gras monoinsatur s E. Gras polyinsatur s F. Gras satur s Bonne r ponse = F. L'apport en graisses satur es influence le plus fortement le cholest rol plasmatique dans ce r gime. Le patient consomme un r gime riche en calories et en graisses avec 42% de graisses sous forme de graisses satur es. Les recommandations di t tiques les plus importantes sont de r duire l'apport calorique total, de remplacer les graisses satur es par des graisses monoinsatur es et polyinsatur es et d'augmenter les fibres alimentaires. Une diminution du cholest rol alimentaire serait utile, mais n'est pas un objectif principal. 7.5. Quelles informations seraient n cessaires pour estimer la d pense nerg tique totale du patient ? La d pense nerg tique de base quotidienne (estimation du taux m tabolique au repos/heure 24 heures) et un rapport d'activit physique (RAP) bas sur le type et la dur e des activit s physiques sont des variables n cessaires. Un suppl ment de 10 % serait ajout pour tenir compte de l'effet thermique des aliments. Notez que si le patient tait hospitalis , un facteur de blessure (FI) serait inclus dans le calcul, et le PAR serait modifi . Des tableaux de PAR et IF sont disponibles. Micronutriments : Vitamines 28Pour plus de mat riaux auxiliaires li s ce chapitre, veuillez visiter thePoint. I. APER U Les vitamines sont des compos s organiques chimiquement non apparent s qui ne peuvent pas tre synth tis s en quantit s ad quates par l'homme et, par cons quent, doivent tre fournis par l'alimentation. Neuf vitamines (acide folique, cobalamine, acide ascorbique, pyridoxine, thiamine, niacine, riboflavine, biotine et acide pantoth nique) sont class es comme solubles dans l'eau. Parce qu'ils sont facilement excr t s dans l'urine, la toxicit est rare. Cependant, les carences peuvent survenir rapidement. Quatre vitamines (A, D, K et E) sont dites liposolubles (Fig. 28.1). Ils sont lib r s, absorb s et transport |
Biochimie_Lippincott | s (en chylomicrons, voir p. 227) avec les graisses alimentaires. Ils ne sont pas facilement excr t s et des quantit s importantes sont stock es dans le foie et le tissu adipeux. En effet, une consommation de vitamines A et D sup rieure aux apports nutritionnels de r f rence (voir chapitre 27) peut entra ner l'accumulation de quantit s toxiques de ces compos s. Les vitamines sont n cessaires l'ex cution de fonctions cellulaires sp cifiques. Par exemple, de nombreuses vitamines hydrosolubles sont des pr curseurs de coenzymes pour les enzymes du m tabolisme interm diaire. Contrairement aux vitamines hydrosolubles, une seule vitamine liposoluble (vitamine K) a une fonction coenzyme. II. ACIDE FOLIQUE (VITAMINE B9) L'acide folique (ou folate), qui joue un r le cl dans le m tabolisme un carbone, est essentiel la biosynth se de plusieurs compos s. La carence en acide folique est probablement la carence en vitamines la plus courante aux tats-Unis, en particulier chez les femmes enceintes et les personnes alcooliques. [Remarque : Les l gumes feuilles vert fonc sont une bonne source d'acide folique.] A. Fonction Le t trahydrofolate (THF), la forme r duite de coenzyme de folate, re oit des fragments d'un atome de carbone de donneurs tels que la s rine, la glycine et l'histidine et les transf re des interm diaires dans la synth se d'acides amin s, de nucl otides puriques et de thymidine monophosphate (TMP), un nucl otide de pyrimidine incorpor dans l'ADN (Fig. 28.2). B. An mies nutritionnelles L'an mie est une affection dans laquelle le sang a une concentration d'h moglobine inf rieure la normale, ce qui entra ne une capacit r duite transporter l'oxyg ne (O2). Les an mies nutritionnelles (c'est- -dire celles caus es par un apport insuffisant d'un ou plusieurs nutriments essentiels) peuvent tre class es en fonction de la taille des globules rouges (GR) ou du volume globulaire moyen (VGM) observ e dans le sang (Fig. 28.3). L'an mie microcytaire (VGM inf rieure la normale), caus e par un manque de fer, est la forme la plus courante d'an mie nutritionnelle. La deuxi me grande cat gorie d'an mie nutritionnelle, macrocytaire (VGM sup rieure la normale), r sulte d'une carence en acide folique ou en vitamine B12. [Remarque : Ces an mies macrocytaires sont commun ment appel es m galoblastiques parce qu'une carence en l'une ou l'autre des vitamines (ou les deux) provoque l'accumulation de gros pr curseurs immatures des globules rouges, appel s m galoblastes, dans la moelle osseuse et le sang (Fig. 28.4). Des neutrophiles hypersegment s sont galement observ s.] 1. Folate et an mie : Des taux s riques insuffisants de folate peuvent tre caus s par une demande accrue (par exemple, la grossesse et l'allaitement ; voir p. 372), une mauvaise absorption caus e par une pathologie de l'intestin gr le, l'alcoolisme ou un traitement par des m dicaments (par exemple, le m thotrexate) qui sont des inhibiteurs de la dihydrofolate r ductase (voir Fig. 28.2). Un r gime sans folate peut provoquer une carence en quelques semaines. L'une des principales cons quences de la carence en acide folique est l'an mie m galoblastique (voir Fig. 28.4), caus e par une diminution de la synth se des nucl otides puriques et du TMP, ce qui entra ne une incapacit des cellules (y compris les pr curseurs des globules rouges) fabriquer de l'ADN et, par cons quent, une incapacit se diviser. 2. Folate et anomalies du tube neural : Le spina bifida et l'anenc phalie, les anomalies du tube neural (ATN) les plus courantes, affectent ~3 000 grossesses aux tats-Unis chaque ann e. Il a t d montr que la suppl mentation en acide folique avant la conception et au cours du premier trimestre r duit consid rablement les ATN. Par cons quent, il est conseill toutes les femmes en ge de procr er de consommer 0,4 mg/jour (400 g/jour) d'acide folique pour r duire le risque d'avoir une grossesse affect e par les ATN et dix fois cette quantit si une grossesse pr c dente a t affect e. Une nutrition ad quate en folate doit avoir lieu au moment de la conception, car le d veloppement critique d pendant des folates se produit dans les premi res semaines de la vie f tale, un moment o de nombreuses femmes ne sont pas encore au courant de leur grossesse. En 1998, la Food and Drug Administration des tats-Unis a autoris l'ajout d'acide folique la farine de bl et aux produits c r aliers enrichis, ce qui a entra n une suppl mentation alimentaire de ~0,1 mg/jour. Cette suppl mentation permet ~50% de toutes les femmes en ge de procr er de recevoir 0,4 mg de folate de toutes les sources. III. COBALAMINE (VITAMINE B12) La vitamine B12 est n cessaire chez l'homme pour deux r actions enzymatiques essentielles : la rem thylation de l'homocyst ine (Hcy) en m thionine et l'isom risation de la m thylmalonyl coenzyme A (CoA), qui est produite lors de la d gradation de certains acides amin s (isoleucine, valine, thr onine et m thionine) et acides |
Biochimie_Lippincott | gras (FA) avec un nombre impair d'atomes de carbone (Fig. 28.5). Lorsque la cobalamine est d ficiente, des AGA inhabituels (ramifi s) s'accumulent et s'incorporent dans les membranes cellulaires, y compris celles du syst me nerveux central (SNC). Cela peut expliquer certaines des manifestations neurologiques d'une carence en vitamine B12. [Remarque : L'acide folique (sous forme de N5-m thyl THF) est galement n cessaire la rem thylation des Hcy. Par cons quent, une carence en B12 ou en folate entra ne des taux lev s de Hcy.] A. Structure et formes de coenzymes La cobalamine contient un syst me d'anneaux de corrine qui ressemble au cycle porphyrine de l'h me (voir p. 279), mais diff re en ce que deux des cycles pyrrole sont li s directement plut t que par un pont de m th ne. Le cobalt (voir p. 407) est maintenu au centre du cycle corrin par quatre liaisons de coordination avec les azotes du pyrrole groupe. Les liaisons de coordination restantes du cobalt sont avec l'azote du 5,6-dim thylbenzimidazole et avec le cyanure dans les pr parations commerciales de la vitamine sous forme de cyanocobalamine (Fig. 28.6). Les formes physiologiques de coenzyme de la cobalamine sont la 5'd soxyad nosylcobalamine et la m thylcobalamine, dans lesquelles le cyanure est remplac par la 5'-d soxyad nosine ou un groupe m thyle, respectivement (voir Fig. 28.6). B. R partition La vitamine B12 n'est synth tis e que par des micro-organismes et n'est pas pr sente dans les plantes. Les animaux obtiennent la vitamine pr form e partir de leur microbiote intestinal (voir p. 371) ou en mangeant des aliments d riv s d'autres animaux. La cobalamine est pr sente en quantit s appr ciables dans le foie, la viande rouge, le poisson, les ufs, les produits laitiers et les c r ales enrichies. C. Hypoth se du pi ge folate Les effets de la carence en cobalamine sont plus prononc s dans les cellules qui se divisent rapidement, telles que le tissu rythropo tique de la moelle osseuse et les cellules muqueuses de l'intestin. Ces tissus ont besoin la fois des formes N5,N10-m thyl ne et N10-formyle du THF pour la synth se des nucl otides n cessaires la r plication de l'ADN (voir pp. 292 et 303). Cependant, dans le cas d'une carence en vitamine B12, l'utilisation de la forme N5-m thyle du THF dans la m thylation d pendante de la B12 de Hcy en m thionine est alt r e. Parce que la forme m thyl e ne peut pas tre convertie directement en d'autres formes de THF, le folate est pi g dans la forme N5-m thyle, qui s'accumule. Les niveaux des autres formes diminuent. Ainsi, la carence en cobalamine entra ne une carence en formes de THF n cessaires la synth se de la purine et du TMP, entra nant les sympt mes de l'an mie m galoblastique. D. Indications cliniques de la cobalamine Contrairement d'autres vitamines hydrosolubles, des quantit s importantes (2 5 mg) de vitamine B12 sont stock es dans le corps. Par cons quent, il peut s' couler plusieurs ann es avant que les sympt mes cliniques d'une carence en vitamine B12 ne se d veloppent en raison d'une diminution de l'apport en vitamine. [Remarque : La carence se produit beaucoup plus rapidement (en mois) si l'absorption est alt r e (voir ci-dessous). Le test de Schilling value l'absorption de la B12.] La carence en vitamine B12 peut tre d termin e par le taux d'acide m thylmalonique dans le sang, qui est lev chez les personnes ayant un faible apport ou une absorption r duite de la vitamine. 1. An mie pernicieuse : La carence en vitamine B12 est le plus souvent observ e chez les patients qui ne parviennent pas absorber la vitamine de l'intestin (Fig. 28.7). La vitamine B12 est lib r e par les aliments dans l'environnement acide de l'estomac. [Remarque : La malabsorption de la cobalamine chez les personnes g es est le plus souvent due une s cr tion r duite d'acide gastrique (achlorhydrie).] La B12 libre se lie ensuite une glycoprot ine (prot ine R ou haptocorrine), et le complexe se d place dans l'intestin. La B12 est lib r e de la prot ine R par les enzymes pancr atiques et se lie une autre glycoprot ine, le facteur intrins que (FI). Le complexe cobalamine-FI se d place dans l'intestin et se lie un r cepteur (cubiline) la surface des cellules muqueuses de l'il on. La cobalamine est transport e dans la cellule de la muqueuse et, par la suite, dans la circulation g n rale, o elle est transport e par sa prot ine de liaison (transcobalamine). La vitamine B12 est absorb e et stock e dans le foie, principalement. Il est lib r dans la bile et r absorb efficacement dans l'il on. Une malabsorption s v re de la vitamine B12 entra ne une an mie pernicieuse. Cette maladie est le plus souvent le r sultat d'une destruction auto-immune des cellules pari tales gastriques responsables de la synth se du FI (le manque de FI emp che l'absorption de la B12). [Remarque : Les patients qui ont subi une gastrectomie partielle ou totale deviennent d ficients en FI et, par cons quent, d ficient |
Biochimie_Lippincott | s en B12.] Les personnes souffrant d'une carence en cobalamine sont g n ralement an miques (le recyclage de l'folate est alt r ) et pr sentent des sympt mes neuropsychiatriques au fur et mesure que la maladie se d veloppe. Les effets du SNC sont irr versibles. L'an mie pernicieuse n cessite un traitement vie par voie orale forte dose de B12 ou par injection intramusculaire de cyanocobalamine. [Remarque : La suppl mentation fonctionne m me en l'absence de FI car ~1% de l'absorption de B12 se fait par diffusion ind pendante de la FI.] La suppl mentation en acide folique peut inverser partiellement les anomalies h matologiques de la carence en B12 et, par cons quent, peut masquer une carence en cobalamine. Ainsi, pour pr venir les effets ult rieurs de la carence en vitamine B12 sur le SNC, le traitement de l'an mie m galoblastique est initi la fois avec de la vitamine B12 et de l'acide folique jusqu' ce que la cause de l'an mie puisse tre d termin e. IV. ACIDE ASCORBIQUE (VITAMINE C) La forme active de la vitamine C est l'acide ascorbique (Fig. 28.8). Sa fonction principale est d' tre un agent r ducteur. La vitamine C est une coenzyme dans les r actions d'hydroxylation (par exemple, l'hydroxylation des r sidus de prolyle et de lysyle dans le collag ne ; voir p. 47), o son r le est de maintenir le fer (Fe) des hydroxylases sous forme r duite et ferreuse (Fe+2). Ainsi, la vitamine C est n cessaire au maintien d'un tissu conjonctif normal ainsi qu' la cicatrisation des plaies. La vitamine C facilite galement l'absorption du fer non h minique alimentaire de l'intestin en r duisant la forme ferrique (Fe+3) en Fe+2 (voir p. 403). A. Carence Une carence en acide ascorbique entra ne le scorbut, une maladie caract ris e par des gencives douloureuses et spongieuses, des dents mobiles, des vaisseaux sanguins fragiles, des h morragies, des articulations enfl es, des modifications osseuses et de la fatigue (Fig. 28.9). De nombreux sympt mes de carence peuvent s'expliquer par la diminution de l'hydroxylation du collag ne, ce qui entra ne un tissu conjonctif d fectueux. Une an mie microcytaire caus e par une diminution de l'absorption du fer peut galement tre observ e. B. Pr vention des maladies chroniques La vitamine C fait partie d'un groupe de nutriments qui comprend la vitamine E (voir p. 395) et le -carot ne (voir p. 386), qui sont connus sous le nom d'antioxydants. [Remarque : La vitamine C r g n re la forme fonctionnelle et r duite de la vitamine E.] La consommation d'aliments riches en ces compos s est associ e une diminution de l'incidence de certaines maladies chroniques, telles que les maladies cardiovasculaires (MCV) et certains cancers. Cependant, les essais cliniques impliquant une suppl mentation en antioxydants isol s n'ont pas r ussi d montrer d'effets pr ventifs convaincants. V. PYRIDOXINE (VITAMINE B6) La vitamine B6 est un terme collectif d signant la pyridoxine, le pyridoxal et la pyridoxamine, tous des d riv s de la pyridine. Ils ne diff rent que par la nature du groupe fonctionnel attach l'anneau (Fig. 28.10). La pyridoxine est pr sente principalement dans les plantes, tandis que le pyridoxal et la pyridoxamine se trouvent dans les aliments obtenus partir d'animaux. Les trois compos s peuvent servir de pr curseurs de la coenzyme biologiquement active, le phosphate de pyridoxal (PLP). La PLP fonctionne comme une coenzyme pour un grand nombre d'enzymes, en particulier celles qui catalysent des r actions impliquant des acides amin s, par exemple dans la transsulfuration de Hcy en cyst ine (voir p. 264). [Remarque : la PLP est galement requise par la glycog ne phosphorylase (voir p. 128).] A. Indications cliniques de la pyridoxine L'isoniazide, un m dicament couramment utilis pour traiter la tuberculose, peut induire une carence en vitamine B6 en formant un d riv inactif avec la PLP. Ainsi, la suppl mentation alimentaire en B6 est un compl ment au traitement l'isoniazide. Par ailleurs, les carences alimentaires en pyridoxine sont rares, mais ont t observ es chez les nouveau-n s nourris avec des pr parations pauvres en vitamine B6, chez les femmes prenant des contraceptifs oraux et chez les personnes atteintes d'alcoolisme. B. Toxicit La vitamine B6 est la seule vitamine hydrosoluble pr sentant une toxicit importante. Les sympt mes neurologiques (neuropathie sensorielle) se manifestent des apports sup rieurs 500 mg/jour, soit pr s de 400 fois le r gime alimentaire recommand allocation (AJR) et sup rieure 5 fois la limite sup rieure tol rable (AMT). (Voir le chapitre 27 pour une discussion sur l'AJR et l'AMT.) Une am lioration substantielle, mais pas une r cup ration compl te, se produit lorsque la vitamine est arr t e. VI. THIAMINE (VITAMINE B1) Le pyrophosphate de thiamine (TPP) est la forme biologiquement active de la vitamine, form e par le transfert d'un groupe pyrophosphate de l'ATP la thiamine (Fig. 28.11). Le TPP sert de coenzyme dans la fo |
Biochimie_Lippincott | rmation ou la d gradation des -c tols par la transc tolase (Fig. 28.12A) et dans la d carboxylation oxydative des acides -c to (Fig. 28.12B). A. Indications cliniques de la thiamine La d carboxylation oxydative du pyruvate et du -c toglutarate, qui joue un r le cl dans le m tabolisme nerg tique de la plupart des cellules, est particuli rement importante dans les tissus du SNC. En cas de carence en thiamine, l'activit de ces deux r actions catalys es par la d shydrog nase est diminu e, ce qui entra ne une diminution de la production d'ATP et, par cons quent, une alt ration de la fonction cellulaire. La TPP est galement n cessaire la d shydrog nase de l'acide -c to cha ne ramifi e du muscle (voir p. 266). [Remarque : C'est la d carboxylase de chacun de ces complexes multienzymatiques de d shydrog nase d'acide -c to qui n cessite le TPP.] La carence en thiamine est diagnostiqu e par une augmentation de l'activit de la transc tolase rythrocytaire observ e avec l'ajout de TPP. 1. B rib ri : Ce syndrome s v re de carence en thiamine se trouve dans les r gions o le riz poli est le principal composant de l'alimentation. Le b rib ri adulte est class comme sec (caract ris par une neuropathie p riph rique, en particulier dans les jambes) ou humide (caract ris par un d me d une cardiomyopathie dilat e). 2. Syndrome de Wernicke-Korsakoff : Aux tats-Unis, la carence en thiamine, qui est principalement associ e l'alcoolisme chronique, est due une insuffisance alimentaire ou une alt ration de l'absorption intestinale de la vitamine. Certaines personnes atteintes d'alcoolisme d veloppent le syndrome de Wernicke-Korsakoff, un tat de carence en thiamine caract ris par une confusion mentale, une ataxie de la marche, un nystagmus (un mouvement de va-et-vient des globes oculaires) et une ophtalmopl gie (faiblesse des muscles oculaires) avec enc phalopathie de Wernicke, ainsi que des probl mes de m moire et des hallucinations avec la d mence de Korsakoff. Le syndrome peut tre trait avec une suppl mentation en thiamine, mais la r cup ration de la m moire est g n ralement incompl te. VII. NIACINE (VITAMINE B3) La niacine, ou acide nicotinique, est un d riv substitu de la pyridine. Les formes de coenzyme biologiquement actives sont le nicotinamide ad nine dinucl otide (NAD+) et son d riv phosphoryl , le nicotinamide ad nine dinucl otide phosphate (NADP+), comme le montre la figure 28.13. Le nicotinamide, un d riv de l'acide nicotinique qui contient un amide au lieu d'un groupe carboxyle, est galement pr sent dans l'alimentation. Le nicotinamide est facilement d samin dans le corps et, par cons quent, est nutritionnellement quivalent l'acide nicotinique. Le NAD+ et le NADP+ servent de coenzymes dans les r actions d'oxydo-r duction dans lesquelles la coenzyme subit une r duction du cycle pyridine en acceptant deux lectrons d'un ion hydrure, comme le montre la figure 28.14. Les formes r duites de NAD+ et de NADP+ sont respectivement le NADH et le NADPH. [Remarque : Un m tabolite du tryptophane, le quinolinate, peut tre converti en NAD(P). En comparaison, 60 mg de tryptophane = 1 mg de niacine.] NADH. [Remarque : L'ion hydrure est constitu d'un atome d'hydrog ne (H) et d'un lectron.] = phosphate. A. R partition La niacine se trouve dans les c r ales et les c r ales non raffin es et enrichies, le lait et les viandes maigres (en particulier le foie). B. Indications cliniques de la niacine 1. Carence : Une carence en niacine provoque la pellagre, une maladie impliquant la peau, le tractus gastro-intestinal et le SNC. Les sympt mes de la pellagre progressent travers les trois D : dermatite (photosensible), diarrh e et d mence. S'il n'est pas trait , la mort (un quatri me D) survient. Le trouble de Hartnup, caract ris par une absorption d fectueuse du tryptophane, peut entra ner des sympt mes semblables ceux de la pellagre. [Remarque : Le ma s contient peu de niacine et de tryptophane. Les r gimes base de ma s peuvent provoquer la pellagre.] 2. Traitement de l'hyperlipid mie : La niacine des doses de 1,5 g/jour, soit 100 fois l'AJR, inhibe fortement la lipolyse dans le tissu adipeux, premier producteur d'acides gras libres circulants (AGL). Le foie utilise normalement ces AGL circulants comme pr curseur majeur de la synth se du triacylglyc rol (TAG). Ainsi, la niacine provoque une diminution de la synth se h patique de TAG, qui est n cessaire la production de lipoprot ines de tr s basse densit ([VLDL] voir p. 230). Les lipoprot ines de basse densit (LDL, la lipoprot ine riche en cholest rol) sont d riv es des VLDL dans le plasma. Ainsi, le TAG plasmatique (en VLDL) et le cholest rol (en LDL) sont abaiss s. Par cons quent, la niacine est particuli rement utile dans le traitement de l'hyperlipoprot in mie de type IIb, dans laquelle les VLDL et les LDL sont lev s. Les fortes doses de niacine requises peuvent provoquer des bouff es vasomotrices aigu s m di es par la pros |
Biochimie_Lippincott | taglandine. L'aspirine peut r duire cet effet secondaire en inhibant la synth se des prostaglandines (voir p. 214). Des d mangeaisons peuvent galement survenir. [Remarque : La niacine augmente les lipoprot ines de haute densit et abaisse les niveaux de Lp(a) (voir p. 237).] VIII. RIBOFLAVINE (VITAMINE B2) Les deux formes biologiquement actives de B2 sont la flavine mononucl otide (FMN) et la flavine ad nine dinucl otide (FAD), form es par le transfert d'un groupement ad nosine monophosphate de l'ATP la FMN (Fig. 28.15). FMN et FAD sont chacun capables d'accepter de mani re r versible deux atomes d'hydrog ne, formant respectivement FMNH2 ou FADH2. La FMN et la FAD sont troitement li es, parfois de mani re covalente, aux flavoenzymes (par exemple, la NADH d shydrog nase [FMN] et la succinate d shydrog nase [FAD]) qui catalysent l'oxydation ou la r duction d'un substrat. La carence en riboflavine n'est pas associ e une maladie humaine majeure, bien qu'elle accompagne fr quemment d'autres carences en vitamines. Les sympt mes de carence comprennent la dermatite, la ch ilose (fissuration aux coins de la bouche) et la glossite (la langue apparaissant lisse et fonc e). [Remarque : Parce que la riboflavine est sensible la lumi re, la phototh rapie pour l'hyperbilirubin mie (voir p. 285) peut n cessiter une suppl mentation en vitamine.] IX. BIOTINE (VITAMINE B7) La biotine est une coenzyme dans les r actions de carboxylation, dans lesquelles elle sert de transporteur de dioxyde de carbone actif (CO2) (voir Fig. 10.3, p. 119, pour le m canisme des carboxylations d pendantes de la biotine). La biotine est li e de mani re covalente au groupe -amino des r sidus de lysine dans les enzymes d pendantes de la biotine (Fig. 28.16). La carence en biotine ne se produit pas naturellement car la vitamine est largement distribu e dans les aliments. De plus, un grand pourcentage des besoins en biotine chez l'homme est fourni par les bact ries intestinales. Cependant, l'ajout de blanc d' uf cru l'alimentation en tant que source de prot ines peut induire des sympt mes de carence en biotine, savoir la dermatite, la perte de cheveux, la perte d'app tit et les naus es. Le blanc d' uf cru contient la glycoprot ine avidine, qui lie troitement la biotine et emp che son absorption par l'intestin. Avec un r gime alimentaire normal, cependant, il a t estim que 20 ufs/jour seraient n cessaires pour induire un syndrome de carence. [Remarque : L'inclusion d' ufs crus dans l'alimentation n'est pas recommand e en raison de la possibilit de salmonellose caus e par une infection Salmonella enterica.] Le d ficit multiple en carboxylases r sulte d'une diminution de la capacit ajouter de la biotine aux carboxylases lors de leur synth se ou l' liminer lors de leur d gradation. Le traitement est une suppl mentation en biotine. X. ACIDE PANTOTH NIQUE (VITAMINE B5) L'acide pantoth nique est un composant de la CoA, qui fonctionne dans le transfert des groupes acyles (Fig. 28.17). Le CoA contient un groupe thiol qui porte les compos s acyles sous forme d'esters thiols activ s. Des exemples de telles structures sont le succinyl CoA, l'acyle gras CoA et l'ac tyl CoA. L'acide pantoth nique est galement un composant du domaine de la prot ine porteuse d'acyle de l'acide gras synthase (voir p. 184). Les ufs, le foie et les levures sont les sources les plus importantes d'acide pantoth nique, bien que la vitamine soit largement distribu e. Le d ficit en acide pantoth nique n'est pas bien caract ris chez l'homme, et aucun AJR n'a t tabli. XI. VITAMINE A La vitamine A est une vitamine liposoluble qui provient principalement de sources animales comme le r tinol (vitamine A pr form e), un r tino de. Les r tino des, une famille de mol cules structurellement apparent es, sont essentiels la vision, la reproduction, la croissance et au maintien des tissus pith liaux. Ils jouent galement un r le dans la fonction immunitaire. L'acide r tino que, d riv de l'oxydation du r tinol, m die la plupart des actions des r tino des, l'exception de la vision, qui d pend du r tinal, le d riv ald hyde du r tinol. A. Structure Les r tino des comprennent les formes naturelles de la vitamine A, le r tinol et ses m tabolites (Fig. 28.18) et les formes synth tiques (m dicaments). 1. R tinol : Alcool primaire contenant un cycle -ionone avec une cha ne lat rale insatur e, le r tinol se trouve dans les tissus animaux sous forme d'ester r tinylique avec un AF longue cha ne. C'est la forme de stockage de la vitamine A. 2. R tinal : Il s'agit de l'ald hyde issu de l'oxydation du r tinol. Le r tinien et le r tinol peuvent facilement tre interconvertis. 3. Acide r tino que : C'est l'acide d riv de l'oxydation du r tinal. L'acide r tino que ne peut pas tre r duit dans le corps et, par cons quent, ne peut donner naissance ni au r tinal ni au r tinol. 4. -carot ne : Les aliments v g taux contiennent du -carot ne (provitamine A), qui p |
Biochimie_Lippincott | eut tre cliv par oxydation et sym trique dans l'intestin pour produire deux mol cules de r tinal. Chez l'homme, la conversion est inefficace et l'activit de la vitamine A du -carot ne n'est que d'environ 1/12 de celle du r tinol. B. Absorption et transport vers le foie Les esters de r tinyle de l'alimentation sont hydrolys s dans la muqueuse intestinale, lib rant du r tinol et des AGL (Fig. 28.19). Le r tinol d riv des esters et de la r duction du clivage r tinien du -carot ne est r est rifi en AF longue cha ne dans les ent rocytes et s cr t en tant que composant des chylomicrons dans le syst me lymphatique. Les esters de r tinyle contenus dans les restes de chylomicron sont absorb s et stock s dans le foie. [Remarque : toutes les vitamines liposolubles sont transport es dans les chylomicrons.] C. Lib ration par le foieLorsque n cessaire, le r tinol est lib r par le foie et transport par le sang vers les tissus extrah patiques par une prot ine de liaison au r tinol complex e avec de la transthyr tine (voir Fig. 28.19). Le complexe ternaire se lie une prot ine de transport la surface des cellules des tissus p riph riques, permettant au r tinol d'entrer. Une prot ine intracellulaire de liaison au r tinol transporte le r tinol vers des sites du noyau o la vitamine r gule la transcription d'une mani re analogue celle des hormones st ro des. D. M canisme d'action de l'acide r tino que Le r tinol est oxyd en acide r tino que. L'acide r tino que se lie avec une grande affinit des prot ines r ceptrices sp cifiques (r cepteurs de l'acide r tino que [RAR]) pr sentes dans le noyau des tissus cibles tels que les cellules pith liales (Fig. 28.20). Le complexe acide r tino que-RAR activ se lie aux l ments de r ponse de l'ADN et recrute des activateurs ou des r presseurs pour r guler la synth se de l'ARN sp cifique du r tino de, ce qui permet de contr ler la production de prot ines sp cifiques qui interviennent dans plusieurs fonctions physiologiques. Par exemple, les r tino des contr lent l'expression du g ne de la k ratine dans la plupart des tissus pith liaux du corps. [Remarque : Les prot ines RAR font partie de la superfamille des r gulateurs transcriptionnels qui comprend les r cepteurs nucl aires des hormones st ro diennes et thyro diennes et de la vitamine D, qui fonctionnent tous de mani re similaire (voir p. 240).] E. Fonctions 1. Cycle visuel : La vitamine A est un composant des pigments visuels des cellules en b tonnets et en c nes. La rhodopsine, le pigment visuel des cellules en b tonnets de la r tine, est constitu e de 11-cis r tiniens li s la prot ine opsine (voir Fig. 28.19). Lorsque la rhodopsine, un r cepteur coupl aux prot ines G, est expos e la lumi re, une s rie d'isom risations photochimiques se produit, ce qui entra ne le blanchiment de la rhodopsine et la lib ration de r tinal et d'opsine enti rement trans. Ce processus active la transducine de la prot ine G, d clenchant un influx nerveux qui est transmis par le nerf optique au cerveau. La r g n ration de la rhodopsine n cessite l'isom risation de la r tine tout-trans en r tinienne 11-cis. Le r tinal tout-trans est r duit en r tinol tout-trans, est rifi et isom ris en r tinol 11-cis qui est oxyd en r tinal 11-cis. Ce dernier se combine avec l'opsine pour former de la rhodopsine, compl tant ainsi le cycle. Des r actions similaires sont responsables de la vision des couleurs dans les cellules coniques. 2. Entretien des cellules pith liales : La vitamine A est essentielle la diff renciation normale des tissus pith liaux et la s cr tion de mucus et, par cons quent, soutient la d fense de l'organisme contre les agents pathog nes. 3. Reproduction : Le r tinol et le r tinal sont essentiels la reproduction normale, favorisant la spermatogen se chez l'homme et emp chant la r sorption f tale chez la femme. L'acide r tino que est inactif dans le maintien de la reproduction et dans le cycle visuel, mais favorise la croissance et la diff renciation des cellules pith liales. F. Distribution Le foie, les reins, la cr me, le beurre et le jaune d' uf sont de bonnes sources de vitamine A pr form e. Les l gumes et les fruits jaunes, oranges et vert fonc sont de bonnes sources de carot nes (provitamine A). G. Exigence L'AJR pour les adultes est de 900 quivalents d'activit du r tinol (EAR) pour les hommes et de 700 quivalents RAE pour les femmes. En comparaison, 1 ARR = 1 g de r tinol, 12 g de carot ne ou 24 g d'autres carot no des. H. Indications cliniques de la vitamine AAl Bien qu'ils soient chimiquement li s, l'acide r tino que et le r tinol ont des applications th rapeutiques nettement diff rentes. Le r tinol et son pr curseur carot no de sont utilis s comme compl ments alimentaires, tandis que diverses formes d'acide r tino que sont utiles en dermatologie (Fig. 28.21). 1. Carence : La vitamine A, administr e sous forme de r tinol ou d'esters de r tinyle, est utilis e pour traiter les patien |
Biochimie_Lippincott | ts qui pr sentent une carence en vitamine. La c cit nocturne (nyctalopie) est l'un des premiers signes de carence en vitamine A. Le seuil visuel est augment , ce qui rend la vision difficile dans la p nombre. Une carence prolong e entra ne une perte irr versible du nombre de cellules visuelles. Une carence s v re conduit la x rophtalmie, une s cheresse pathologique de la conjonctive et de la corn e, caus e, en partie, par une augmentation de la synth se de k ratine. Si elle n'est pas trait e, la x rophtalmie entra ne une ulc ration de la corn e et, finalement, la c cit en raison de la formation de tissu cicatriciel opaque. La maladie est le plus souvent observ e chez les enfants dans les pays tropicaux en d veloppement. Plus de 500 000 enfants dans le monde sont rendus aveugles chaque ann e par une x rophtalmie caus e par une carence en vitamine A dans l'alimentation. 2. Affections cutan es : Les probl mes dermatologiques tels que l'acn sont trait s efficacement avec de l'acide r tino que ou ses d riv s (voir Fig. 28.21). Les cas b nins d'acn et de vieillissement cutan sont trait s avec de la tr tino ne (acide r tino que tout trans). La tr tino ne est trop toxique pour une administration syst mique (orale) dans le traitement des affections cutan es et est limit e l'application topique. [Remarque : La tr tino ne orale est utilis e dans le traitement de la leuc mie promy lo de aigu .] Chez les patients atteints d'acn kystique s v re qui ne r pond pas aux traitements conventionnels, l'isotr tino ne (acide r tino que 13-cis) est administr e par voie orale. Un r tino de synth tique oral est utilis pour traiter le psoriasis. I. Toxicit des r tino des 1. Vitamine A : Un apport excessif en vitamine A (mais pas en carot ne) produit un syndrome toxique appel hypervitaminose A. Les quantit s sup rieures 7,5 mg / jour de r tinol doivent tre vit es. Les premiers signes d'hypervitaminose chronique A se refl tent dans la peau, qui devient s che et prurigineuse (en raison de la diminution de la synth se de k ratine) ; dans le foie, qui grossit et peut devenir cirrhotique ; et dans le SNC, o une augmentation de la pression intracr nienne peut imiter les sympt mes d'une tumeur c r brale. Les femmes enceintes, en particulier, ne devraient pas ing rer des quantit s excessives de vitamine A en raison de son potentiel de t ratogen se (provoquant des malformations cong nitales chez le f tus en d veloppement). L'AMT est de 3 000 g de vitamine A pr form e/jour. [Remarque : La vitamine A favorise la croissance osseuse. En exc s, cependant, il est associ une diminution de la densit min rale osseuse et un risque accru de fractures.] 2. Isotr tino ne : Le m dicament, un isom re de l'acide r tino que, est t ratog ne et absolument contre-indiqu chez les femmes en ge de procr er, moins qu'elles ne souffrent d'acn kystique s v re et d figurante qui ne r pond pas aux traitements standard. La grossesse doit tre exclue avant le d but du traitement et une contraception doit tre utilis e. Un traitement prolong l'isotr tino ne peut entra ner une augmentation du TAG et du cholest rol, ce qui suscite une certaine inqui tude quant un risque accru de MCV. XII. VITAMINE D Les vitamines D sont un groupe de st rols qui ont une fonction semblable celle des hormones. La mol cule active, le 1,25-dihydroxychol calcif rol ([1,25-diOH-D3], ou calcitriol), se lie aux prot ines r ceptrices intracellulaires. Le complexe r cepteur 1,25-diOH-D3 interagit avec les l ments de r ponse de l'ADN nucl aire des cellules cibles d'une mani re similaire celle de la vitamine A (voir Fig. 28.20) et stimule ou r prime s lectivement la transcription des g nes. Les actions les plus importantes du calcitriol sont de r guler les taux s riques de calcium et de phosphore. A. R partition 1. Pr curseur endog ne de la vitamine : Le 7-d hydrocholest rol, un interm diaire dans la synth se du cholest rol, est converti en chol calcif rol dans le derme et l' piderme des humains expos s la lumi re du soleil et transport vers le foie li la prot ine de liaison la vitamine D. 2. R gime alimentaire : L'ergocalcif rol (vitamine D2), pr sent dans les plantes, et le chol calcif rol (vitamine D3), pr sent dans les tissus animaux, sont des sources d'activit pr form e de la vitamine D (Fig. 28.22). La vitamine D2 et la vitamine D3 ne diff rent chimiquement que par la pr sence d'une double liaison suppl mentaire et d'un groupe m thyle dans le st rol v g tal. La vitamine D alimentaire est conditionn e en chylomicrons. [Remarque : La vitamine D pr form e est un besoin alimentaire uniquement chez les personnes peu expos es au soleil.] B. M tabolisme 1. Formation de 1,25-dihydroxychol calcif rol : Les vitamines D2 et D3 ne sont pas biologiquement actives mais sont converties in vivo en calcitriol, la forme active de la vitamine D, par deux r actions d'hydroxylation s quentielles (Fig. 28.23). La premi re hydroxylation se produit en position 25 |
Biochimie_Lippincott | et est catalys e par une 25-hydroxylase sp cifique dans le foie. Le produit de la r action, le 25hydroxychol calcif rol ([25-OH-D3], calcidiol), est la forme pr dominante de vitamine D dans le s rum et la principale forme de stockage. Le 25-OH-D3 est hydroxyl en position 1 par la 25-hydroxychol calcif rol 1 hydroxylase pr sente principalement dans le rein, ce qui entra ne la formation du 1,25-diOH-D3 (calcitriol). [Remarque : Les deux hydroxylases sont des prot ines du cytochrome P450 (voir p. 149).] 2. R gulation de l'hydroxylation : Le calcitriol est le m tabolite de la vitamine D le plus puissant. Sa formation est troitement r gul e par le taux s rique de phosphate (PO43 ) et d'ions calcium (Ca2+), comme le montre la Figure 28.24. 25 L'activit de l'hydroxychol calcif rol 1-hydroxylase est augment e directement par un faible taux s rique de PO43 ou indirectement par un faible taux s rique de Ca2+, ce qui d clenche la s cr tion d'hormone parathyro dienne (PTH) par les cellules principales de la glande parathyro de. La PTH r gule la hausse la 1-hydroxylase. Ainsi, l'hypocalc mie caus e par un apport alimentaire insuffisant en Ca2+ entra ne des taux lev s de 1,25-diOH-D3 s rique. [Remarque : Le 1,25-diOH-D3 inhibe l'expression de la PTH, formant une boucle de r troaction n gative. Il inhibe galement l'activit de la 1-hydroxylase.] C. Fonction La fonction globale du calcitriol est de maintenir des taux s riques ad quats de Ca2+ . Il remplit cette fonction en 1) augmentant l'absorption de Ca2+ par l'intestin, 2) en minimisant la perte de Ca2+ par le rein en augmentant la r absorption, et 3) en stimulant la r sorption (d min ralisation) de l'os lorsque le Ca2+ sanguin est faible (voir Fig. 28.23). 1. Effet sur l'intestin : Le calcitriol stimule l'absorption intestinale du Ca2+ en p n trant d'abord dans la cellule intestinale et en se liant un r cepteur cytosolique. Le complexe r cepteur 1,25-diOH-D3 se d place ensuite vers le noyau o il interagit s lectivement avec les l ments de r ponse de l'ADN. En cons quence, l'absorption de Ca2+ est am lior e par une expression accrue de la calbindine, une prot ine de liaison au calcium. Ainsi, le m canisme d'action du 1,25-diOH-D3 est typique des hormones st ro des (voir p. 240). 2. Effet sur l'os : L'os est compos de collag ne et de cristaux de Ca5(PO4)3OH (hydroxylapatite). Lorsque le Ca2+ sanguin est faible, le 1,25-diOH-D3 stimule la r sorption osseuse par un processus qui est renforc par la PTH. Le r sultat est une augmentation du s rum Ca2+ . Par cons quent, l'os est un r servoir important de Ca2+ qui peut tre mobilis pour maintenir les taux s riques. [Remarque : La PTH et le calcitriol travaillent galement ensemble pour pr venir la perte r nale de Ca2+.] D. Distribution et exigences La vitamine D est naturellement pr sente dans les poissons gras, le foie et le jaune d' uf. Le lait, moins qu'il ne soit enrichi artificiellement, n'est pas une bonne source. L'AJR pour les personnes g es de 1 70 ans est de 15 g/jour et de 20 g/jour si elles ont plus de 70 ans. Les experts ne s'entendent toutefois pas sur le niveau optimal de vitamine D n cessaire au maintien de la sant . [Remarque : 1 g de vitamine D = 40 unit s internationales (UI).] Parce que le lait maternel est une mauvaise source de vitamine D, une suppl mentation est recommand e pour les b b s allait s. E. Indications cliniques de la vitamine D 1. Rachitisme nutritionnel : La carence en vitamine D provoque une d min ralisation nette des os, entra nant le rachitisme chez les enfants et l'ost omalacie chez les adultes (Fig. 28.25). Le rachitisme se caract rise par la formation continue de la matrice de collag ne des os, mais une min ralisation incompl te entra ne des os mous et souples. Dans l'ost omalacie, la d min ralisation des os pr existants augmente leur susceptibilit la fracture. L'exposition insuffisante la lumi re du jour et/ou les carences en mati re de consommation de vitamine D surviennent principalement chez les nourrissons et les personnes g es. La carence en vitamine D est plus fr quente dans les latitudes nordiques, car la synth se de la vitamine D est moindre dans la peau en raison d'une exposition r duite la lumi re ultraviolette. [Remarque : Les mutations de perte de fonction dans le r cepteur de la vitamine D entra nent un rachitisme h r ditaire d ficient en vitamine D.] 2. Ost odystrophie r nale : L'insuffisance r nale chronique entra ne une diminution de la capacit former de la vitamine D active ainsi qu'une augmentation de la r tention de PO43 , entra nant une hyperphosphat mie et une hypocalc mie. Le faible taux sanguin de Ca2+ provoque une augmentation de la PTH et une d min ralisation osseuse associ e avec lib ration de Ca2+ et de PO43 . La suppl mentation en vitamine D est une th rapie efficace. Cependant, la suppl mentation doit tre accompagn e d'un traitement de r duction de la PO43 pour pr venir la perte osseuse et la pr cipitation de |
Biochimie_Lippincott | cristaux de phosphate de calcium. 3. Hypoparathyro die : L'absence de PTH provoque une hypocalc mie et une hyperphosphat mie. [Remarque : la PTH augmente l'excr tion de phosphate.] Les patients peuvent tre trait s avec une suppl mentation en vitamine D et en calcium. F. Toxicit Comme toutes les vitamines liposolubles, la vitamine D peut tre stock e dans le corps et n'est m tabolis e que lentement. Des doses lev es (100 000 UI pendant des semaines ou des mois) peuvent provoquer une perte d'app tit, des naus es, une soif et une faiblesse. L'am lioration de l'absorption du Ca2+ et de la r sorption osseuse entra ne une hypercalc mie, qui peut entra ner le d p t de sels de calcium dans les tissus mous (calcification m tastatique). L'AMT est de 100 g/jour (4 000 UI/jour) pour les personnes g es de 9 ans ou plus, avec un niveau inf rieur pour celles de moins de 9 ans. [Remarque : La toxicit n'est observ e qu'avec l'utilisation de suppl ments. L'exc s de vitamine D produit dans la peau est converti en formes inactives.] XIII. VITAMINE K Le r le principal de la vitamine K est dans la modification post-traductionnelle d'un certain nombre de prot ines (dont la plupart sont impliqu es dans la coagulation du sang), dans lesquelles elle sert de coenzyme dans la carboxylation de certains r sidus d'acide glutamique dans ces prot ines. La vitamine K existe sous plusieurs formes actives, par exemple, dans les plantes sous forme de phylloquinone (ou vitamine K1), et dans les bact ries intestinales sous forme de m naquinone (ou vitamine K2). Une forme synth tique de vitamine K, la m nadione, peut tre convertie en K2. A. Fonction 1. Formation de -carboxyglutamate : La vitamine K est n cessaire la synth se h patique des prot ines de coagulation sanguine, de la prothrombine (facteur [F]II) et du FVII, du FIX et du FX. (Voir en ligne le chapitre 35.) La formation des facteurs de coagulation fonctionnels n cessite la carboxylation d pendante de la vitamine K de plusieurs r sidus d'acide glutamique en r sidus de -carboxyglutamate (Gla) (Fig. 28.26). La r action de carboxylation n cessite de la -glutamyl carboxylase, de l'O2, Le CO2 et la forme hydroquinone de la vitamine K (qui s'oxyde sous forme poxyde). La formation de r sidus Gla est sensible l'inhibition par la warfarine, un analogue synth tique de la vitamine K qui inhibe la vitamine K poxyde r ductase (VKOR), l'enzyme n cessaire pour r g n rer la forme hydroquinone fonctionnelle de la vitamine K. 2. Interaction de la prothrombine avec les membranes : Les r sidus Gla sont de bons ch lateurs des ions calcium charg s positivement, en raison de leurs deux groupes carboxylates adjacents charg s n gativement. Avec la prothrombine, par exemple, le complexe prothrombine-calcium est capable de se lier aux phospholipides membranaires charg s n gativement la surface de l'endoth lium et des plaquettes endommag s. La fixation la membrane augmente la vitesse laquelle la conversion prot olytique de la prothrombine en thrombine peut se produire (Fig. 28.27). 3. -Carboxyglutamate R sidus dans d'autres prot ines : Les r sidus Gla sont galement pr sents dans des prot ines autres que celles impliqu es dans la formation d'un caillot sanguin. Par exemple, l'ost ocalcine et la prot ine matricielle Gla de l'os et les prot ines C et S (impliqu es dans la limitation de la formation de caillots sanguins) subissent galement une carboxylation. Figure28.27R le de la vitamineCoagulation sanguine.CO2=dioxyde de carbone. B. R partition et exigences La vitamine K se trouve dans le chou, le chou fris , les pinards, le jaune d' uf et le foie. L'apport ad quat en vitamine K est de 120 g/jour pour les hommes adultes et de 90 g pour les femmes adultes. Il y a aussi synth se de la vitamine par le microbiote intestinal. C. Indications cliniques de la vitamine K 1. Carence : Une v ritable carence en vitamine K est inhabituelle car des quantit s ad quates sont g n ralement obtenues partir de l'alimentation et produites par les bact ries intestinales. Si la population bact rienne dans l'intestin est diminu e (par exemple, par des antibiotiques), la quantit de vitamine form e de mani re endog ne est diminu e, ce qui peut entra ner une hypoprothrombin mie chez l'individu l g rement sous-aliment (par exemple, un patient g riatrique affaibli). Cette condition peut n cessiter une suppl mentation en vitamine K pour corriger la tendance aux saignements. De plus, certains antibiotiques c phalosporines (par exemple, la c famandole) provoquent une hypoprothrombin mie, apparemment par un m canisme semblable la warfarine qui inhibe la VKOR. Par cons quent, leur utilisation dans le traitement est g n ralement compl t e par de la vitamine K. Une carence peut galement affecter la sant des os. 2. Carence chez le nouveau-n : Parce que les nouveau-n s ont des intestins st riles, ils manquent initialement de bact ries qui synth tisent la vitamine K. tant donn que le lait maternel |
Biochimie_Lippincott | ne fournit qu'environ un cinqui me des besoins quotidiens en vitamine K, il est recommand que tous les nouveau-n s re oivent une dose intramusculaire unique de vitamine K titre prophylactique contre la maladie h morragique du nouveau-n . D. Toxicit L'administration prolong e de fortes doses de m nadione peut produire une an mie h molytique et une jaunisse chez le nourrisson, en raison des effets toxiques sur la membrane des globules rouges. Par cons quent, il n'est plus utilis pour traiter la carence en vitamine K. Aucun UL pour la forme naturelle n'a t d fini. XIV. VITAMINE E Les vitamines E sont constitu es de huit tocoph rols naturels, dont l' tocoph rol est le plus actif (Fig. 28.28). La vitamine E fonctionne comme un antioxydant dans la pr vention des oxydations non enzymatiques (par exemple, l'oxydation des LDL (voir p. 100). 232) et la peroxydation des acides gras polyinsatur s par l'O2 et les radicaux libres). [Remarque : la vitamine C r g n re la vitamine E active.] A. Distribution et exigences Les huiles v g tales sont de riches sources de vitamine E, tandis que le foie et les ufs en contiennent des quantit s mod r es. L'AJR pour le -tocoph rol est de 15 mg/jour pour les adultes. Les besoins en vitamine E augmentent mesure que l'apport en AGA polyinsatur s augmente pour limiter la peroxydation des AG. B. Carence Les nouveau-n s ont de faibles r serves de vitamine E, mais le lait maternel (et les pr parations pour nourrissons) en contiennent. Les nourrissons de tr s faible poids la naissance peuvent recevoir des suppl ments pour pr venir l'h molyse et la r tinopathie associ es une carence en vitamine E. Lorsqu'elle est observ e chez l'adulte, la carence est g n ralement associ e une absorption ou un transport d fectueux des lipides. [Remarque : L'ab talipoprot in mie, caus e par un d faut dans la formation des chylomicrons (et des VLDL), entra ne une carence en vitamine E (voir p. 231).] C. Indications cliniques de la vitamine E La vitamine E n'est pas recommand e pour la pr vention des maladies chroniques, telles que les MCV ou le cancer. Les essais cliniques utilisant la suppl mentation en vitamine E ont t uniform ment d cevants. Par exemple, les sujets de l' tude sur la pr vention du cancer de l'alpha-tocoph rol et du b ta-carot ne qui ont re u de fortes doses de vitamine E ont non seulement manqu de b n fice cardiovasculaire, mais ont galement eu une incidence accrue d'accidents vasculaires c r braux. [Remarque : Les vitamines E et C sont utilis es pour ralentir la progression de la d g n rescence maculaire li e l' ge.] D. Toxicit La vitamine E est la moins toxique des vitamines liposolubles, et aucune toxicit n'a t observ e des doses de 300 mg/jour (AMT = 1 000 mg/jour). Les populations consommant des r gimes riches en fruits et l gumes montrent une diminution de l'incidence de certaines maladies chroniques. Cependant, les essais cliniques n'ont pas r ussi montrer un avantage d finitif des suppl ments d'acide folique ; vitamines A, C ou E ; ou des combinaisons d'antioxydants pour la pr vention du cancer ou des MCV. XV. R SUM DU CHAPITRE Les vitamines sont r sum es dans la figure 28.29 aux pages 396-397. Choisissez UNE meilleure r ponse. Pour les questions 28.1 28.5, associez la carence en vitamines la cons quence clinique. 8.1. Saignement 8.2. Diarrh e et dermatite 8.3. Anomalies du tube neural 8.4. C cit nocturne (nyctalopie) 8.5. Gencives douloureuses et spongieuses et dents mobiles Bonnes r ponses = H, B, A, C, E. La vitamine K est n cessaire la formation des r sidus de carboxyglutamate dans plusieurs prot ines n cessaires la coagulation du sang. Par cons quent, une carence en vitamine K entra ne une tendance aux saignements. La carence en niacine est caract ris e par les trois D : diarrh e, dermatite et d mence (et la mort, un quatri me D, si elle n'est pas trait e). Une carence en acide folique peut entra ner des anomalies du tube neural chez le f tus en d veloppement. La c cit nocturne est l'un des premiers signes d'une carence en vitamine A. Les cellules en b tonnets de la r tine d tectent les images blanches et noires et fonctionnent mieux dans des conditions de faible luminosit , par exemple la nuit. La rhodopsine, le pigment visuel des cellules en b tonnets, est constitu e de 11-cis r tiniens li s la prot ine opsine. La vitamine C est n cessaire l'hydroxylation de la proline et de la lysine lors de la synth se du collag ne. Une carence s v re en vitamine C (scorbut) entra ne un tissu conjonctif d fectueux, caract ris par des gencives douloureuses et spongieuses, des dents mobiles, une fragilit capillaire, une an mie et de la fatigue. 8.6. Une femme de 52 ans pr sente une fatigue qui dure depuis plusieurs mois. Des analyses sanguines r v lent une an mie macrocytaire, des taux r duits d'h moglobine, des taux lev s d'homocyst ine et des taux normaux d'acide m thylmalonique. Lequel des l ments suivants est le plu |
Biochimie_Lippincott | s susceptible d' tre d ficient chez cette femme ? A. Acide foliqueB. Acide folique et vitamine B12 C. FerD. Vitamine C Bonne r ponse = A. L'an mie macrocytaire se manifeste par des carences en acide folique, en vitamine B12 ou les deux. La vitamine B12 n'est utilis e que dans deux r actions dans le corps : la rem thylation de l'homocyst ine (Hcy) en m thionine, qui n cessite galement de l'acide folique (sous forme de t trahydrofolate [THF]), et l'isom risation de la m thylmalonyl coenzyme A en succinyl coenzyme A, qui ne n cessite pas de THF. Les taux lev s de Hcy et d'acide m thylmalonique normaux dans le sang du patient refl tent une carence en acide folique comme cause de l'an mie macrocytaire. Une carence en fer provoque une an mie microcytaire, tout comme une carence en vitamine C. 8.7. Une fillette afro-am ricaine de 10 mois, dont la famille s'est r cemment install e du Maine la Virginie, est valu e pour l'apparence arqu e de ses jambes. Les parents signalent que le b b est toujours allait et ne prend pas de suppl ments. Des tudes radiologiques confirment la suspicion de rachitisme caus par une carence en vitamine D. Laquelle des affirmations suivantes concernant la vitamine D est correcte ? Un. Une carence entra ne une augmentation de la s cr tion de calbindine.B. La maladie r nale chronique entra ne une surproduction de 1,25dihydroxychol calcif rol (calcitriol). C. Le 25-hydroxychol calcif rol (calcidiol) est la forme active de la vitamine. Il est n cessaire dans l'alimentation des personnes ayant une exposition limit e au soleil. Ses actions sont m di es par la liaison des r cepteurs coupl s aux prot ines G.F. Il s'oppose l'effet de l'hormone parathyro dienne. Bonne r ponse = D. La vitamine D est n cessaire dans l'alimentation des personnes peu expos es au soleil, telles que celles vivant des latitudes nordiques comme le Maine et celles la peau fonc e. Notez que le lait maternel est pauvre en vitamine D, et le manque de suppl mentation augmente le risque de carence. Une carence en vitamine D entra ne une diminution de la synth se de la calbindine. L'insuffisance r nale chronique diminue la production de calcitriol (1,25-dihydroxychol calcif rol), la forme active de la vitamine. La vitamine D se lie aux r cepteurs nucl aires et alt re transcription des g nes. Ses effets sont synergiques avec l'hormone parathyro dienne. 8.8. Pourquoi une carence en vitamine B6 peut-elle entra ner une hypoglyc mie jeun ? Une carence en quelle autre vitamine pourrait galement entra ner une hypoglyc mie ? La vitamine B6 est n cessaire la d gradation du glycog ne par la phosphorylase du glycog ne. Une carence entra nerait une hypoglyc mie jeun. De plus, une carence en biotine (requise par la pyruvate carboxylase de la glucon ogen se) entra nerait galement une hypoglyc mie jeun. Micronutriments : min raux 29Pour d'autres documents auxiliaires li s ce chapitre, veuillez consulter le site thePoint. I. APER U Les min raux sont des substances inorganiques ( l ments) dont l'organisme a besoin en petites quantit s. Ils fonctionnent dans un certain nombre de processus, notamment la formation des os et des dents, l' quilibre hydrique, la conduction nerveuse, la contraction musculaire, la signalisation et la catalyse. [Remarque : Plusieurs min raux sont des cofacteurs enzymatiques essentiels.] Comme les vitamines organiques (voir chapitre 28), les min raux sont des micronutriments n cessaires en mg ou en g. Ceux dont les adultes ont besoin en plus grandes quantit s (>100 mg/jour) sont appel s macromin raux. Les min raux n cessaires en quantit s comprises entre 1 et 100 mg/jour sont les micromin raux (oligo- l ments). Les oligo- l ments sont n cessaires en quantit s <1 mg/jour (Fig. 29.1). [Remarque : La classification de min raux sp cifiques dans ces cat gories peut varier d'une source l'autre.] Les concentrations de min raux dans le corps sont influenc es par leurs taux d'absorption et d'excr tion. II. MACROMIN RAUX Les macromin raux comprennent le calcium (Ca2+), le phosphore ([P] sous forme de phosphate inorganique [Pi ou PO43 ]), le magn sium (Mg2+), le sodium (Na+), le chlorure (Cl ) et le potassium (K+). [Remarque : Les formes ioniques libres sont des lectrolytes.] A. Calcium et phosphore Ces macromin raux sont consid r s ensemble parce qu'ils sont des composants de l'hydroxylapatite (Ca5[PO4]3OH), qui constitue les os et les dents. 1. Calcium : Ca2+ est le min ral le plus abondant dans le corps, avec ~98% se trouvant dans les os. Le reste est impliqu dans un certain nombre de processus tels que la signalisation, la contraction musculaire et la coagulation du sang. Le Ca2+ se lie une vari t de prot ines, dont la calmoduline (voir p. 133), la phospholipase A2 (voir p. 213) et la prot ine kinase C (voir p. 205) et modifie leur activit . [Remarque : La calbindine est une prot ine intracellulaire de liaison au Ca2+ induite par la vitamine D impliqu e dans l'absorption du Ca2+ d |
Biochimie_Lippincott | ans l'intestin (voir p. 392).] Les produits laitiers, de nombreux l gumes verts (par exemple, le brocoli, mais pas les pinards) et le jus d'orange enrichi sont de bonnes sources alimentaires. Bien que les syndromes de carence alimentaire soient inconnus, l'apport moyen en Ca2+ aux tats-Unis est insuffisant pour une sant osseuse optimale. La toxicit n'est observ e qu'avec les suppl ments (limite sup rieure tol rable [AMT] = 2 500 mg/jour pour les adultes). L'hypercalc mie ( l vation du taux s rique de Ca2+) peut r sulter d'une surproduction d'hormone parathyro dienne (PTH). Cela peut provoquer de la constipation et des calculs r naux. L'hypocalc mie (faible teneur s rique en Ca2+) peut r sulter d'une carence en PTH ou en vitamine D. Elle peut entra ner une d min ralisation osseuse (r sorption). [Remarque : La r gulation hormonale des taux s riques de Ca2+ a t pr sent e dans la section sur la vitamine D du chapitre 28 et est examin e au point 3 ci-dessous.] La masse osseuse augmente de la petite enfance jusqu'aux premi res ann es de reproduction, puis montre une perte li e l' ge chez les hommes et les femmes, ce qui augmente le risque de fracture. Cette perte est la plus importante chez les enfants m nopaus s. femmes caucasiennes. Certaines tudes ont montr qu'une suppl mentation en Ca2+ et en vitamine D diminue ce risque. 2. Phosphore : Le phosphate libre (Pi) est l'anion intracellulaire le plus abondant. Cependant, 85 % du phosphore de l'organisme se pr sente sous forme d'hydroxylapatite inorganique, la majeure partie du reste se trouvant dans des compos s organiques intracellulaires tels que les phospholipides, les acides nucl iques, l'ATP et la cr atine phosphate. Le phosphate est fourni sous forme d'ATP pour les kinases et de Pi pour les phosphorylases (par exemple, glycog ne phosphorylase, voir p. 128). [Remarque : Son addition (par les kinases) ou son limination (par les phosphatases) est un moyen important de r gulation covalente des enzymes (voir le chapitre 24).] Le phosphore est largement r pandu dans les aliments (le lait en est une bonne source), et les carences alimentaires sont rares. L'hypophosphat mie peut tre caus e par la r alimentation en glucides de patients souffrant de malnutrition (syndrome de r alimentation, voir p. 369), l'utilisation excessive d'antiacides contenant de l'aluminium (ch lates d'aluminium Pi) et l'augmentation de la perte urinaire en r ponse une production accrue de PTH (voir ci-dessous). La faiblesse musculaire est un sympt me courant. L'hyperphosphat mie est caus e principalement par une diminution des taux de PTH. L'exc s de Pi peut se combiner avec le Ca2+ et former des cristaux qui se d posent dans les tissus mous (calcification m tastatique). [Remarque : Le rapport Ca2+/Pi est important pour la formation osseuse (le rapport est de ~2/1 dans l'os), et certains experts craignent que le remplacement du lait riche en Ca2+ par des boissons gazeuses pauvres en Ca2+ et riches en Pi puisse affecter la sant des os.] 3. R gulation hormonale : Les taux s riques de Ca2+ et de Pi sont principalement contr l s par le calcitriol (1,25-dihydroxychol calcif rol, la forme active de la vitamine D) et la PTH, qui r pondent tous deux une diminution du Ca2+ s rique. Le calcitriol, produit par les reins, augmente les s riques Ca2+ et Pi en augmentant la r sorption osseuse et l'absorption intestinale et la r absorption r nale de Ca2+ et Pi (Fig. 29.2). La PTH (des glandes parathyro des) augmente le Ca2+ s rique en augmentant la r sorption osseuse, en augmentant la r absorption r nale de Ca2+ et en activant la 1-hydroxylase r nale qui produit le calcitriol partir du calcidiol (voir p. 390) (Fig. 29.3). Contrairement au calcitriol, la PTH diminue la r absorption de Pi dans les reins, abaissant ainsi le Pi s rique. [Remarque : Un taux lev de Pi s rique augmente la PTH et diminue le calcitriol.] Une troisi me hormone, la calcitonine (provenant des cellules C de la glande thyro de), r pond aux taux s riques lev s de Ca2+ en favorisant la min ralisation osseuse et en augmentant l'excr tion r nale de Ca2+ (et de Pi). B. Magn sium Environ 60 % du Mg2+ du corps se trouve dans les os, mais il ne repr sente que 1 % de la masse osseuse. Le min ral est n cessaire une vari t de r actions enzymatiques, y compris la phosphorylation par les kinases (Mg2+ se lie au cosubstrat ATP) et la formation de liaisons phosphodiester par l'ADN et l'ARN polym rases. Le Mg2+ est largement distribu dans les aliments, mais l'apport moyen aux tats-Unis est inf rieur au niveau recommand . L'hypomagn s mie peut r sulter d'une diminution de l'absorption ou d'une augmentation de l'excr tion de Mg2+. Les sympt mes comprennent une hyperexcitabilit des muscles et des nerfs squelettiques et des arythmies cardiaques. Avec l'hypermagn s mie, une hypotension est observ e. [Remarque : Le sulfate de magn sium est utilis dans le traitement de la pr clampsie, un trouble hypertensif de la grossesse.] C |
Biochimie_Lippincott | . Sodium, chlorure et potassium Ces macromin raux sont consid r s ensemble car ils jouent un r le important dans plusieurs processus physiologiques. Par exemple, ils maintiennent l' quilibre hydrique, l' quilibre osmotique, l' quilibre acido-basique (pH) et les gradients lectriques travers les membranes cellulaires (potentiel membranaire) qui sont essentiels au fonctionnement des neurones et des myocytes. [Remarque : Ces processus sont discut s dans Lippincott's Illustrated Reviews : Physiology.] 1. Sodium et chlorure : Le Na+ et le Cl sont principalement des lectrolytes extracellulaires. Ils sont facilement absorb s par les aliments contenant du sel (NaCl), dont une grande partie provient d'aliments transform s. [Remarque : Le Na+ est n cessaire l'absorption intestinale (et la r absorption r nale) du glucose et du galactose (voir p. 87) et des acides amin s libres (voir p. 249) par les transporteurs li s au Na+. Le Cl est utilis pour former l'acide chlorhydrique n cessaire la digestion (voir p. 248).] Aux tats-Unis, la consommation quotidienne moyenne de NaCl est de 1,5 3 fois l'apport ad quat (AS) de 3,8 mg/jour (AMT = 5,8 g/jour). Les carences alimentaires sont rares. un. Hypertension : L'apport en Na+ est li la pression art rielle (PA). L'ingestion de Na+ stimule les centres de soif dans le cerveau et la s cr tion d'hormone antidiur tique par l'hypophyse, entra nant une r tention d'eau. Cela se traduit par une augmentation du volume plasmatique et, par cons quent, une augmentation de la pression art rielle. L'hypertension chronique peut endommager le c ur, les reins et les vaisseaux sanguins. Il a t d montr que des r ductions modestes de l'apport en Na+ entra nent des r ductions modestes de la PA. [Remarque : Certaines populations (par exemple, les Afro-Am ricains) sont sensibles au sel et ont des r ponses plus importantes au Na+.] b. Hypernatr mie et hyponatr mie : L'hypernatr mie, g n ralement caus e par une perte d'eau excessive, et l'hyponatr mie, g n ralement caus e par une diminution de la capacit d'excr tion de l'eau, peuvent entra ner de graves l sions c r brales. [Remarque : L'hyponatr mie chronique augmente l'excr tion de Ca2+ et peut entra ner l'ost oporose (faible masse osseuse).] 2. Potassium : Contrairement au Na+, le K+ est principalement un lectrolyte intracellulaire. [Remarque : La diff rence de concentration de Na+ et de K+ travers la membrane cellulaire est maintenue par l'ATPase Na+/K+ (Fig. 29.4).] Contrairement au Na+ et au Cl , le K+ (comme le Mg2+) est sous-ing r dans les r gimes occidentaux parce que ses sources primaires, les fruits et les l gumes, sont sous-ing r es. [Remarque : L'augmentation du K+ alimentaire diminue la PA en augmentant l'excr tion de Na+.] Il existe une fourchette troite pour les taux s riques normaux de K+, et m me des changements modestes ( la hausse ou la baisse, entra nant une hyper ou une hypokali mie) peuvent entra ner des arythmies cardiaques et une faiblesse des muscles squelettiques. [Remarque : L'hypokali mie peut r sulter de l'utilisation inappropri e de laxatifs pour perdre du poids.] Aucun AMT pour K+ n'a t tabli. III. MICROMIN RAUX (OLIGO- L MENTS) Les oligo- l ments comprennent le cuivre (Cu), le fer (Fe), le mangan se (Mn) et le zinc (Zn). Ils sont n cessaires aux adultes en quantit s comprises entre 1 et 100 mg / jour. A. Cuivre Le Cu est un composant cl de plusieurs enzymes qui jouent des fonctions essentielles dans l'organisme (Fig. 29.5). Il s'agit notamment des ferroxydases telles que la c ruloplasmine et l'h pha stine impliqu es dans l'oxydation du fer ferreux (Fe2+) en forme ferrique (Fe3+) qui est n cessaire son stockage intracellulaire ou son transport par le sang (voir B.1. ci-dessous). La viande, les crustac s, les noix et les grains entiers sont de bonnes sources alimentaires de Cu. Les carences alimentaires sont rares. Si une carence se d veloppe, une an mie peut tre observ e en raison de l'effet sur le m tabolisme du Fe. La toxicit d'origine alimentaire est rare (AMT = 10 mg/jour). Le syndrome de Menkes et la maladie de Wilson sont des causes g n tiques de carence en Cu et de surcharge en Cu, respectivement. 1. Syndrome de Menkes : Dans le syndrome de Menkes (maladie des cheveux cr pus), une maladie rare li e l'X (1:140 000 hommes), l'efflux de Cu alimentaire des ent rocytes intestinaux dans la circulation par une ATPase transportant le Cu (ATP7A) est alt r . Il en r sulte une carence syst mique en Cu. Par cons quent, le Cu libre urinaire et s rique (non li ) est faible, tout comme la concentration de c ruloplasmine, qui transporte plus de 90 % du Cu dans la circulation (Fig. 29.6). Une d g n rescence neurologique progressive et des troubles du tissu conjonctif sont observ s, tout comme des modifications des cheveux. L'administration parent rale de Cu a t utilis e comme traitement avec un succ s variable. [Remarque : La forme la plus b nigne du syndrome de Menkes est ap |
Biochimie_Lippincott | pel e syndrome de la corne occipitale.] 2. Maladie de Wilson : Dans la maladie de Wilson, une maladie autosomique r cessive (RA) affectant 1:35 000 naissances vivantes, l'efflux de Cu en exc s du foie par ATP7B est alt r . Le Cu s'accumule dans le foie ; fuites dans le sang ; et se d pose dans le cerveau, les yeux, les reins et la peau. Contrairement au syndrome de Menkes, le Cu urinaire et s rique libre est lev (voir Fig. 29.6). Un dysfonctionnement h patique et des sympt mes neurologiques et psychiatriques sont observ s. Des anneaux de Kayser-Fleischer (d p ts corn ens de Cu) peuvent tre pr sents (Fig. 29.7). L'utilisation vie d'agents ch lateurs Cu, tels que la p nicillamine, est le traitement. La biodisponibilit (pourcentage de la quantit ing r e qui peut tre absorb e) d'un min ral peut tre influenc e par d'autres min raux. Par exemple, l'exc s de Zn diminue l'absorption du Cu, et le Cu est n cessaire l'absorption du Fe. B. Fer Le corps adulte contient g n ralement 3 4 g de Fe. C'est un composant de nombreuses prot ines, la fois catalytiques (par exemple, les hydroxylases telles que la prolylhydroxylase, voir p. 47) et non catalytiques. Le fer peut tre li au soufre (S) comme on le voit dans les prot ines Fe-S de la cha ne de transport d' lectrons (voir p. 75), ou il peut faire partie du groupe proth tique de l'h me (voir p. 25) dans des prot ines telles que l'h moglobine (~70% de tout Fe), la myoglobine et les cytochromes. [Remarque : Le Fe ionique libre est toxique car il peut provoquer la production du radical hydroxyle, une esp ce r active de l'oxyg ne (ROS).] Le Fe alimentaire est disponible sous forme de Fe2+ dans l'h me (sources animales) et de Fe3+ dans les sources non h miques (plantes). Le fer h minique est moins abondant, mais il est mieux absorb . La viande, la volaille, certains crustac s, les c r ales pr tes consommer, les lentilles et la m lasse sont de bonnes sources alimentaires de Fe. Environ 10 % du Fe ing r est absorb . Cette quantit , ~1 2 mg/jour, est suffisante pour remplacer le Fe perdu par l'organisme principalement par la desquamation des cellules. 1. Absorption, stockage et transport : L'absorption intestinale de l'h me se fait par une prot ine porteuse de l'h me (Fig. 29.8). Dans les ent rocytes, l'h me oxyg nase lib re du Fe2+ partir de l'h me (voir p. 282). Le Fe non h mique est absorb par la prot ine membranaire apicale transporteur d'ions m talliques divalents-1 (DMT-1). [Remarque : La vitamine C am liore l'absorption du Fe non h mique car c'est la coenzyme du cytochrome b duod nal (Dcytb), une ferrireductase qui r duit Fe3+ en Fe2+.] Le Fe2+ absorb par des sources h miques et non h miques a deux destins possibles : il peut tre 1) oxyd en Fe3+ et stock par la prot ine ferritine intracellulaire (jusqu' 4 500 Fe3+/ferritine) ou 2) transport hors de l'ent rocyte par la prot ine membranaire basolat rale ferroportine, oxyd par la prot ine membranaire h pha stine contenant le Cu, et absorb par la prot ine de transport plasmatique transferrine (2 Fe3+/transferrine), comme le montre la figure 29.8. [Remarque : Les cellules autres que les ent rocytes utilisent la prot ine plasmatique contenant du Cu, la c ruloplasmine, la place de l'h pha stine.] Chez les individus normaux, la transferrine (Tf) est satur e d'environ un tiers en Fe3+. La ferroportine, le seul exportateur connu de Fe des cellules vers le sang chez l'homme, est r gul e par le peptide h patique hepcidine qui induit l'internalisation et la d gradation lysosomale de la ferroportine. Par cons quent, l'hepcidine est la mol cule centrale de l'hom ostasie du Fe. [Remarque : La transcription de l'hepcidine est supprim e lorsque Fe est d ficient.] 2. Recyclage : Les macrophages phagocytent les globules rouges anciens et/ou endommag s (GR), lib rant le Fe h mique qui est envoy hors des cellules par la ferroportine, oxyd par la c ruloplasmine et transport par Tf comme d crit ci-dessus. Ce Fe recycl r pond ~90% de nos besoins quotidiens, qui sont principalement pour l' rythropo se. 3. Absorption : Le Fe3+ li au Tf des ent rocytes et des macrophages se lie aux r cepteurs (TfR) des rythroblastes et d'autres cellules n cessitant du Fe et est absorb par l'endocytose m di e par les r cepteurs. Le Fe3+ est lib r par le Tf pour tre utilis (ou stock dans la ferritine), et le TfR (et le Tf) est recycl dans un processus similaire l'endocytose m di e par le r cepteur observ e avec les particules de lipoprot ines de basse densit (voir p. 231). [Remarque : La r gulation de la traduction de l'ARN messager de la ferritine et du TfR par les prot ines r gulatrices du fer et les l ments sensibles au fer est discut e la p. 474.] 4. Carence : Une carence en Fe peut entra ner une an mie microcytaire et hypochrome (Fig. 29.9), l'an mie la plus courante aux tats-Unis, en raison d'une diminution de la synth se de l'h moglobine et, par cons quent, d'une diminution Taille RBC. Le traitemen |
Biochimie_Lippincott | t est l'administration de Fe.5. Exc s : Une surcharge de Fe peut se produire en cas d'ingestion accidentelle. [Remarque : L'intoxication aigu au Fe est la plus courante cause de d c s par intoxication chez les enfants g s de <6 ans (AMT = 40 mg/jour pour les enfants, 45 mg/jour pour les adultes).] Le traitement consiste en l'utilisation d'un ch lateur de Fe. Une surcharge peut galement se produire avec des d fauts g n tiques. Un exemple est l'h mochromatose h r ditaire (HH), un trouble AR de surcharge en Fe que l'on trouve principalement chez les personnes d'ascendance nord-europ enne. Elle est le plus souvent caus e par des mutations du g ne HFE (haute teneur en fer). Une hyperpigmentation avec hyperglyc mie ( diab te bronze ) et des l sions du foie (un site de stockage majeur pour le Fe), du pancr as et du c ur peuvent tre observ es. Dans HH, la saturation s rique en Fe et Tf est lev e. Le traitement est la phl botomie ou l'utilisation de ch lateurs Fe. [Remarque : La surcharge en Fe est observ e avec des mutations des prot ines du m tabolisme du Fe qui entra nent des niveaux ind ment bas d'hepcidine. Cela peut entra ner une h mosid rose (le d p t d'h mosid rine, une forme de stockage intracellulaire et insoluble de Fe).] C. Mangan se Le Mn est important pour le fonctionnement de plusieurs enzymes (Fig. 29.10). Les grains entiers, les l gumineuses (par exemple, les haricots et les pois), les noix et le th (en particulier le th vert) sont de bonnes sources de min raux. Par cons quent, la carence en Mn chez l'homme est rare. La toxicit des aliments et/ou des suppl ments est galement rare (AMT = 11 mg/jour pour les adultes). D. Zinc Le Zn joue d'importantes fonctions structurelles et catalytiques dans le corps. Les doigts de zinc sont des structures supersecondaires (motifs, voir p. 18) dans les prot ines (par exemple, les facteurs de transcription) qui se lient l'ADN et r gulent l'expression des g nes (Fig. 29.11). Des centaines d'enzymes ont besoin de Zn pour tre actives. C'est le cas, par exemple, de l'alcool d shydrog nase, qui oxyde l' thanol en ac tald hyde (voir p. 317) ; l'anhydrase carbonique, qui joue un r le important dans le syst me tampon bicarbonat (voir p. 30) ; porphobilinog ne synthase de synth se de l'h me, qui est inhib e par le plomb (le plomb remplace le zinc ; voir p. 279) ; et l'isoforme non mitochondriale de la superoxyde dismutase (SOD), qui n cessite galement du Cu (voir Fig. 29.5). Les sources alimentaires de Zn comprennent la viande, le poisson, les ufs et les produits laitiers. Les phytates (mol cules de stockage de phosphate dans certains produits v g taux) lient de mani re irr versible le Zn dans l'intestin, diminuant son absorption, et peuvent entra ner une carence. [Remarque : les phytates peuvent galement se lier au Ca2+ et au Fe non h mique.] Plusieurs m dicaments (par exemple, la p nicillamine) ch latent les m taux, et leur utilisation peut provoquer une carence en Zn. [Remarque : Une carence s v re est observ e avec un d faut dans le transporteur intestinal pour Zn qui entra ne le trouble de malabsorption acrodermatite ent ropathique. Les sympt mes comprennent des ruptions cutan es, un ralentissement de la croissance et du d veloppement, de la diarrh e et des d ficiences immunitaires. Des probl mes de vision peuvent galement survenir parce que le Zn est n cessaire au m tabolisme de la vitamine A.] Les cellules eucaryotes infect es par des bact ries peuvent restreindre la disponibilit des micronutriments essentiels Fe, Mn et Zn pour les agents pathog nes. Cela diminue la survie intracellulaire de l'agent pathog ne et est connu sous le nom d' immunit nutritionnelle . E. Autres micromin raux Le chrome (Cr) et le fluor (F) jouent galement un r le dans le corps. Le Cr potentialise l'action de l'insuline par un m canisme inconnu. On le trouve dans les fruits, les l gumes, les produits laitiers et la viande. Le F (sous forme de fluorure [F ]) est ajout l'eau dans de nombreuses r gions du monde pour r duire l'incidence des caries dentaires (Fig. 29.12). F remplace le groupe hydroxyle de l'hydroxylapatite, formant une fluoroapatite plus r sistante l'acide dissolvant l' mail produit par les bact ries buccales. IV. OLIGO- L MENTS Les ultra-oligo- l ments comprennent l'iode (I), le s l nium (Se) et le molybd ne (Mo). Ils sont requis par les adultes en quantit s <1 mg/jour. A. Iode L'I est utilis dans la synth se des hormones thyro diennes triiodothyronine (T3) et thyroxine (T4) qui sont n cessaires au d veloppement, la croissance et au m tabolisme. L'iodure circulant (I-) est absorb ( pi g ) et concentr dans les cellules folliculaires pith liales de la glande thyro de. Il est ensuite envoy dans le collo de de la lumi re folliculaire o il est oxyd en iode (I2) par la thyroperoxydase (TPO), comme le montre la Figure 29.13. Le TPO utilise ensuite l'I2 pour ioder certains r sidus de tyrosine dans la thyroglobuline (Tg), formant ainsi |
Biochimie_Lippincott | de la tyrosine monoiod e (MIT) et de la tyrosine diiod e (DIT), comme le montre la Figure 29.14. [Remarque : Tg est synth tis et s cr t en collo de par les cellules folliculaires.] Le couplage de deux DIT sur Tg donne T4, tandis que le couplage d'un MIT et d'un DIT donne T3. La Tg iod e est endocytos e et stock e dans les cellules folliculaires jusqu' ce qu'elle soit n cessaire, apr s quoi elle est dig r e par prot olyse pour lib rer T3 et T4, qui sont s cr t es dans la circulation (voir Fig. 29.13). Dans des conditions normales, ~90% de l'hormone thyro dienne s cr t e est de la T4 qui est transport e par la transthyr tine. Dans les tissus cibles (par exemple, le foie et le cerveau en d veloppement), la T4 est convertie en T3 (la forme la plus active) par les d iodinases contenant du Se. La T3 se lie un r cepteur nucl aire qui lie l'ADN aux l ments de r ponse thyro dienne et fonctionne comme un facteur de transcription. [Remarque : La production d'hormones thyro diennes est contr l e par la thyrotropine (hormone stimulant la thyro de [TSH]) de l'hypophyse ant rieure. La s cr tion de TSH est elle-m me contr l e par l'hormone de lib ration de la thyrotropine (TRH) de l'hypothalamus.] 1. Hypothyro die : Une sous-ingestion de I peut entra ner un goitre (hypertrophie de la thyro de en r ponse une stimulation excessive par la TSH), comme le montre la Figure 29.15. Une carence plus s v re entra ne une hypothyro die caract ris e par de la fatigue, une prise de poids, une diminution de la thermogen se et une diminution du taux m tabolique (voir p. 359). Si une carence hormonale se produit pendant le d veloppement du f tus et du nourrisson (hypothyro die cong nitale), une d ficience intellectuelle irr versible (anciennement appel e cr tinisme ), une perte auditive, une spasticit et une petite taille peuvent en r sulter. Aux tats-Unis, les produits laitiers, les fruits de mer et la viande sont les principales sources d'I. L'utilisation de sel iod a consid rablement r duit la carence alimentaire. [Remarque : La destruction auto-immune de la TPO est une cause de thyro dite de Hashimoto (une hypothyro die primaire).] 2. Hyperthyro die : Cette condition est le r sultat d'une surproduction d'hormones thyro diennes. Bien qu'elle puisse tre caus e par une suringestion de suppl ments contenant de l'I (UL = 1,1 g/jour pour les adultes), la cause la plus fr quente d'hyperthyro die est la maladie de Basedow, dans laquelle un anticorps qui imite l'effet de la TSH est produit, entra nant une production d r gl e d'hormone thyro dienne. Cela peut provoquer de la nervosit , une perte de poids, une augmentation de la transpiration et du rythme cardiaque, des yeux saillants (exophtalmie, Fig. 29.16) et un goitre. B. S l nium Le Se est pr sent dans ~25 prot ines humaines (s l noprot ines) en tant que constituant de l'acide amin s l nocyst ine, qui est d riv de la s rine (voir p. 268). Les s l noprot ines comprennent la glutathion peroxydase qui oxyde le glutathion dans la r duction du peroxyde d'hydrog ne, un ROS, en eau (voir p. 148) ; la thior doxine r ductase qui r duit la thior doxine, une coenzyme de la ribonucl otide r ductase (voir p. 297) ; et les d iodinases qui liminent I des hormones thyro diennes. La viande, les produits laitiers et les c r ales sont des sources alimentaires importantes. La maladie de Keshan, identifi e pour la premi re fois en Chine, est une cardiomyopathie caus e par la consommation d'aliments produits partir d'un sol d ficient en Se. La toxicit (s l nose) caus e par l'ingestion excessive de suppl ments provoque des ongles et des cheveux cassants. Des effets cutan s et neurologiques peuvent galement tre observ s (AMT = 400 g chez l'adulte). C. Molybd ne Mo fonctionne comme un cofacteur pour un petit nombre d'oxydases de mammif res (Fig. 29.17). Les l gumineuses sont des sources alimentaires importantes. Aucun syndrome de carence alimentaire n'est connu. Mo a une faible toxicit chez l'homme (AMT = 2 mg/jour chez l'adulte). Le cobalt (Co), un oligo- l ment, est un composant de la vitamine B12 (cobalamine, voir p. 379), qui est n cessaire sous forme de m thylcobalamine dans la rem thylcobalamine dans la rem thylation de l'homocyst ine en m thionine (voir p. 264) ou d'ad nosylcobalamine dans l'isom risation de la m thylmalonyl coenzyme A (CoA) en succinyl CoA (voir p. 194). Il n'y a pas d'apport nutritionnel recommand ni d'apport journalier de r f rence (voir p. 358) pour le co. V. R SUM DU CHAPITRE Les min raux sont r sum s la figure 29.18 la p. 408. Pour les questions 29.1 29.7, associez le min ral la description la plus appropri e. A. Calcium B. Chlorure C. Cuivre D. Iode E. Fer F. Magn sium G. Mangan se H. Molybd ne I. Le phosphore J. Potassium K. S l nium L. Sodium M. Zinc 9.1. Des niveaux lev s de quel min ral peuvent entra ner l'hypertension chez certaines populations ? 9.2. Quel min ral est le principal anion extracellulaire ? 9.3. Une dim |
Biochimie_Lippincott | inution de quel min ral est observ e dans le syndrome de r alimentation et avec la surutilisation d'antiacides contenant de l'aluminium ? 9.4. Quel min ral est un constituant de certains acides amin s pr sents dans les prot ines impliqu es dans la d fense antioxydante, le m tabolisme des hormones thyro diennes et les r actions redox ? 9.5. Quel min ral est n cessaire la formation d'une structure prot ique supersecondaire qui permet la liaison l'ADN ? (Sa carence peut entra ner une dermatite.) 9.6. Une carence en quel min ral peut provoquer des douleurs osseuses, une t tanie (spasmes musculaires intermittents), une paresth sie (une sensation de fourmillements ) et une tendance accrue saigner ? 9.7. Une carence en quel min ral peut entra ner un goitre et une diminution du taux m tabolique ? Bonnes r ponses = L, B, I, K, M, A, D. L'hypernatr mie ( l vation du sodium s rique) peut entra ner une r tention d'eau qui peut provoquer de l'hypertension chez les populations sensibles au sel (par exemple, les Afro-Am ricains). Le chlorure est le principal anion extracellulaire. [Remarque : Le sodium est le principal cation extracellulaire, le potassium est le principal cation intracellulaire et le phosphate est le principal anion intracellulaire. La diff rence de concentration travers la membrane est maintenue par le transport actif.] Le m tabolisme des glucides implique la g n ration d'interm diaires phosphoryl s. La r alimentation des personnes souffrant de malnutrition s v re pi ge le phosphate et entra ne une hypophosphat mie. La faiblesse musculaire est un sympt me courant. La s l nocyst ine, un acide amin form partir de s rine et de s l nium, se trouve dans des prot ines (s l noprot ines) telles que la glutathion peroxydase, les d iodinases et la thior doxine r ductase. Les doigts de zinc sont un type de motif structurel pr sent dans les prot ines (par exemple, les facteurs de transcription) qui se lient l'ADN. Une carence s v re en zinc la suite de mutations de son transporteur intestinal peut entra ner une acrodermatite ent ropathique, caract ris e par une dermatite, une diarrh e et une alop cie. Le calcium est n cessaire la min ralisation osseuse, la contraction musculaire, la conduction nerveuse et la coagulation sanguine. Sa d ficience affectera tous ces processus. Les hormones thyro diennes sont des tyrosines iod es lib r es par la digestion prot olytique de la thyroglobuline. La sous-ingestion d'iode provoque une hypertrophie de la thyro de dans le but d'augmenter la synth se hormonale. [Remarque : Le goitre peut galement survenir si trop d'hormones sont produites, comme dans la maladie de Graves, ou si trop peu est produite, comme dans la maladie de Hashimoto. Les deux sont des maladies auto-immunes.] L'hormone thyro dienne augmente le taux m tabolique au repos. 9.8. Le syndrome de DiGeorge est une maladie cong nitale qui entra ne des anomalies structurelles et un retard du d veloppement du thymus et des glandes parathyro des. Les manifestations cliniques comprennent des infections r currentes la suite d'une d ficience en lymphocytes T. Laquelle des situations suivantes est une cons quence clinique attendue d'un d ficit en hormone parathyro dienne ? A. Augmentation de la r sorption osseuseB. Augmentation de la r absorption du calcium dans le rein C. Augmentation du calcitriol s rique D. Augmentation du phosphate s rique R ponse correcte = D. L'hormone parathyro dienne (PTH) augmente la r sorption osseuse (d min ralisation), ce qui entra ne la lib ration de calcium et de phosphate. Il augmente galement la r absorption r nale du calcium, car la PTH active l'hydroxylase r nale qui convertit le calcidiol en calcitriol. La PTH augmente galement l'excr tion r nale de phosphate. Avec l'hypoparathyro die du syndrome de DiGeorge, toutes ces activit s de la PTH sont alt r es. Par cons quent, une hypocalc mie et une hyperphosphat mie sont observ es. Pour les questions 29.9 et 29.10, associez les signes et sympt mes la pathologie. A. Maladie de BasedowB. H mochromatose h r ditaireC. Hypercalc mie D. Hyperphosphat mie E. Maladie de KeshanF. Syndrome de Menkes G. S l nose H. Maladie de Wilson 9.9. Un homme de 28 ans est vu pour des plaintes r centes, graves, dans le quadrant sup rieur droit Douleur. Il signale galement des difficult s avec les t ches de motricit fine. Aucune jaunisse n'est observ e l'examen physique. Les tests de laboratoire ont r v l une l vation de la fonction h patique (aspartate s rique et alanine aminotransf rases) et une l vation du calcium et du phosphate dans l'urine. La consultation en ophtalmologie a r v l des anneaux de Kayser-Fleischer dans la corn e. Le patient a commenc prendre de la p nicillamine et du zinc. Bonne r ponse = H. Le patient est atteint de la maladie de Wilson, une maladie autosomique r cessive qui diminue l'efflux de cuivre du foie en raison de mutations de la prot ine de transport h patique du cuivre ATP7B. Une parti |
Biochimie_Lippincott | e du cuivre s' chappe dans le sang et se d pose dans le cerveau, les yeux, les reins et la peau. Cela entra ne des l sions h patiques et r nales, des effets neurologiques et des modifications corn ennes caus es par l'exc s de cuivre. L'administration de la p nicillamine, un ch lateur m tallique, est le traitement. [Remarque : Comme le zinc est galement ch lat , la suppl mentation en zinc est courante.] La maladie de Basedow entra ne une hyperthyro die. L'h mochromatose h r ditaire est un trouble de la surcharge en fer. La maladie de Keshan est le r sultat d'une carence en s l nium, tandis que la s l nose est caus e par un exc s de s l nium. Le syndrome de Menkes est le r sultat d'une carence syst mique en cuivre la suite de mutations de l'ATP7A, une prot ine de transport du cuivre intestinal. 9.10. Une femme de 52 ans est observ e en raison de changements impr vus dans la pigmentation de sa peau qui lui donnent une apparence bronz e. L'examen physique montre une hyperpigmentation, une h patom galie et un l ger ict re scl ral. Les tests de laboratoire sont remarquables pour des transaminases s riques lev es (tests de la fonction h patique) et une glyc mie jeun. Les r sultats d'autres tests sont en attente. Bonne r ponse = B. Le patient est atteint d'h mochromatose h r ditaire, une maladie de surcharge en fer qui r sulte de taux d'hepcidine insuffisamment bas caus s principalement par des mutations du g ne HFE (high fer). L'hepcidine r gule la ferroportine, la seule prot ine d'exportation de fer connue chez l'homme, en augmentant sa d gradation. L'augmentation du fer avec carence en hepcidine provoque une hyperpigmentation et une hyperglyc mie ( diab te de bronze ). La phl botomie ou l'utilisation de ch lateurs de fer est le traitement. [Remarque : Des tests de laboratoire en attente montreraient une augmentation de la teneur en fer s rique et de la saturation en transferrine.] UNIT VII Stockage et expression de l'information g n tiqueStructure de l'ADN, r plication et r parationPour d'autres documents auxiliaires li s ce chapitre, veuillez consulter le site thePoint. I. APER U Les acides nucl iques sont n cessaires au stockage et l'expression de l'information g n tique. Il existe deux types chimiquement distincts d'acides nucl iques : l'acide d soxyribonucl ique (ADN) et l'acide ribonucl ique ([ARN], voir chapitre 31). L'ADN, d positaire de l'information g n tique (ou g nome), est pr sent non seulement dans les chromosomes du noyau des organismes eucaryotes, mais aussi dans les mitochondries et les chloroplastes des plantes. Les cellules procaryotes, qui n'ont pas de noyau, ont un seul chromosome mais peuvent galement contenir de l'ADN non chromosomique sous forme de plasmides. L'information g n tique pr sente dans l'ADN est copi e et transmise aux cellules filles par la r plication de l'ADN. L'ADN contenu dans un uf f cond code l'information qui dirige le d veloppement d'un organisme. Ce d veloppement pourrait impliquer la production de milliards de cellules. Chaque cellule est sp cialis e, n'exprimant que les fonctions qui lui sont n cessaires pour jouer son r le dans le maintien de l'organisme. Par cons quent, l'ADN doit tre capable non seulement de se r pliquer pr cis ment chaque fois qu'une cellule se divise, mais aussi d'exprimer s lectivement l'information qu'elle contient. La transcription (synth se de l'ARN) est la premi re tape de l'expression de l'information g n tique (voir chapitre 31). Ensuite, le code contenu dans la s quence nucl otidique des mol cules d'ARN messager est traduit (synth se des prot ines ; voir Chapitre 32), compl tant ainsi l'expression des g nes. La r gulation de l'expression des g nes est abord e au chapitre 33. Le flux d'information de l'ADN l'ARN et aux prot ines est appel le dogme central de la biologie mol culaire (Fig. 30.1) et est descriptif de tous les organismes, l'exception de certains virus qui ont l'ARN comme de leurs informations g n tiques. II. STRUCTURE DE L'ADN L'ADN est un polym re de d soxyribonucl osides monophosphates (dNMP) li s de mani re covalente par des liaisons 3' 5'-phosphodiester. l'exception de quelques virus qui contiennent de l'ADN simple brin (ADNsb), l'ADN existe sous la forme d'une mol cule double brin (ADNdb), dans laquelle les deux brins s'enroulent l'un autour de l'autre, formant une double h lice. [Remarque : La s quence du dNMP li est une structure primaire, tandis que la double h lice est une structure secondaire.] Dans les cellules eucaryotes, l'ADN est associ divers types de prot ines (connues collectivement sous le nom de nucl oprot ines) pr sentes dans le noyau, tandis que le complexe prot ine-ADN est pr sent dans une r gion non membranaire connue sous le nom de nucl o de chez les procaryotes. A. Liaisons 3'6 5-Phosphodiester Les liaisons phosphodiester unissent le groupe 3-hydroxyle de la d soxypentose d'un nucl otide au groupe 5'hydroxyle de la d soxypentose d'un nucl otide adjacent par |
Biochimie_Lippincott | l'interm diaire d'un groupe phosphoryle (Fig. 30.2). La longue cha ne non ramifi e qui en r sulte a une polarit , avec la fois une extr mit 5 (l'extr mit avec le phosphate libre) et une extr mit 3 (l'extr mit avec l'hydroxyle libre) qui ne sont pas attach es d'autres nucl otides. Par convention, les bases situ es le long du squelette d soxyribose-phosphate r sultant sont toujours crites dans l'ordre de l'extr mit 5 de la cha ne l'extr mit 3. Par exemple, la s quence de bases dans l'ADN montr e sur la figure 30.2D (5'- TACG-3') se lit thymine, ad nine, cytosine, guanine . Les liaisons phosphodiester entre nucl otides peuvent tre hydrolys es enzymatiquement par une famille de nucl ases, d soxyribonucl ases pour l'ADN et ribonucl ases pour l'ARN, ou cliv es hydrolytiquement par des produits chimiques. [Remarque : Seul l'ARN est cliv par l'alcali.] B. Double h lice Dans la double h lice, les deux cha nes sont enroul es autour d'un axe commun appel axe h lico dal. Les cha nes sont appari es de mani re antiparall le (c'est- -dire que l'extr mit 5 d'un brin est appari e l'extr mit 3 de l'autre brin), comme le montre la figure 30.3. Dans l'h lice de l'ADN, le squelette hydrophile d soxyribose-phosphate de chaque cha ne se trouve l'ext rieur de la mol cule, tandis que les bases hydrophobes sont empil es l'int rieur. La structure globale ressemble une chelle torsad e. La relation spatiale entre les deux brins de l'h lice cr e un sillon majeur (large) et un sillon mineur ( troit). Ces sillons permettent la liaison des prot ines r gulatrices leurs s quences de reconnaissance sp cifiques le long de la cha ne d'ADN. [Remarque : Certains m dicaments anticanc reux, tels que la dactinomycine (actinomycine D), exercent leur effet cytotoxique en s'intercalant dans le sillon troit de la double h lice de l'ADN, interf rant ainsi avec la synth se de l'ADN (et de l'ARN).] 1. Appariement des bases : Les bases d'un brin d'ADN sont appari es aux bases du deuxi me brin, de sorte qu'une ad nine (A) est toujours associ e une thymine (T), et qu'une cytosine (C) est toujours associ e une guanine (G). [Remarque : Les paires de bases sont perpendiculaires l'axe h lico dal (voir Fig. 30.3).] Par cons quent, une cha ne polynucl otidique de la double h lice de l'ADN est toujours le compl ment de l'autre. tant donn la s quence des bases sur une cha ne, la s quence des bases sur la cha ne compl mentaire peut tre d termin e (Fig. 30.4). [Remarque : L'appariement sp cifique des bases dans l'ADN conduit la r gle de Chargaff, qui stipule que dans tout chantillon d'ADNdb, la quantit de A est gale la quantit de T, la quantit de G est gale la quantit de C et la quantit totale de purines (A + G) est gale la quantit totale de pyrimidines (T + C).] Les paires de bases sont maintenues ensemble par des liaisons hydrog ne : deux entre A et T et trois entre G et C (Fig. 30.5). Ces liaisons hydrog ne, ainsi que les interactions hydrophobes entre les bases empil es, stabilisent la structure de la double h lice. 2. S paration des brins d'ADN : Les deux brins de la double h lice se s parent lorsque les liaisons hydrog ne entre les bases appari es sont rompues. Une perturbation peut se produire en laboratoire si le pH de la solution d'ADN est modifi de sorte que les bases nucl otidiques s'ionisent, ou si la solution est chauff e. [Remarque : Les liaisons phosphodiester covalentes ne sont pas rompues par un tel traitement.] Lorsque l'ADN est chauff , la temp rature laquelle la moiti de la structure h lico dale est perdue est d finie comme la temp rature de fusion (Tm). La perte de structure h lico dale dans l'ADN, appel e d naturation, peut tre suivie en mesurant son absorbance 260 nm. [Remarque : l'ADNsb a une absorbance relative cette longueur d'onde que l'ADNdb.] Parce qu'il y a trois liaisons hydrog ne entre G et C mais seulement deux entre A et T, l'ADN qui contient de fortes concentrations de A et T se d nature une temp rature plus basse que l'ADN riche en G et C (Fig. 30.6). Dans des conditions appropri es, des brins d'ADN compl mentaires peuvent reformer la double h lice par le processus appel renaturation (ou recuit). [Remarque : La s paration des deux brins sur de courtes r gions se produit lors de la synth se de l'ADN et de l'ARN.] 3. Formes structurelles : Il existe trois principales formes structurelles de l'ADN : la forme B (d crite par Watson et Crick en 1953), la forme A et la forme Z. La forme B est une h lice droiti re avec 10 paires de bases (pb) par tour (ou torsion) de 360 de l'h lice, et avec les plans des bases perpendiculaires l'axe h lico dal. On pense que l'ADN chromosomique est principalement constitu d'ADN-B (la figure 30.7 montre un mod le d'ADN-B remplissant l'espace). La forme A est produite par une d shydratation mod r e de la forme B. C'est aussi une h lice droiti re, mais il y a 11 pb par tour, et les plans des paires de bases sont inclin s de 20 par |
Biochimie_Lippincott | rapport l'axe perpendiculaire l'axe h lico dal. La conformation trouv e dans les hybrides ADN-ARN (voir p. 418) ou les r gions double brin ARN-ARN est probablement tr s proche de la forme A. L'ADN-Z est une h lice gaucher qui contient 12 pb par tour (voir Fig. 30.7). [Remarque : Le squelette d soxyribose-phosphate zigzague, d'o le nom d'ADN-Z.] Des segments d'ADN-Z peuvent se produire naturellement dans des r gions d'ADN qui ont une s quence altern e de purines et de pyrimidines (par exemple, poly GC). Les transitions entre les formes h lico dales B et Z de l'ADN peuvent jouer un r le dans la r gulation de l'expression des g nes. C. Mol cules d'ADN lin aires et circulaires Chaque chromosome du noyau d'un eucaryote est constitu d'une longue mol cule lin aire d'ADNdb, qui est li e par un m lange complexe de prot ines (histones et nonhistones, voir p. 425) pour former la chromatine. Les eucaryotes ont des mol cules d'ADNdb ferm es et circulaires dans leurs mitochondries, tout comme les chloroplastes v g taux. Un organisme procaryote contient g n ralement une seule mol cule d'ADNdb circulaire. [Remarque : L'ADN circulaire est superenroul , c'est- -dire que la double h lice se croise sur elle-m me une ou plusieurs fois. Le surenroulement peut entra ner un enroulement (enroulement positif) ou un enroulement insuffisant (enroulement n gatif) de l'ADN. Le superenroulement, un type de structure tertiaire, compacte l'ADN.] Chaque chromosome procaryote est associ des prot ines non histones qui aident compacter l'ADN pour former un nucl o de. De plus, la plupart des esp ces de bact ries contiennent galement de petites mol cules d'ADN extrachromosomiques circulaires appel es plasmides. L'ADN plasmidique porte des informations g n tiques et subit une r plication qui peut ou non tre synchronis e avec la division chromosomique. [Remarque : L'utilisation de plasmides comme vecteurs dans la technologie de l'ADN recombinant est d crite au chapitre 34.] Les plasmides peuvent porter des g nes qui transmettent la r sistance aux antibiotiques la bact rie h te et peuvent faciliter le transfert de l'information g n tique d'une bact rie une autre. III. TAPES DE LA R PLICATION DE L'ADN PROCARYOTE Lorsque les deux brins d'ADNdb sont s par s, chacun peut servir de mod le pour la r plication (synth se) d'un nouveau brin compl mentaire. Cela produit deux mol cules filles, chacune contenant deux brins d'ADN (un ancien, un nouveau) dans une orientation antiparall le (voir Fig. 30.3). Ce processus est appel r plication semi-conservatrice car, bien que le duplex parental soit s par en deux moiti s (et, par cons quent, ne soit pas conserv en tant qu'entit ), chacun des brins parentaux reste intact dans l'un des deux nouveaux duplex (Fig. 30.8). Les enzymes impliqu es dans la r plication de l'ADN sont dirig es par des matrices, le magn sium (Mg2+) n cessitant des polym rases capables de synth tiser la s quence compl mentaire de chaque brin avec une fid lit extraordinaire. Les r actions d crites dans cette section ont t connues pour la premi re fois gr ce des tudes sur la bact rie Escherichia coli (E. coli), et la description donn e ci-dessous fait r f rence au processus chez les procaryotes. La synth se de l'ADN chez les organismes sup rieurs est plus complexe mais implique les m mes types de m canismes. Dans les deux cas, l'initiation de la r plication de l'ADN engage la cellule poursuivre le processus jusqu' ce que le g nome entier ait t r pliqu . A. S paration des brins compl mentaires Pour que les deux brins compl mentaires de l'ADNdb parental soient r pliqu s, ils doivent d'abord se s parer (ou fondre ) sur une petite r gion, car les polym rases n'utilisent que l'ADNsb comme matrice. Chez les organismes procaryotes, la r plication de l'ADN commence une seule s quence nucl otidique, un site appel origine de la r plication, ou ori (oriC chez E. coli), comme le montre la figure 30.9A. [Remarque : Cette s quence est appel e s quence consensus, car l'ordre des nucl otides est essentiellement le m me chaque site.] L'ori comprend de courts segments riches en AT qui facilitent la fonte. Chez les eucaryotes, la r plication commence plusieurs endroits le long de l'h lice de l'ADN (Fig. 30.9B). Le fait d'avoir plusieurs origines de r plication fournit un m canisme pour r pliquer rapidement la grande longueur des mol cules d'ADN eucaryote. B. Formation de la fourche de r plication Lorsque les deux brins se d roulent et se s parent, la synth se se produit au niveau de deux fourches de r plication qui s' loignent de l'origine dans des directions oppos es (bidirectionnelles), g n rant une bulle de r plication (voir Fig. 30.9). [Remarque : Le terme fourche de r plication d rive de la structure en forme de Y dans laquelle les dents de la fourche repr sentent les brins s par s (Fig. 30.10).] 1. Prot ines requises : L'initiation de la r plication de l'ADN n cessite la reconnaissance de l'origine (si |
Biochimie_Lippincott | te de d part) par un groupe de prot ines qui forment le complexe de pr amor age. Ces prot ines sont responsables de la fusion au niveau de l'ori, du maintien de la s paration des brins parentaux et du d roulement de la double h lice devant la fourche de r plication en progression. Chez E. coli, ces prot ines comprennent les l ments suivants. un. Prot ine DnaA : La prot ine DnaA initie la r plication en se liant des s quences nucl otidiques sp cifiques (bo tes DnaA) au sein d'oriC. La liaison provoque la fusion d'une r gion riche en AT (l' l ment de d roulement de l'ADN) l'origine. La fusion (s paration des brins) entra ne la formation d'une r gion courte et localis e d'ADNsb. b. H licases d'ADN : Ces enzymes se lient l'ADNsb pr s de la fourche de r plication, puis se d placent dans la r gion double brin voisine, for ant les brins s' carter (en fait, d roulant la double h lice). Les h licases n cessitent l' nergie fournie par l'hydrolyse de l'ATP (voir Fig. 30.10). Le d roulement au niveau de la fourche de r plication provoque un surenroulement dans d'autres r gions de la mol cule d'ADN. [Remarque : Le DnaB est la principale h licase de r plication chez E. coli. La liaison de cette prot ine hexam re l'ADN n cessite du DnaC.] c. Prot ine de liaison l'ADN simple brin : Cette prot ine se lie l'ADNsb g n r par les h licases (voir Fig. 30.10). La liaison est coop rative (c'est- -dire que la liaison d'une mol cule de la prot ine de liaison simple brin [SSB] facilite la liaison troite entre d'autres mol cules de la prot ine SSB et le brin d'ADN). Les prot ines SSB ne sont pas des enzymes, mais servent plut t d placer l' quilibre entre l'ADNdb et l'ADNsb dans le sens des formes monocat naires. Ces prot ines maintiennent non seulement les deux brins d'ADN s par s dans la zone d'origine de la r plication, fournissant ainsi le mod le monocat naire requis par les polym rases, mais prot gent galement l'ADN des nucl ases qui d gradent l'ADNsb. 2. R solution du probl me des superbobines : Lorsque les deux brins de la double h lice sont s par s, un probl me se pose, savoir l'apparition de superbobines positives dans la r gion de l'ADN devant la fourche de r plication la suite d'un enroulement (Fig. 30.11) et de superbobines n gatives dans la r gion derri re la fourche. L'accumulation de superbobines positives interf re avec le d roulement ult rieur de la double h lice. [Remarque : Le superenroulement peut tre d montr en saisissant fermement une extr mit d'un cordon t l phonique h lico dal tout en tordant l'autre extr mit . Si le cordon est tordu dans le sens du serrage des bobines, le cordon s'enroulera sur lui-m me dans l'espace pour former des superbobines positives. Si le cordon est tordu dans le sens de desserrer les bobines, le cordon s'enroulera sur lui-m me dans la direction oppos e pour former des superbobines n gatives.] Pour r soudre ce probl me, il existe un groupe d'enzymes appel es topoisom rases d'ADN, qui sont responsables de l' limination des super-bobines dans l'h lice en clivant transitoirement l'un ou les deux brins d'ADN. un. Topoisom rases d'ADN de type I : Ces enzymes clivent de mani re r versible un brin de la double h lice. Ils ont la fois des activit s de coupe et de refermeture de torons. Ils n'ont pas besoin d'ATP, mais semblent plut t stocker l' nergie de la liaison phosphodiester qu'ils clivent, r utilisant l' nergie pour refermer le brin (Fig. 30.12). Chaque fois qu'une entaille transitoire est cr e dans un brin d'ADN, le brin d'ADN intact passe travers la cassure avant d' tre rescell , soulageant ainsi (relaxant) les superbobines accumul es. Les topoisom rases de type I rel chent les superbobines n gatives (c'est- -dire celles qui contiennent moins de tours d'h lice que l'ADN d tendu) dans E. coli et les superbobines n gatives et positives (c'est- -dire celles qui contiennent moins ou plus de tours d'h lice que l'ADN d tendu) dans de nombreuses cellules procaryotes (mais pas E. coli) et dans les cellules eucaryotes. b. Topoisom rases d'ADN de type II : Ces enzymes se lient troitement la double h lice de l'ADN et effectuent des cassures transitoires dans les deux brins. L'enzyme fait ensuite passer un deuxi me tron on de la double h lice de l'ADN travers la cassure et, enfin, referme la cassure (Fig. 30.13). Par cons quent, les superbobines n gatives et positives peuvent tre soulag es par ce processus n cessitant de l'ATP. L'ADN gyrase, une topoisom rase de type II pr sente chez les bact ries et les plantes, a la propri t inhabituelle de pouvoir introduire des superbobines n gatives dans l'ADN circulaire en utilisant l' nergie de l'hydrolyse de l'ATP. Cela facilite la r plication de l'ADN car les super-bobines n gatives neutralisent les super-bobines positives introduites lors de l'ouverture de la double h lice. Il aide galement la s paration transitoire des brins n cessaire lors de la transcription (voir p. 436). Les agents anticanc reux, te |
Biochimie_Lippincott | ls que les camptoth cines, ciblent les topoisom rases humaines de type I, tandis que l' toposide cible les topoisom rases humaines de type II. L'ADN gyrase bact rienne est une cible unique d'un groupe d'agents antimicrobiens appel s fluoroquinolones (par exemple, la ciprofloxacine). C. Direction de la r plication de l'ADN Les ADN polym rases (DNA pols) responsables de la copie des matrices d'ADN ne sont capables de lire les s quences nucl otidiques parentales que dans la direction 3' 5', et elles synth tisent les nouveaux brins d'ADN uniquement dans la direction 5' 3' (antiparall le). Par cons quent, en commen ant par une double h lice parentale, les deux tron ons de cha nes nucl otidiques nouvellement synth tis s doivent cro tre dans des directions oppos es, l'un dans la direction 5 3 vers la fourche de r plication et l'autre dans la direction 5 3 l'oppos de la fourche de r plication (Fig. 30.14). Cet exploit est accompli par un m canisme l g rement diff rent sur chaque brin. 1. Brin principal : Le brin qui est copi dans la direction de la fourche de r plication avanc e est synth tis en continu et est appel brin principal. 2. Brin retard : Le brin qui est copi dans la direction oppos e la fourche de r plication est synth tis de mani re discontinue, avec de petits fragments d'ADN copi s pr s de la fourche de r plication. Ces courts tron ons d'ADN discontinus, appel s fragments d'Okazaki, sont finalement reli s (ligatur s) par la ligase pour devenir un seul brin continu. Le nouveau brin d'ADN produit par ce m canisme est appel brin retard . D. Amorce d'ARNLes pols ne peuvent pas initier la synth se d'un brin compl mentaire d'ADN sur un brin totalement simple brin mod le. Ils ont plut t besoin d'une amorce d'ARN, qui est un court morceau de base d'ARN appari la matrice d'ADN, formant ainsi un hybride ADN-ARN double brin. Le groupe hydroxyle libre l'extr mit 3 de l'amorce de l'ARN sert de premier accepteur d'un d soxynucl otide par l'action d'un pol d'ADN (Fig. 30.15). [Note : Rappelons que la glycog ne synthase n cessite galement une amorce (voir p. 126).] 1. Primase : Une ARN polym rase sp cifique, appel e primase (DnaG), synth tise les courts tron ons d'ARN (~10 nucl otides longs) qui sont compl mentaires et antiparall les la matrice d'ADN. Dans le duplex hybride r sultant, le U (uracile) de l'ARN s'apparie avec A de l'ADN. Comme le montre la Figure 30.16, ces courtes s quences d'ARN sont constamment synth tis es la fourche de r plication sur le brin retard , mais une seule s quence d'ARN l'origine de la r plication est n cessaire sur le brin principal. Les substrats de ce processus sont les triphosphates 5-ribonucl osidiques, et le pyrophosphate est lib r lorsque chaque monophosphate ribonucl osidiques est ajout par la formation d'une liaison 3' 5-phosphodiester. [Remarque : L'amorce d'ARN est retir e par la suite, comme d crit dans la section F. ci-dessous.] 2. Primosome : L'ajout de primase convertit le complexe de prot ines pr amor antes n cessaires la s paration des brins d'ADN (voir p. 415) en un primosome. Le primosome fabrique l'amorce d'ARN n cessaire la synth se du brin principal et initie la formation du fragment d'Okazaki dans la synth se discontinue du brin retard . Comme pour la synth se de l'ADN, la direction de synth se de l'amorce est 5' 3'. E. Allongement de la cha ne Les particules d'ADN procaryotes (et eucaryotes) allongent un nouveau brin d'ADN en ajoutant des d soxyribonucl otides, un la fois, l'extr mit 3 de la cha ne en croissance (voir Fig. 30.16). La s quence de nucl otides ajout s est dict e par la s quence de base du brin mod le avec lequel les nucl otides entrants sont appari s. 1. ADN polym rase III : L'allongement de la cha ne d'ADN est catalys e par l'enzyme multi-sous-unit , DNA pol III. En utilisant le groupe 3'-hydroxyle de l'amorce d'ARN comme accepteur du premier d soxyribonucl otide, l'ADN pol III commence ajouter des nucl otides le long de la matrice simple brin qui sp cifie la s quence de bases dans la cha ne nouvellement synth tis e. L'ADN pol III est une enzyme hautement processive (c'est- -dire qu'elle reste li e au brin matrice lorsqu'il se d place et ne diffuse pas puis ne se relie pas avant d'ajouter chaque nouveau nucl otide). La processivit de l'ADN pol III est le r sultat des sous-unit s de l'holoenzyme formant un anneau qui entoure et se d place le long du brin matrice de l'ADN, servant ainsi de pince ADN coulissante. [Remarque : la formation de la pince est facilit e par un complexe prot ique, le chargeur de la pince et l'hydrolyse de l'ATP.] Le nouveau brin (fille) cro t dans la direction 5' 3, en opposition avec le brin parental (voir Fig. 30.16). Les substrats nucl otidiques sont des 5'd soxyribonucl osides triphosphates. Le pyrophosphate (PPi) est lib r lorsque chaque nouveau d soxynucl oside monophosphate est ajout au groupe 3'hydroxyle libre de la cha ne en croissance par une liaison 3 '5'-phos |
Biochimie_Lippincott | phodiester (voir Fig. 30.15). L'hydrolyse de PPi en 2 Pi par la pyrophosphatase signifie qu'un total de deux liaisons haute nergie sont utilis es pour entra ner l'ajout de chaque d soxynucl otide. La production de PPi avec hydrolyse ult rieure en 2 Pi est un th me commun en biochimie. L' limination du produit PPi entra ne une r action vers l'avant, ce qui le rend essentiellement irr versible. Les quatre substrats (d soxyad nosine triphosphate [dATP], d soxythymidine triphosphate [dTTP], d soxycytidine triphosphate [dCTP] et d soxyguanosine triphosphate [dGTP]) doivent tre pr sents pour que l' longation de l'ADN se produise. Si l'un des quatre est en p nurie, la synth se de l'ADN s'arr te lorsque ce nucl otide est puis . 2. Relecture de l'ADN nouvellement synth tis : Il est tr s important pour la survie d'un organisme que la s quence nucl otidique de l'ADN soit r pliqu e avec le moins d'erreurs possible. Une mauvaise lecture de la s quence du mod le pourrait entra ner des mutations d l t res, peut- tre mortelles. Pour assurer la fid lit de la r plication, l'ADN pol III a une activit de relecture (exonucl ase 3' 5', Fig. 30.17) en plus de son activit polym rase 5' 3. Au fur et mesure que chaque nucl otide est ajout la cha ne, DNA pol III v rifie la base du nouveau nucl otide Le nucl otide est, en fait, le compl ment de la base sur le brin matrice. Si ce n'est pas le cas, l'activit de l'exonucl ase 3 5 limine l'erreur dans la direction oppos e la polym risation. [Remarque : Parce que l'enzyme n cessite une terminaison 3'hydroxy mal appari e, elle ne d grade pas les s quences nucl otidiques correctement appari es.] Par exemple, si la base de la matrice est C et que l'enzyme ins re un A au lieu d'un G dans la nouvelle cha ne, l'activit de l'exonucl ase 3 5 limine hydrolytiquement le nucl otide mal plac . L'activit polym rase 5' 3' la remplace alors par le nucl otide correct contenant G (voir Fig. 30.17). [Remarque : Les domaines 5 3 polym rase et 3 5 exonucl ase sont situ s sur diff rentes sous-unit s de l'ADN pol III.] F. Excision et remplacement de l'amorce d'ARN par l'ADN L'ADN pol III continue de synth tiser l'ADN sur le brin retard jusqu' ce qu'il soit bloqu par la proximit d'une amorce d'ARN. Lorsque cela se produit, l'ARN est excis et le vide est combl par l'ADN pol I. 1. Activit de l'exonucl ase 5 3 : En plus d'avoir l'activit polym rase 5 3 qui synth tise l'ADN et l'activit exonucl ase 3 5 qui relit l'ADN nouvellement synth tis comme l'ADN pol III, l'ADN monom re pol I a galement une activit exonucl ase 5 3 qui est capable d' liminer hydrolytiquement l'amorce de l'ARN. [Remarque : Les exonucl ases liminent les nucl otides de l'extr mit de la cha ne d'ADN, plut t que de cliver la cha ne l'int rieur comme le font les endonucl ases (Fig. 30.18).] Tout d'abord, l'ADN pol I localise l'espace (entaille) entre l'extr mit 3 de l'ADN nouvellement synth tis par l'ADN pol III et l'extr mit 5 de l'amorce d'ARN adjacente. Ensuite, l'ADN pol I limine hydrolytiquement les nucl otides d'ARN devant lui, se d pla ant dans la direction 5' 3' (activit d'exonucl ase 5' 3). En liminant les ribonucl otides, l'ADN pol I les remplace par des d soxyribonucl otides, synth tisant l'ADN dans la direction 5 3 (activit polym rase 5 3). Au fur et mesure qu'il synth tise l'ADN, il effectue galement une relecture l'aide de son activit d'exonucl ase 3 5 pour liminer les erreurs. Cette suppression/synth se/relecture se poursuit jusqu' ce que l'amorce de l'ARN soit totalement d grad e et que l'espace soit rempli d'ADN (Fig. 30.19). [Remarque : L'ADN pol I utilise son activit polym rase 5' 3' pour combler les lacunes g n r es lors de la plupart des types de r paration de l'ADN (voir p. 428).] 2. Comparaison des activit s d'exonucl ase 5' 3' et 3' 5' : L'activit exonucl ase 5' 3' de l'ADN pol I permet la polym rase, se d pla ant 5' 3', d' liminer hydrolytiquement un ou plusieurs nucl otides la fois de l'extr mit 5' de l'amorce d'ARN ~10 nucl otides de longueur. En revanche, l'activit exonucl ase 3 5 de l'ADN pol I et pol III permet ces polym rases, se d pla ant 3 5, d' liminer hydrolytiquement un nucl otide mal plac la fois de l'extr mit 3 d'un brin d'ADN en croissance, augmentant ainsi la fid lit de la r plication de sorte que l'ADN nouvellement r pliqu pr sente une erreur pour 107 nucl otides. G. ADN ligase La liaison phosphodiester finale entre le groupe 5-phosphate sur l'ADN synth tis par l'ADN pol III et le groupe 3'-hydroxyle sur l'ADN fabriqu par l'ADN pol I est catalys e par l'ADN ligase (Fig. 30.20). La jonction de ces deux tron ons d'ADN n cessite de l' nergie, qui, chez la plupart des organismes, est fournie par le clivage de l'ATP en ad nosine monophosphate + PPi. H. R siliation La terminaison de la r plication chez E. coli est m di e par la liaison sp cifique de la s quence de la prot ine Tus (substance d'utilisation terminus) aux sites de termina |
Biochimie_Lippincott | ison de r plication (ter) sur l'ADN, arr tant le mouvement de la fourche de r plication. IV. R PLICATION DE L'ADN EUCARYOTE Le processus de r plication de l'ADN eucaryote suit de pr s celui de la synth se de l'ADN procaryote. Certaines diff rences, telles que les origines multiples de la r plication dans les cellules eucaryotes par rapport aux origines uniques de la r plication chez les procaryotes, ont d j t not s. Des prot ines de reconnaissance de l'origine eucaryote, des prot ines de liaison l'ADNsb et des h licases d'ADN d pendantes de l'ATP ont t identifi es, et leurs fonctions sont analogues celles des prot ines procaryotes pr c demment discut es. En revanche, les amorces d'ARN sont limin es par la RNase H et l'endonucl ase de lambeau 1 (FEN1) plut t que par une pol d'ADN (Fig. 30.21). A. Cycle cellulaire eucaryote Les v nements entourant la r plication de l'ADN eucaryote et la division cellulaire (mitose) sont coordonn s pour produire le cycle cellulaire (Fig. 30.22). La p riode pr c dant la r plication est appel e phase G1 (Gap 1). La r plication de l'ADN se produit pendant la phase S (synth se). Apr s la synth se de l'ADN, il y a une autre phase (G2, ou Gap 2) avant la mitose (M). On dit que les cellules qui ont cess de se diviser, comme les lymphocytes T matures, sont sorties du cycle cellulaire pour entrer dans la phase G0. Ces cellules quiescentes peuvent tre stimul es pour r int grer la phase G1 afin de reprendre la division. [Remarque : Le cycle cellulaire est contr l une s rie de points de contr le qui emp chent l'entr e dans la phase suivante du cycle jusqu' ce que la phase pr c dente soit termin e. Deux classes cl s de prot ines qui contr lent la progression d'une cellule dans le cycle cellulaire sont les cyclines et les kinases d pendantes des cyclines (Cdk).] B. ADN polym rases eucaryotes Au moins cinq particules d'ADN eucaryote haute fid lit ont t identifi es et class es en fonction de leur poids mol culaire, de leur emplacement cellulaire, de leur sensibilit aux inhibiteurs et des matrices ou substrats sur lesquels ils agissent. Ils sont d sign s par des lettres grecques plut t que par des chiffres romains (Fig. 30.23). 1. Pol : La Pol est une enzyme multi-sous-unitaire. Une sous-unit a une activit primase, qui initie la synth se du brin sur le brin principal et au d but de chaque fragment d'Okazaki sur le brin retard . La sous-unit primase synth tise une courte amorce d'ARN qui est prolong e par l'activit polym rase 5' 3' de pol , g n rant un court morceau d'ADN. [Remarque : Pol est galement appel pol /primase.] 2. Pol et pol : Pol est recrut pour compl ter la synth se de l'ADN sur le brin principal, tandis que le pol allonge les fragments d'Okazaki du brin retard , chacun utilisant une activit d'exonucl ase de 3 5 pour relire l'ADN nouvellement synth tis . [Remarque : L'ADN pol associ l'antig ne nucl aire cellulaire prolif rant (PCNA), une prot ine qui sert de pince d'ADN coulissante de la m me mani re que les sous-unit s de l'ADN pol III le font chez E. coli, assurant ainsi une processivit lev e.] 3. Pol et Pol : Pol est impliqu dans le comblement des lacunes dans la r paration de l'ADN. Pol r plique l'ADN mitochondrial. C. T lom res Les t lom res sont des complexes d'ADN et de prot ines (collectivement connus sous le nom de shelterine) situ s aux extr mit s des chromosomes lin aires. Ils maintiennent l'int grit structurelle du chromosome, emp chant l'attaque des nucl ases, et permettent aux syst mes de r paration de distinguer une v ritable fin d'une rupture de l'ADNdb. Chez l'homme, l'ADN t lom rique est constitu de plusieurs milliers de r p titions en tandem d'une s quence hexam rique non codante, AGGGTT, appari e une base associ e une r gion compl mentaire contenant C et A. Le brin riche en G est plus long que son compl ment riche en C, laissant l'ADNsb quelques centaines de nucl otides de longueur l'extr mit 3. On pense que la r gion monocat naire se replie sur elle-m me, formant une structure en boucle stabilis e par des prot ines. 1. Raccourcissement des t lom res : Les cellules eucaryotes sont confront es un probl me particulier pour r pliquer les extr mit s de leurs mol cules d'ADN lin aires. Apr s le retrait de l'amorce d'ARN de l'extr mit 5' extr me du brin retard , il n'y a aucun moyen de combler le vide restant avec de l'ADN. Par cons quent, dans la plupart des cellules somatiques humaines normales, les t lom res raccourcir chaque division cellulaire successive. Une fois que les t lom res sont raccourcis au-del d'une certaine longueur critique, la cellule n'est plus capable de se diviser et on dit qu'elle est s nescente. Dans les cellules germinales et les cellules souches, ainsi que dans les cellules canc reuses, les t lom res ne raccourcissent pas et les cellules ne s nescent pas. C'est le r sultat de la ribonucl oprot ine t lom rase, qui maintient la longueur t lom rique |
Biochimie_Lippincott | dans ces cellules. 2. T lom rase : Ce complexe contient une prot ine (Tert) qui agit comme une transcriptase inverse et un court morceau d'ARN (Terc) qui agit comme un mod le. La base matrice de l'ARN riche en C s'apparie avec l'extr mit 3 de l'ADN t lom rique simple brin riche en G (Fig. 30.24). La transcriptase inverse utilise la matrice d'ARN pour synth tiser l'ADN dans la direction habituelle 5' 3', prolongeant l'extr mit 3' d j plus longue. La t lom rase se d place ensuite vers l'extr mit nouvellement synth tis e, et le processus est r p t . Une fois que le brin riche en G a t allong , l'activit primase de l'ADN pol peut l'utiliser comme matrice pour synth tiser une amorce d'ARN. L'amorce est prolong e par l'ADN pol , puis limin e par les nucl ases. Les t lom res peuvent tre consid r s comme des horloges mitotiques en ce sens que leur longueur dans la plupart des cellules est inversement proportionnelle au nombre de fois o les cellules se sont divis es. L' tude des t lom res donne un aper u de la biologie du vieillissement normal, des maladies du vieillissement pr matur (les prog rias) et du cancer. D. Transcriptases inverses Comme on le voit avec la t lom rase, les transcriptases inverses sont des pols d'ADN dirig s par l'ARN. Une transcriptase inverse est impliqu e dans la r plication des r trovirus, tels que le virus de l'immunod ficience humaine (VIH). Ces virus portent leur g nome sous la forme de mol cules d'ARNss. Apr s l'infection d'une cellule h te, l'enzyme virale transcriptase inverse utilise l'ARN viral comme matrice pour la synth se 5' 3' de l'ADN viral, qui s'int gre ensuite dans les chromosomes de l'h te. L'activit de la transcriptase inverse est galement observ e avec les transposons, des l ments de l'ADN qui peuvent se d placer dans le g nome (voir p. 477). Chez les eucaryotes, la plupart des transposons sont transcrits en ARN, l'ARN est utilis comme matrice pour la synth se de l'ADN par une transcriptase inverse cod e par le transposon, et l'ADN est ins r au hasard dans le g nome. [Remarque : Les transposons qui impliquent un interm diaire d'ARN sont appel s r trotransposons ou r troposons.] E. Inhibition de la r plication de l'ADN par des analogues nucl osidiques La croissance de la cha ne d'ADN peut tre bloqu e par l'incorporation de certains analogues nucl osidiques qui ont t modifi s sur la portion sucr e (Fig. 30.25). Par exemple, l' limination du groupe hydroxyle du carbone 3 du cycle d soxyribose comme dans la 2,3-did soxyinosine ( galement connue sous le nom de didanosine), ou la conversion du d soxyribose en un autre sucre, comme l'arabinose, emp che l'allongement ult rieur de la cha ne. En bloquant la r plication de l'ADN, ces compos s ralentissent la division des cellules et des virus croissance rapide. La cytosine arabinoside (cytarabine, ou araC) a t utilis e dans la chimioth rapie anticanc reuse, tandis que l'ad nine arabinoside (vidarabine, ou araA) est un agent antiviral. La substitution sur la fraction sucre, comme on le voit dans l'azidothymidine (AZT), galement appel e zidovudine (ZDV), termine galement l'allongement de la cha ne d'ADN. [Remarque : Ces m dicaments sont g n ralement fournis sous forme de nucl osides, qui sont ensuite convertis en nucl otides par des kinases cellulaires.] V. ORGANISATION DE L'ADN EUCARYOTE Une cellule somatique humaine typique (diplo de) contient 46 chromosomes, dont l'ADN total mesure ~2 m de long ! Il est difficile d'imaginer comment une telle quantit de mat riel g n tique peut tre efficacement emball e dans un volume de la taille d'un noyau cellulaire afin qu'il puisse tre r pliqu efficacement et que son information g n tique puisse tre exprim e. Pour ce faire, il faut l'interaction de l'ADN avec un grand nombre de prot ines, chacune d'entre elles remplissant une fonction sp cifique dans l'emballage ordonn de ces longues mol cules d'ADN. L'ADN eucaryote est associ des prot ines de base troitement li es, appel es histones. Ceux-ci servent ordonner l'ADN en unit s structurelles fondamentales, appel es nucl osomes, qui ressemblent des perles sur un fil. Les nucl osomes sont ensuite dispos s en des structures de plus en plus complexes qui organisent et condensent les longues mol cules d'ADN en chromosomes qui peuvent tre s par s lors de la division cellulaire. [Remarque : Le complexe d'ADN et de prot ines trouv l'int rieur des noyaux des cellules eucaryotes est appel chromatine.] A. Formation des histones et des nucl osomes Il existe cinq classes d'histones, d sign es H1, H2A, H2B, H3 et H4. Ces petites prot ines conserv es au cours de l' volution sont charg es positivement au pH physiologique en raison de leur teneur lev e en lysine et en arginine. En raison de leur charge positive, ils forment des liaisons ioniques avec de l'ADN charg n gativement. Les histones, ainsi que les ions tels que Mg2+, aident neutraliser les groupes phosphate d'ADN charg s n gativement. 1. Nuc |
Biochimie_Lippincott | l osomes : Deux mol cules de H2A, H2B, H3 et H4 forment le noyau octam rique des billes de nucl osomes individuelles. Autour de ce noyau structurel, un segment d'ADNdb est enroul pr s de deux fois (Fig. 30.26). L'enroulement limine un tour h lico dal, provoquant un surenroulement n gatif. [Remarque : Les extr mit s N-terminales de ces histones peuvent tre ac tyl es, m thyl es ou phosphoryl es. Ces modifications covalentes r versibles influencent la liaison des histones l'ADN, affectant ainsi l'expression de g nes sp cifiques. La modification des histones est un exemple d' pig n tique, ou de changements h r ditaires dans l'expression des g nes provoqu s sans alt ration de la s quence nucl otidique.] Les nucl osomes voisins sont reli s par de l'ADN de liaison de ~50 pb de long. H1 ne se trouve pas dans le noyau du nucl osome, mais se lie plut t la cha ne d'ADN de liaison entre les billes de nucl osome. H1 est la plus sp cifique des tissus et des esp ces des histones. Il facilite l'empilement des nucl osomes dans des structures plus compactes. 2. Niveaux d'organisation plus lev s : Les nucl osomes peuvent tre plus serr s (empil s) pour former un nucl ofilament. Cette structure prend la forme d'une bobine, souvent appel e fibre de 30 nm. La fibre est organis e en boucles qui sont ancr es par un chafaudage nucl aire contenant plusieurs prot ines. Des niveaux d'organisation suppl mentaires conduisent la structure chromosomique finale (Fig. 30.27). B. Devenir des nucl osomes au cours de la r plication de l'ADN Les nucl osomes parentaux sont d sassembl s pour permettre l'acc s l'ADN pendant la r plication. Une fois l'ADN synth tis , les nucl osomes se forment rapidement. Leurs prot ines d'histones proviennent la fois de la synth se de novo et du transfert d'histones parentaux. VI. R PARATION DE L'ADN Malgr le syst me de relecture labor utilis lors de la synth se de l'ADN, des erreurs (y compris un appariement incorrect des bases ou l'insertion d'un quelques nucl otides suppl mentaires) peuvent se produire. De plus, l'ADN est constamment soumis des agressions environnementales qui provoquent l'alt ration ou l' limination des bases nucl otidiques. Les agents nocifs peuvent tre soit des produits chimiques (par exemple, l'acide nitreux, qui peut d saminer les bases), soit des rayonnements (par exemple, les rayons ultraviolets non ionisants [UV], qui peuvent fusionner deux pyrimidines adjacentes l'une l'autre dans l'ADN, et les rayonnements ionisants de haute nergie, qui peuvent provoquer des cassures double brin). Les bases sont galement modifi es ou perdues spontan ment de l'ADN des mammif res un rythme de plusieurs milliers par cellule et par jour. Si les dommages ne sont pas r par s, un changement permanent (mutation) est introduit qui peut entra ner un certain nombre d'effets d l t res, y compris la perte de contr le sur la prolif ration de la cellule mut e, conduisant au cancer. Heureusement, les cellules sont remarquablement efficaces pour r parer les dommages caus s leur ADN. La plupart des syst mes de r paration impliquent la reconnaissance des dommages (l sions) sur l'ADN, l'ablation ou l'excision des dommages, le remplacement ou le remplissage de l'espace laiss par l'excision en utilisant le brin fr re comme matrice pour la synth se de l'ADN et la ligature. Ces syst mes de r paration par excision enl vent un des dizaines de nucl otides. [Remarque : La synth se de r paration de l'ADN peut se produire en dehors de la phase S.] A. R paration des m sappariements Parfois, des erreurs de r plication chappent l'activit de relecture pendant la synth se de l'ADN, provoquant une discordance d'une plusieurs bases. Chez E. coli, la r paration des m sappariements (MMR) est m di e par un groupe de prot ines connues sous le nom de prot ines Mut (Fig. 30.28). Des prot ines homologues sont pr sentes chez l'homme. [Remarque : le MMR se produit dans les minutes qui suivent la r plication et r duit le taux d'erreur de r plication de 1 sur 107 1 sur 109 nucl otides.] 1. Identification des brins non appari s : Lorsqu'un m sappariement se produit, les prot ines Mut qui identifient le ou les nucl otides mal appari s doivent tre capables de faire la distinction entre le brin correct et le brin avec l'incompatibilit . Chez les procaryotes, la discrimination est bas e sur le degr de m thylation. Les s quences GATC, que l'on retrouve une fois tous les mille nucl otides, sont m thyl es sur le r sidu ad nine (A) par l'ADN ad nine m thylase (DAM). Cette m thylation ne se fait pas imm diatement apr s la synth se, de sorte que l'ADN est h mim thyl (c'est- -dire que le brin parental est m thyl , mais pas le brin fille). Le brin parental m thyl est suppos tre correct, et c'est le brin fille qui est r par . [Remarque : Le m canisme exact par lequel le brin fille est identifi chez les eucaryotes n'est pas encore connu, mais implique probablement la reconnaissance d'entailles dans le |
Biochimie_Lippincott | brin nouvellement synth tis .] 2. Proc dure de r paration : Lorsque le brin contenant le m sappariement est identifi , une endonucl ase entaille le brin et le ou les nucl otides incompatibles sont/sont limin (s) par une exonucl ase. Des nucl otides suppl mentaires aux extr mit s 5 et 3 de l'inad quation sont galement retir s. L'espace laiss par l'ablation des nucl otides est combl , en utilisant le brin fr re comme mod le, par un ADN pol, g n ralement ADN pol III. Le 3-hydroxyle de l'ADN nouvellement synth tis est li au 5-phosphate du tron on restant du brin d'ADN d'origine par l'ADN ligase. La mutation des prot ines impliqu es dans le MMR chez l'homme est associ e au cancer colorectal h r ditaire sans polypose (HNPCC), galement connu sous le nom de syndrome de Lynch. Bien que le HNPCC conf re un risque accru de d velopper un cancer du c lon (ainsi que d'autres cancers), seulement environ 5% de tous les cancers du c lon sont le r sultat de mutations du ROR. B. R paration par excision de nucl otides L'exposition d'une cellule aux rayons UV peut entra ner la jonction covalente de deux pyrimidines adjacentes (g n ralement des thymines), produisant un dim re. Ces r ticulations intrabrins emp chent l'ADN pol de r pliquer le brin d'ADN au-del du site de formation des dim res. Les dim res de thymine sont excis s dans les bact ries par les prot ines UvrABC dans un processus connu sous le nom de r paration par excision de nucl otides (NER), comme illustr la Figure 30.29. Une voie connexe est pr sente chez l'homme (voir 2. ci-dessous). [Remarque : La r paration coupl e la transcription, un type de NER, corrige les l sions de l'ADN rencontr es lors de la synth se de l'ARN.] 1. Reconnaissance et excision des dim res induits par les UV : Une endonucl ase sp cifique aux UV (appel e excinucl ase uvrABC) reconna t le dim re volumineux et clive le brin endommag sur les c t s 5 et 3 de la l sion. Un oligonucl otide court contenant le dim re est excis , laissant un vide dans le brin d'ADN. Cette lacune est combl e l'aide d'un ADN pol I et d'un ADN ligase. La NER se produit tout au long du cycle cellulaire. 2. Rayonnement UV et cancer : Des dim res de pyrimidine peuvent se former dans les cellules de la peau des humains expos s aux rayons UV dans la lumi re du soleil non filtr e. Dans la maladie g n tique rare xeroderma pigmentosum (XP), les cellules ne peuvent pas r parer l'ADN endommag , ce qui entra ne une accumulation importante de mutations et, par cons quent, de nombreux cancers de la peau pr coces et nombreux (Fig. 30.30). XP peut tre caus par des d fauts dans l'un des nombreux g nes qui codent pour les prot ines XP n cessaires la NER des dommages UV chez l'homme. C. R paration par excision de basesLes bases de l'ADN peuvent tre modifi es, soit spontan ment, comme c'est le cas avec la cytosine, qui subit lentement d samination (la perte de son groupe amin ) pour former de l'uracile, ou par l'action de compos s d saminants ou alkylants. Par exemple, l'acide nitreux, qui est form par la cellule partir de pr curseurs tels que les nitrates, d samine la cytosine, l'ad nine (en hypoxanthine) et la guanine (en xanthine). Le sulfate de dim thyle peut alkyler (m thylate) l'ad nine. Les bases peuvent galement tre perdues spontan ment. Par exemple, ~10 000 bases puriques sont perdues de cette fa on par cellule et par jour. Les l sions impliquant des alt rations ou une perte de base peuvent tre corrig es par la r paration par excision de base ([BER], Fig. 30.31). 1. limination anormale des bases : Dans le BER, les bases anormales, telles que l'uracile, qui peuvent se produire dans l'ADN soit par d samination de la cytosine, soit par une mauvaise utilisation du dUTP au lieu du dTTP lors de la synth se de l'ADN, sont reconnues par des glycosylases d'ADN sp cifiques qui les s parent hydrolytiquement du squelette du d soxyribosephosphate du brin. Cela laisse un site apyrimidinique, ou apurinique si une purine a t enlev e, tous deux appel s sites AP. 2. Reconnaissance et r paration du site AP : Des endonucl ases AP sp cifiques reconnaissent qu'une base est manquante et d clenchent le processus d'excision et de remplissage des espaces en effectuant une coupe endonucl olytique juste sur le c t 5 du site AP. Une d soxyribose phosphate lyase limine le r sidu unique de phosphate de sucre sans base. L'ADN pol I et l'ADN ligase compl tent le processus de r paration. D. R paration de cassures de double brin Les rayonnements ionisants, les agents chimioth rapeutiques tels que la doxorubicine et les radicaux libres oxydatifs (voir p. 148) peuvent provoquer des cassures double brin de l'ADN qui peuvent tre mortelles pour la cellule. [Remarque : De telles ruptures se produisent galement naturellement lors de la recombinaison g n tique.] Les cassures de l'ADNdb ne peuvent pas tre corrig es par la strat gie d crite pr c demment consistant exciser les dommages sur un brin et utiliser le brin non end |
Biochimie_Lippincott | ommag comme mod le pour remplacer le ou les nucl otides manquants. Au lieu de cela, ils sont r par s par l'un des deux syst mes suivants. La premi re est la jonction d'extr mit s non homologues (NHEJ), dans laquelle un groupe de prot ines m die la reconnaissance, le traitement et la ligature des extr mit s de deux fragments d'ADN. Cependant, une partie de l'ADN est perdue dans le processus. Par cons quent, la NHEJ est sujette aux erreurs et mutag nes. Les anomalies de la NHEJ sont associ es une pr disposition au cancer et aux syndromes d'immunod ficience. Le deuxi me syst me de r paration, la recombinaison homologue (HR), utilise les enzymes qui effectuent normalement la recombinaison g n tique entre les chromosomes homologues au cours de la m iose. Ce syst me est beaucoup moins sujet aux erreurs ( sans erreur ) que le NHEJ car tout ADN perdu est remplac l'aide d'ADN homologue comme mod le. HR se produit la fin de S et G2 du cycle cellulaire, tandis que la NHEJ peut survenir tout moment. [Remarque : Les mutations des prot ines BRCA1 ou BRCA2 (cancer du sein 1 ou 2), qui sont impliqu es dans la HR, augmentent le risque de d velopper un cancer du sein et de l'ovaire.] VII. R SUM DU CHAPITRE L'ADN est un polym re de d soxynucl osides monophosphates li s de mani re covalente par des liaisons 3 5'-phosphodiester (Fig. 30.32). La longue cha ne non ramifi e qui en r sulte a une polarit , avec la fois une extr mit 5 (phosphate libre) et une extr mit 3 (hydroxyle libre). La s quence des nucl otides se lit 5' 3'. L'ADN existe sous la forme d'une mol cule double brin, dans laquelle les deux cha nes sont appari es de mani re antiparall le et s'enroulent l'une autour de l'autre, formant une double h lice. L'ad nine s'apparie la thymine et la cytosine la guanine. Chaque brin de la double h lice sert de mod le pour la construction d'un brin fille compl mentaire (r plication semi-conservatrice). La r plication de l'ADN se produit dans la phase S du cycle cellulaire et commence l'origine de la r plication. Lorsque les deux brins se d roulent et se s parent, la synth se se produit au niveau de deux fourches de r plication qui s' loignent de l'origine dans des directions oppos es (bidirectionnelles). Helicase d roule la double h lice. Lorsque les deux brins de la double h lice sont s par s, des superbobines positives sont produites dans la r gion de l'ADN devant la fourche de r plication et des superbobines n gatives derri re la fourche. Les topoisom rases d'ADN de types I et II liminent les super-bobines. ADN Les polym rases (POL) synth tisent de nouveaux brins d'ADN uniquement dans la direction 5 3. Par cons quent, l'un des tron ons nouvellement synth tis s des cha nes nucl otidiques doit cro tre dans la direction 5' 3' vers la fourche de r plication (brin principal) et l'autre dans la direction 5' 3 loin de la fourche de r plication (brin retard ). Les pols d'ADN n cessitent une amorce, un court tron on d'ARN synth tis par la primase. La synth se du brin principal n'a besoin que d'une seule amorce d'ARN (synth se continue), tandis que le brin retard en a besoin de plusieurs (synth se discontinue impliquant des fragments d'Okazaki). Chez Escherichia coli (E. coli), l'allongement de la cha ne d'ADN est catalys par l'ADN pol III, en utilisant des 5'-d soxyribonucl osides triphosphates comme substrats. L'enzyme relit l'ADN nouvellement synth tis , liminant les nucl otides terminaux non appari s avec son activit d'exonucl ase de 3 5. Les amorces d'ARN sont limin es par l'ADN pol I, en utilisant son activit d'exonucl ase 5' 3. Cette enzyme comble les lacunes avec de l'ADN, en relisant au fur et mesure de la synth se. La liaison finale du phosphodiester est catalys e par l'ADN ligase. Il existe au moins cinq pols d'ADN eucaryote haute fid lit . La Pol est une enzyme multi-sous-unit s, dont l'une des sous-unit s est une primase. L'activit polym rase de Pol 5' 3' ajoute un court morceau d'ADN l'amorce de l'ARN. Pol compl te la synth se de l'ADN sur le brin principal, tandis que pol allonge chaque fragment de brin retard . Pol est impliqu dans la r paration de l'ADN, et Pol r plique l'ADN mitochondrial. Les Pols , et utilisent 3 5 d'activit d'exonucl ase pour relire. Les analogues nucl osidiques contenant des sucres modifi s peuvent tre utilis s pour bloquer la croissance de la cha ne d'ADN. Ils sont utiles dans la chimioth rapie anticanc reuse et antivirale. Les t lom res sont des segments d'ADN hautement r p titifs complex s avec des prot ines qui prot gent les extr mit s des chromosomes lin aires. Au fur et mesure que la plupart des cellules se divisent et vieillissent, ces s quences sont raccourcies, ce qui contribue la s nescence. Dans les cellules qui ne s nescent pas (par exemple, les cellules germinales et canc reuses), la ribonucl oprot ine t lom rase utilise sa composante prot ique transcriptase inverse pour tendre les t lom res, en utilisant son composan |
Biochimie_Lippincott | t ARN comme mod le. Il existe cinq classes de prot ines d'histones (H) charg es positivement. Deux de chacune des histones H2A, H2B, H3 et H4 forment un noyau structurel octam rique autour duquel l'ADN est enroul , cr ant un nucl osome. L'ADN reliant les nucl osomes, appel ADN de liaison, est li H1. Les nucl osomes peuvent tre plus serr s pour former un nucl ofilament. Des niveaux suppl mentaires d'organisation cr ent un chromosome. La plupart des dommages l'ADN peuvent tre corrig s par la r paration par excision impliquant la reconnaissance et l' limination des dommages par des prot ines de r paration, suivie d'un remplacement par des particules d'ADN et d'une jonction par la ligase. Le rayonnement ultraviolet peut provoquer des dim res de thymine qui sont reconnus et limin s chez E. coli par les prot ines uvrABC de la r paration de l'excision de nucl otides. Des d fauts dans les prot ines XP n cessaires la r paration par excision de nucl otides des dim res de thymine chez l'homme entra nent une xeroderma pigmentosum. Les bases non appari es sont r par es par un processus similaire de reconnaissance et d' limination par les prot ines Mut chez E. coli. L' tendue de la m thylation est utilis e pour l'identification des brins chez les procaryotes. La r paration d fectueuse des m sappariements par des prot ines homologues chez l'homme est associ e au cancer colorectal h r ditaire sans polypose. Les bases anormales (comme l'uracile) sont limin es par les N-glycosylases de l'ADN lors de la r paration par excision de bases, et le phosphate de sucre au site apyrimidinique ou apurinique est coup . Les cassures double brin de l'ADN sont r par es par la jonction d'extr mit s non homologues (sujette aux erreurs) et la recombinaison homologue n cessitant une matrice ( sans erreur ). Choisissez UNE meilleure r ponse. 0.1. Une fillette de 10 ans est amen e par ses parents chez le dermatologue. Elle a de nombreuses taches de rousseur sur le visage, le cou, les bras et les mains, et les parents rapportent qu'elle est exceptionnellement sensible la lumi re du soleil. Deux carcinomes basocellulaires sont identifi s sur son visage. Sur la base du tableau clinique, lequel des processus suivants est le plus susceptible d' tre d fectueux chez ce patient ? A. R paration des cassures double brin par recombinaison homologue sujette aux erreursB. limination des bases non appari es de l'extr mit 3 des fragments d'Okazaki par un processus dirig par m thyleC. limination des dim res de pyrimidine de l'ADN par r paration par excision de nucl otidesD. limination de l'uracile de l'ADN par r paration par excision de basesR ponse correcte = C. La sensibilit la lumi re du soleil, des taches de rousseur tendues sur les parties du corps expos es au soleil, et la pr sence d'un cancer de la peau un jeune ge indiquent que le patient souffre tr s probablement de xeroderma pigmentosum (XP). Ces patients pr sentent une carence en l'une des prot ines XP n cessaires la r paration par excision nucl otidique des dim res de pyrimidine dans l'ADN endommag par le rayonnement ultraviolet. Les cassures double brin sont r par es par une jonction d'extr mit non homologue (sujette aux erreurs) ou une recombinaison homologue (sans erreur). La m thylation n'est pas utilis e pour la discrimination des brins dans la r paration des m sappariements eucaryotes. L'uracile est limin des mol cules d'ADN par une glycosylase sp cifique lors de la r paration par excision de base, mais un d faut dans ce processus ne provoque pas de XP. 0.2. Les t lom res sont des complexes d'ADN et de prot ines qui prot gent les extr mit s des chromosomes lin aires. Dans la plupart des cellules somatiques humaines normales, les t lom res raccourcissent chaque division. Dans les cellules souches et dans les cellules canc reuses, cependant, la longueur des t lom res est maintenue. Dans la synth se des t lom res : A. t lom rase, une ribonucl oprot ine, fournit la fois l'ARN et la prot ine n cessaire la synth se. B. l'ARN de la t lom rase sert d'amorce.C. L'ARN de la t lom rase est un ribozyme.D. la prot ine de la t lom rase est une ADN polym rase dirig e par l'ADN. E. le brin plus court de 3 5 est allong . F. la direction de la synth se est 3' 5'. Bonne r ponse = A. La t lom rase est une particule de ribonucl oprot ine n cessaire l'entretien des t lom res. La t lom rase contient un ARN qui sert de matrice, et non d'amorce, pour la synth se de l'ADN t lom rique par la transcriptase inverse de la t lom rase. L'ARN t lom rique n'a pas d'activit catalytique. En tant que transcriptase inverse, la t lom rase synth tise l'ADN l'aide de sa matrice d'ARN et est donc une ADN polym rase dirig e vers l'ARN. La direction de la synth se, comme pour toute synth se d'ADN, est 5' 3', et c'est l'extr mit 3' du brin 5' 3' d j plus long qui s' tend. 0.3. En tudiant la structure d'un petit g ne qui a t s quenc au cours du projet du g nome humain, un cherche |
Biochimie_Lippincott | ur remarque qu'un brin de la mol cule d'ADN contient 20 A, 25 G, 30 C et 22 T. Combien de chaque base se trouve dans la mol cule double brin compl te ? Un. A=40,G =50,C =60,T =44 E. A=42,G =55,C =55,T =42 B. A=44,G =60,C =50,T =40 C. A=45,G =45,C =52,T =52 D. A=50,G =47,C =50,T =47 Bonne r ponse = B. Les deux brins d'ADN sont compl mentaires l'un de l'autre, avec une base A appari e une base T et une base G appari e C. Ainsi, par exemple, les 20 A sur le premier brin seraient appari s 20 T sur le deuxi me brin, les 25 G sur le premier brin seraient appari s 25 C sur le deuxi me brin, et ainsi de suite. Lorsque tous ces l ments sont additionn s, les nombres corrects de chaque base sont indiqu s dans le choix B. Notez que, dans la bonne r ponse, A = T et G = C. 0.4. num rez l'ordre dans lequel les enzymes suivantes participent la r plication procaryote. A. LigaseB. Polym rase I (activit exonucl ase 3 5) C. Polym rase I (activit exonucl ase 5 3) D. Polym rase I (activit polym rase 5 3) E. Polym rase IIIF. Primase Bonne r ponse : F, E, C, D, B, A. Le primade fabrique l'amorce de l'ARN ; la polym rase (pol) III prolonge l'amorce avec de l'ADN (et des relectures) ; pol I enl ve l'amorce avec son activit d'exonucl ase 5 3, comble l'espace avec son activit polym rase 5 3 et limine les erreurs avec son activit d'exonucl ase 3 5 ; et la ligase forme la liaison 5' 3'-phosphodiester qui relie l'ADN produit par les pols I et III. 0.5. Les did soxynucl otides n'ont pas de groupe 3-hydroxyle. Pourquoi l'incorporation d'un did soxynucl otide dans l'ADN arr terait-elle la r plication ? L'absence du groupe 3'OH emp che la formation de la liaison 3'-hydroxyle 5'phosphate qui relie un nucl otide l'autre dans l'ADN. Structure, synth se et traitement de l'ARN 31Pour d'autres documents auxiliaires li s ce chapitre, veuillez consulter le Point. I. APER U Le sch ma directeur g n tique d'un organisme est contenu dans la s quence de d soxyribonucl otides dans son ADN. Cependant, c'est travers l'acide ribonucl ique (ARN), les copies de travail de l'ADN, que le plan directeur s'exprime (Fig. 31.1). Le processus de copie, au cours duquel un brin d'ADN sert de matrice pour la synth se de l'ARN, s'appelle la transcription. La transcription produit de l'ARN messager (ARNm), qui est traduit en s quences d'acides amin s (prot ines), d'ARN ribosomique (ARNr), d'ARN de transfert (ARNt) et de mol cules d'ARN suppl mentaires qui remplissent des fonctions structurelles, catalytiques et r gulatrices sp cialis es et ne sont pas traduites. C'est- -dire qu'il s'agit d'ARN non codant (ARNnc). Par cons quent, le produit final de l'expression g nique peut tre de l'ARN ou une prot ine, selon le g ne. [Remarque : Seulement ~2% du g nome code pour des prot ines.] Une caract ristique centrale de la transcription est qu'elle est tr s s lective. Par exemple, de nombreux transcrits sont faits de certaines r gions de l'ADN. Dans d'autres r gions, peu ou pas de transcriptions sont faites. Cette s lectivit est due, au moins en partie, des signaux int gr s dans la s quence nucl otidique de l'ADN. Ces signaux indiquent l'ARN polym rase o commencer, quelle fr quence commencer et o arr ter la transcription. Plusieurs prot ines r gulatrices sont galement impliqu es dans ce processus de s lection. La diff renciation biochimique des tissus d'un organisme est finalement le r sultat de la s lectivit du processus de transcription. [Remarque : Cette s lectivit de la transcription contraste avec la nature tout ou rien de la r plication g nomique.] Une autre caract ristique importante de la transcription est que de nombreux transcrits d'ARN qui sont initialement des copies fid les de l'un des deux brins d'ADN peuvent subir diverses modifications, telles que des ajouts terminaux, des modifications de base, des coupes et des suppressions de segments internes, qui convertissent le transcrit primaire inactif en une mol cule fonctionnelle. Le transcriptome est l'ensemble complet des transcrits d'ARN exprim s par un g nome. II. STRUCTURE DE L'ARN Il existe trois principaux types d'ARN qui participent au processus de synth se des prot ines : l'ARNr, l'ARNt et l'ARNm. Comme l'ADN, ces ARN sont des mol cules polym res non ramifi es compos es de nucl osides monophosphates reli s entre eux par des liaisons 3' 5'-phosphodiester (voir p. 412). Cependant, ils diff rent de l'ADN de plusieurs fa ons. Par exemple, ils sont consid rablement plus petits que l'ADN, contiennent du ribose au lieu du d soxyribose et de l'uracile au lieu de la thymine, et existent sous forme de brins uniques capables de se replier en structures complexes. Les trois principaux types d'ARN diff rent galement les uns des autres par leur taille, leur fonction et des modifications structurelles sp ciales. [Remarque : Chez les eucaryotes, de petites mol cules d'ARNnc suppl mentaires trouv es dans le nucl ole (snoRNA), le noyau (snRNA) et le cytoplasme (microARN [ |
Biochimie_Lippincott | miARN]) remplissent des fonctions sp cialis es comme d crit aux pp. 441, 442 et 475.] Les ARNr ribosomiques se trouvent en association avec plusieurs prot ines en tant que composants des ribosomes, les structures complexes qui servent de sites pour la synth se des prot ines (voir p. 451). Les cellules procaryotes contiennent trois esp ces distinctes d'ARNr (23S, 16S et 5S, o S est l'unit de Svedberg pour la vitesse de s dimentation d termin e par la taille et la forme de la particule), comme le montre la figure 31.2. Les cellules eucaryotes contiennent quatre esp ces d'ARNr (28S, 18S, 5.8S et 5S). Ensemble, les ARNr repr sentent ~80% de l'ARN total dans la cellule. [Remarque : Certains ARN fonctionnent comme des catalyseurs, par exemple, un ARNr dans la synth se des prot ines (voir p. 455). L'ARN activit catalytique est appel ribozyme.] Les ARNt sont les plus petits (4S) des trois principaux types de mol cules d'ARN. Il existe au moins un type sp cifique de mol cule d'ARNt pour chacun des 20 acides amin s que l'on trouve couramment dans les prot ines. Ensemble, les ARNt repr sentent ~15 % de l'ARN total dans la cellule. Les mol cules d'ARNt contiennent un pourcentage lev de bases inhabituelles (modifi es), par exemple le dihydrouracile (voir Fig. 22.2, p. 292), et ont un appariement de bases intracha ne tendu (Fig. 31.3) qui conduit une structure secondaire et tertiaire caract ristique. Chaque ARNt sert de mol cule adaptatrice qui transporte son acide amin sp cifique, attach de mani re covalente son extr mit 3, jusqu'au site de synth se des prot ines. L , il reconna t la s quence du code g n tique d'un ARNm, qui sp cifie l'ajout de cet acide amin la cha ne peptidique en croissance (voir p. 447). C. L'ARNm de l'ARNm ne comprend que ~5% de l'ARN d'une cellule, mais est de loin le type d'ARN le plus h t rog ne en taille et en s quence de bases. L'ARNm est un ARN codant en ce sens qu'il transporte des informations g n tiques de l'ADN pour tre utilis dans la synth se des prot ines. Chez les eucaryotes, cela implique le transport de l'ARNm hors du noyau et dans le cytosol. Un ARNm porteur d'informations provenant de plus d'un g ne est polycistronique (cistron = g ne). L'ARNm polycistronique est caract ristique des procaryotes. Un ARNm portant des informations provenant d'un seul g ne est monocistronique et est caract ristique des eucaryotes. En plus des r gions codant pour les prot ines qui peuvent tre traduites, l'ARNm contient des r gions non traduites ses extr mit s 5 et 3 (Fig. 31.4). Les caract ristiques structurelles particuli res de l'ARNm eucaryote (mais pas procaryote) comprennent une longue s quence de nucl otides ad nine (une queue poly-A) l'extr mit 3 de l'ARN, ainsi qu'une coiffe l'extr mit 5 constitu e d'une mol cule de 7-m thylguanosine attach e par une liaison triphosphate inhabituelle (5 5). Les m canismes de modification de l'ARNm pour cr er ces caract ristiques structurelles sp ciales sont discut s aux pp. 441-442. III. TRANSCRIPTION DU G NE PROCARYOTE La structure de l'ARN polym rase n cessitant du magn sium (ARN pol), les signaux qui contr lent la transcription et les vari t s de modifications que les transcrits d'ARN peuvent subir diff rent d'un organisme l'autre, en particulier des procaryotes aux eucaryotes. Par cons quent, les discussions sur la transcription procaryote et eucaryote sont pr sent es s par ment. A. ARN polym rase procaryote Chez les bact ries, une esp ce d'ARN pol synth tise tout l'ARN, l'exception des courtes amorces d'ARN n cessaires la r plication de l'ADN [Remarque : Les amorces d'ARN sont synth tis es par l'enzyme monom re sp cialis e primase (voir p. 418).] L'ARN pol est une enzyme multisous-unitaire qui reconna t une s quence nucl otidique (la r gion promotrice) au d but d'une longueur d'ADN transcrire. Il fait ensuite une copie d'ARN compl mentaire de la brin de matrice d'ADN, puis reconna t l'extr mit de la s quence d'ADN transcrire (la r gion de terminaison). L'ARN est synth tis de son extr mit 5 son extr mit 3, parall lement son brin matrice d'ADN (voir p. 415). La matrice est copi e telle quelle dans la synth se de l'ADN, dans laquelle une guanine (G) sur l'ADN sp cifie une cytosine (C) dans l'ARN, un C sp cifie un G, une thymine (T) sp cifie une ad nine (A), mais un A sp cifie un uracile (U) au lieu d'un T (Fig. 31.5). L'ARN est donc compl mentaire au brin de matrice d'ADN (antisens, moins) et identique au brin codant (sens, plus), U rempla ant T. Dans la mol cule d'ADN, les r gions des deux brins peuvent servir de matrices pour la transcription. Pour un g ne donn , cependant, un seul des deux brins d'ADN peut tre la matrice. Le brin utilis est d termin par l'emplacement du promoteur de ce g ne. La transcription par l'ARN pol implique une enzyme centrale et plusieurs prot ines auxiliaires. 1. Enzyme de base : Cinq des sous-unit s peptidiques de l'enzyme, 2 , 1 , 1 et 1 , sont n cessaires l'asse |
Biochimie_Lippincott | mblage de l'enzyme ( , ), la liaison de matrice ( ) et l'activit polym rase 5 3 ( ) et sont appel es ensemble l'enzyme de base (Fig. 31.6). Cependant, cette enzyme manque de sp cificit (c'est- -dire qu'elle ne peut pas reconna tre la r gion promotrice sur la matrice d'ADN). 2. Holoenzyme : La sous-unit (facteur sigma) permet l'ARN pol de reconna tre les r gions promotrices de l'ADN. La sous-unit plus l'enzyme centrale constituent l'holoenzyme. [Remarque : Diff rents facteurs de reconnaissent diff rents groupes de g nes, 70 pr dominant.] B. tapes de la synth se de l'ARN Le processus de transcription d'un g ne typique d'Escherichia coli (E. coli) peut tre divis en trois phases : initiation, longation et termination. Une unit de transcription s' tend du promoteur la r gion de terminaison, et le produit initial de la transcription par l'ARN pol est appel le transcrit primaire. 1. Initiation : La transcription commence par la liaison de l'ARN pol holoenzyme une r gion de l'ADN connue sous le nom de promoteur, qui n'est pas transcrite. Le promoteur procaryote contient des s quences consensus caract ristiques (Fig. 31.7). [Remarque : Les s quences consensuelles sont des s quences id alis es dans lesquelles la base affich e chaque position est la base la plus fr quemment (mais pas n cessairement toujours) rencontr e cette position.] Ceux qui sont reconnus par l'ARN procaryote pol facteurs sont les suivants. un. S quence 35 : Une s quence consensus (5'-TTGACA-3'), centr e environ 35 bases gauche du site de d but de transcription (voir Fig. 31.7), est le point de contact initial de l'holoenzyme, et un complexe ferm se forme. [Remarque : Par convention, les s quences r gulatrices qui contr lent la transcription sont d sign es par la s quence nucl otidique 5' 3' sur le brin codant. Une base dans la r gion promotrice se voit attribuer un nombre n gatif si elle se produit avant ( gauche de, vers l'extr mit 5 ou en amont ) du site de d but de transcription. Par cons quent, la s quence TTGACA est centr e peu pr s en base -35. La premi re base sur le site de d but de la transcription se voit attribuer une position de +1. Il n'y a pas de base d sign e 0 .] b. L'holoenzyme se d place et couvre une deuxi me s quence consensus (5 -TATAAT-3 ), centr e environ -10 (voir Fig. 31.7), qui est le site de fusion (d roulement) d'un court tron on (~14 paires de bases) d'ADN. Cette fusion initiale convertit le complexe d'initiation ferm en un complexe ouvert connu sous le nom de bulle de transcription. [Remarque : Une mutation dans la s quence 10 ou 35 peut affecter la transcription du g ne contr l par le promoteur mutant.] 2. Allongement : Une fois que le promoteur a t reconnu et li par l'holoenzyme, d roulement local de la L'h lice de l'ADN continue (Fig. 31.8), m di e par la polym rase. [Remarque : Le d roulement g n re des superbobines dans l'ADN qui peuvent tre soulag es par les topoisom rases d'ADN (voir p. 417).] L'ARN pol commence synth tiser un transcrit de la s quence d'ADN, et plusieurs petits morceaux d'ARN sont fabriqu s et jet s. La phase d' longation commence lorsque le transcrit (commen ant g n ralement par une purine) d passe 10 nucl otides de longueur. Sigma est ensuite lib r , et l'enzyme centrale est capable de quitter (nettoyer) le promoteur et de se d placer le long du brin mod le de mani re processive, servant de sa propre pince coulissante. Au cours de la transcription, une courte h lice hybride ADN-ARN se forme (voir Fig. 31.8). Comme l'ADN pol, l'ARN pol utilise des nucl osides triphosphates comme substrats et lib re du pyrophosphate chaque fois qu'un nucl oside monophosphate est ajout la cha ne de croissance. Comme pour la r plication, la transcription est toujours dans la direction 5' 3. Contrairement l'ADN pol, l'ARN pol ne n cessite pas d'amorce et n'a pas de domaine exonucl ase 3 5 pour la relecture. [Remarque : Une mauvaise incorporation d'un ribonucl otide provoque une pause, un retour en arri re, un clivage du transcrit et un red marrage. N anmoins, la transcription a un taux d'erreur plus lev que la r plication.] 3. Terminaison : L'allongement de la cha ne d'ARN simple brin se poursuit jusqu' ce qu'un signal de terminaison soit atteint. La terminaison peut tre intrins que (se produire sans prot ines suppl mentaires) ou d pendre de la participation d'une prot ine connue sous le nom de facteur (rho). a. -Ind pendant : Comme c'est le cas pour la plupart des g nes procaryotes, cela n cessite qu'une s quence dans la matrice d'ADN g n re une s quence dans l'ARN naissant (nouvellement fabriqu ) qui est auto-compl mentaire (Fig. 31.9). Cela permet l'ARN de se replier sur lui-m me, formant une tige riche en GC (stabilis e par des liaisons hydrog ne) plus une boucle. Cette structure est connue sous le nom d' pingle cheveux . De plus, juste au-del de l' pingle cheveux, la transcription de l'ARN contient une cha ne de Us |
Biochimie_Lippincott | l'extr mit 3. La liaison de ces Nous au A compl mentaire du mod le ADN est faible. Cela facilite la s paration de l'ARN nouvellement synth tis de sa matrice d'ADN, car la double h lice se ferme derri re l'ARN pol. b. -d pendant : Cela n cessite la participation de la prot ine suppl mentaire rho, qui est une ATPase hexam re avec une activit h licase. Rho se lie un site d'utilisation de rho riche en C (rut) pr s de l'extr mit 5 de l'ARN naissant et, en utilisant son activit ATPase, se d place le long de l'ARN jusqu' ce qu'il atteigne l'ARN pol arr t au site de terminaison. L'activit h licase d pendante de l'ATP de rho s pare l'h lice hybride ARN-ADN, provoquant la lib ration de l'ARN. 4. Antibiotiques : Certains antibiotiques emp chent la croissance des cellules bact riennes en inhibant la synth se de l'ARN. Par exemple, la rifampicine (rifampicine) inhibe l'initiation de la transcription en se liant la sous-unit de l'ARN procaryote pol et en emp chant la croissance de la cha ne au-del de trois nucl otides (Fig. 31.10). La rifampicine est importante dans le traitement de la tuberculose. Dactinomycine (actinomycine D) a t le premier antibiotique trouver une application th rapeutique dans la chimioth rapie tumorale. Il s'ins re (intercalate) entre les bases de l'ADN et inhibe l'initiation et l' longation de la transcription. IV. TRANSCRIPTION DU G NE EUCARYOTE La transcription des g nes eucaryotes est un processus beaucoup plus compliqu que la transcription chez les procaryotes. La transcription eucaryote implique des polym rases distinctes pour la synth se de l'ARNr, de l'ARNt et de l'ARNm. De plus, un grand nombre de prot ines appel es facteurs de transcription (TF) sont impliqu es. Les TF se lient des sites distincts de l'ADN dans la r gion promotrice centrale, proximit (proximale) de celle-ci ou une certaine distance (distale). Ils sont n cessaires la fois pour l'assemblage d'un complexe d'initiation de transcription au niveau du promoteur et pour la d termination des g nes transcrire. [Remarque : Chaque ARN eucaryote pol a ses propres promoteurs et TF qui se lient aux s quences promotrices centrales.] Pour que les TF reconnaissent et se lient leurs s quences d'ADN sp cifiques, la structure de la chromatine dans cette r gion doit tre d condens e (d tendue) pour permettre l'acc s l'ADN. Le r le de la transcription dans la r gulation de l'expression des g nes est discut au chapitre 33. A. Structure de la chromatine et expression des g nes L'association de l'ADN avec des histones pour former des nucl osomes (voir p. 425) affecte la capacit de la machinerie de transcription acc der l'ADN transcrire. La plupart des g nes activement transcrits se trouvent dans une forme relativement d condens e de chromatine appel e euchromatine, tandis que la plupart des segments inactifs de l'ADN se trouvent dans l'h t rochromatine hautement condens e. L'interconversion de ces formes est appel e remodelage de la chromatine. Un composant majeur du remodelage de la chromatine est la modification covalente des histones (par exemple, l'ac tylation des r sidus de lysine l'extr mit amin e des prot ines d'histones), comme le montre la Figure 31.11. L'ac tylation, m di e par les ac tyltransf rases d'histones (HAT), limine la charge positive de la lysine, diminuant ainsi l'interaction de l'histone avec l'ADN charg n gativement. L' limination du groupe ac tyle par les histones d sac tylases (HDAC) r tablit la charge positive et favorise des interactions plus fortes entre les histones et l'ADN. [Remarque : Le repositionnement des nucl osomes d pendant de l'ATP est galement n cessaire pour acc der l'ADN.] B. ARN polym rases nucl aires Il existe trois types distincts d'ARN pol dans le noyau des cellules eucaryotes. Tous sont de grandes enzymes avec plusieurs sous-unit s. Chaque type d'ARN pol reconna t des g nes particuliers. [Remarque : les mitochondries contiennent un seul ARN pol qui ressemble l'enzyme bact rienne.] 1. ARN polym rase I : Cette enzyme synth tise le pr curseur de l'ARNr 28S, 18S et 5.8S dans le nucl ole. 2. ARN polym rase II : Cette enzyme synth tise les pr curseurs nucl aires de l'ARNm qui sont trait s puis traduits en prot ines. L'ARN pol II synth tise galement certains petits ARNnc, tels que les sno-ARN, les sn-ARN et les mi-ARN. un. Promoteurs de l'ARN polym rase II : Dans certains g nes transcrits par l'ARN pol II, une s quence de nucl otides (TATAAA) presque identique celle de la bo te de Pribnow (voir p. 436) se trouve centr e ~25 nucl otides en amont du site de d but de la transcription. Cette s quence de consensus du promoteur de base est appel e la bo te TATA, ou Hogness. Dans la majorit des g nes, cependant, aucune bo te TATA n'est pr sente. Au lieu de cela, diff rents l ments promoteurs centraux tels que l'Inr (initiateur) ou le DPE ( l ment promoteur en aval) sont pr sents (Fig. 31.12). [Remarque : il n'existe pas de s quence co |
Biochimie_Lippincott | nsensuelle unique chez tous les promoteurs principaux.] Parce que ces s quences se trouvent sur la m me mol cule d'ADN que le g ne transcrit, elles sont cis-actrices. Les s quences servent de sites de liaison pour des prot ines appel es facteurs de transcription g n raux (GTF), qui interagissent leur tour entre elles et avec l'ARN pol II. b. Facteurs de transcription g n raux : Les GTF sont les exigences minimales pour la reconnaissance du promoteur, le recrutement de l'ARN pol II dans le promoteur, la formation du complexe de pr -initiation et l'initiation de la transcription un niveau basal (Fig. 31.13A). Les GTF sont cod s par diff rents g nes, synth tis s dans le cytosol et diffus (transit) vers leurs sites d'action, et sont donc transactifs. [Remarque : Contrairement l'holoenzyme procaryote, l'ARN eucaryote pol II ne reconna t pas et ne se lie pas lui-m me au promoteur. Au lieu de cela, TFIID, un GTF contenant la prot ine de liaison TATA et des facteurs associ s TATA, reconna t et se lie la bo te TATA (et d'autres l ments promoteurs de base). TFIIF, un autre GTF, apporte la polym rase au promoteur. L'activit h licase de TFIIH fait fondre l'ADN, et son activit kinase phosphoryle la polym rase, ce qui lui permet d' liminer le promoteur.] c. l ments r gulateurs et activateurs transcriptionnels : Des s quences consensus suppl mentaires se trouvent en amont du promoteur central (voir Fig. 31.12). Ceux qui sont proches du promoteur central (dans ~200 nucl otides) sont les l ments r gulateurs proximaux, tels que les bo tes CAAT et GC. Ceux qui sont plus loign s sont les l ments r gulateurs distaux tels que les amplificateurs (voir d. ci-dessous). Des prot ines appel es activateurs transcriptionnels ou facteurs de transcription sp cifiques (STF) se lient ces l ments r gulateurs. Les STF se lient aux l ments proximaux du promoteur pour r guler la fr quence de l'initiation de la transcription et aux l ments distaux pour m dier la r ponse des signaux tels que les hormones (voir p. 472) et r guler les g nes exprim s un moment donn . Un g ne eucaryote codant pour une prot ine typique a des sites de liaison pour de nombreux facteurs de ce type. Les STF ont deux domaines de liaison. L'un est un domaine de liaison l'ADN, l'autre est un domaine d'activation de la transcription qui recrute le GTF vers le promoteur central ainsi que des prot ines coactivatrices telles que les enzymes HAT impliqu es dans la modification de la chromatine. [Remarque : Le m diateur, un coactivateur multi-sous-unit s de la transcription catalys e par l'ARN pol II, se lie la polym rase, au GTF et au STF et r gule l'initiation de la transcription.] Les activateurs transcriptionnels lient l'ADN par le biais d'une vari t de motifs, tels que l'h lice-boucle-h lice, le doigt de zinc et la fermeture clair de leucine (voir p. 18). d. R le des amplificateurs : Les amplificateurs sont des s quences d'ADN sp ciales qui augmentent le taux d'initiation de la transcription par l'ARN pol II. Les amplificateurs se trouvent g n ralement sur le m me chromosome que le g ne dont ils stimulent la transcription (Fig. 31.13B). Cependant, ils peuvent 1) tre situ s en amont (sur le c t 5) ou en aval (sur le c t 3) du site de d but de transcription, 2) tre proximit ou des milliers de paires de bases du promoteur (Fig. 31.14), et 3) se produire sur l'un ou l'autre des brins de l'ADN. Les amplificateurs contiennent des s quences d'ADN appel es l ments de r ponse qui se lient STF. En pliant ou en bouclant l'ADN, STF peut interagir avec d'autres TF li s un promoteur et avec l'ARN pol II, stimulant ainsi la transcription (voir Fig. 31.13B). Le m diateur lie galement les amplificateurs. [Remarque : Bien que les silencieux soient similaires aux amplificateurs en ce sens qu'ils peuvent galement agir sur de longues distances, ils r duisent l'expression des g nes.] e. Inhibiteur de l'ARN polym rase II : la -amanitine, une toxine puissante produite par le champignon toxique Amanita phalloides (parfois appel e chapeau de la mort ), lie troitement l'ARN pol II et ralentit son mouvement, inhibant ainsi la synth se de l'ARNm. 3. ARN polym rase III : Cette enzyme synth tise l'ARNt, l'ARNr 5S et une partie de l'ARNnb et du snoARN. V. MODIFICATION POST-TRANSCRIPTIONNELLE DE L'ARN Un transcrit primaire est la copie initiale et lin aire de l'ARN d'une unit de transcription (le segment d'ADN entre des s quences sp cifiques d'initiation et de fin). Les transcrits primaires de l'ARNt et de l'ARNr procaryotes et eucaryotes sont modifi s post-transcriptionnellement par le clivage des transcrits originaux par les ribonucl ases. Les ARNt sont modifi s pour donner chaque esp ce son identit unique. En revanche, l'ARNm procaryote est g n ralement identique son transcrit primaire, tandis que l'ARNm eucaryote est largement modifi la fois co-transcriptionnellement et post-transcriptionnellement. L'ARNr ribosomique des cellules |
Biochimie_Lippincott | procaryotes et eucaryotes est g n r partir de longues mol cules pr curseurs appel es pr -ARNr. Les ARNr 23S, 16S et 5S des procaryotes sont produits partir d'une seule mol cule de pr -ARNr, tout comme les ARNr 28S, 18S et 5.8S des eucaryotes (Fig. 31.15). [Remarque : L'ARNr eucaryote 5S est synth tis par l'ARN pol III et modifi s par ment.] Les pr ARNr sont cliv s par les ribonucl ases pour produire des morceaux d'ARNr de taille interm diaire, qui sont ensuite trait s (coup s par des exonucl ases et modifi s certaines bases et riboses) pour produire les esp ces d'ARN requises. [Remarque : Chez les eucaryotes, les g nes de l'ARNr se trouvent dans de longs r seaux en tandem. La synth se et le traitement de l'ARNr se produisent dans le nucl ole, les modifications de base et de sucre tant facilit es par le snoARN.] B. Transfert d'ARN Les ARNt eucaryotes et procaryotes sont galement fabriqu s partir de mol cules pr curseurs plus longues qui doivent tre modifi es (Fig. 31.16). Les s quences aux deux extr mit s de la mol cule sont limin es et, le cas ch ant, un intron est retir de la boucle de l'anticodon par des nucl ases. D'autres modifications post-transcriptionnelles comprennent l'ajout d'une s quence CCA par la nucl otidyltransf rase l'extr mit 3' terminale de l'ARNt et la modification de bases des positions sp cifiques pour produire les bases inhabituelles caract ristiques de l'ARNt (voir p. 291). C. ARN messager eucaryote L'ensemble de tous les transcrits primaires synth tis s dans le noyau par l'ARN pol II est connu sous le nom d'ARN nucl aire h t rog ne (hnRNA). Les composants de l'ARNm de l'ARNhn subissent d'importantes modifications co-transcriptionnelles et post-transcriptionnelles dans le noyau et deviennent des ARNm matures. Ces modifications comprennent g n ralement les l ments suivants. [Remarque : Pol II recrute lui-m me les prot ines n cessaires aux modifications.] 1. Ajout d'une coiffe 5 : Il s'agit de la premi re des r actions de traitement pour l'ARNm (Fig. 31.17). La coiffe est une 7-m thylguanosine attach e l'extr mit 5 terminale de l'ARNm par une liaison inhabituelle 5 5-triphosphate qui r siste la plupart des nucl ases. La cr ation de la coiffe n cessite l' limination du groupe phosphoryle du 5'-triphosphate de l'ARNm, suivie de l'ajout de guanosine monophosphate ( partir de la guanosine triphosphate) par l'enzyme nucl aire guanylyltransf rase. La m thylation de cette guanine terminale se produit dans le cytosol et est catalys e par la guanine-7-m thyltransf rase. La S-ad nosylm thionine est la source du groupe m thyle (voir p. 263). Des tapes de m thylation suppl mentaires peuvent survenir. L'ajout de cette coiffe de 7-m thylguanosine aide stabiliser l'ARNm et permet une initiation efficace de la traduction (voir p. 455). 2. Ajout d'une queue 3'-poly-A : La plupart des ARNm eucaryotes ( quelques exceptions pr s, y compris celles des histones) ont une cha ne de 40 250 ad nylates (ad nosine monophosphates) attach e l'extr mit 3 (voir Fig. 31.17). Cette queue poly-A n'est pas transcrite partir de l'ADN, mais est plut t ajout e par l'enzyme nucl aire, la polyad nylate polym rase, en utilisant l'ATP comme substrat. Le pr -ARNm est cliv en aval d'une s quence consensus, appel e s quence de signal de polyad nylation (AAUAAA), situ e pr s de l'extr mit 3 de l'ARN, et la queue poly-A est ajout e la nouvelle extr mit 3. Le filage termine la transcription eucaryote. Les queues aident stabiliser l'ARNm, facilitent sa sortie du noyau et aident la traduction. Une fois que l'ARNm p n tre dans le cytosol, la queue poly-A est progressivement raccourcie. 3. pissage : La maturation de l'ARNm eucaryote implique g n ralement l' limination du transcrit primaire de s quences d'ARN (introns ou s quences interm diaires) qui ne codent pas pour la prot ine. Les s quences codantes (exprim es) restantes, les exons, sont assembl es pour former l'ARNm mature. Le processus d' limination des introns et de jonction des exons s'appelle l' pissage. Le complexe mol culaire qui accomplit ces t ches est connu sous le nom d' pissage. Quelques transcrits primaires eucaryotes ne contiennent pas d'introns (par exemple, ceux des g nes des histones). D'autres contiennent quelques introns, tandis que d'autres, comme les transcrits primaires des cha nes de collag ne, contiennent >50 introns qui doivent tre limin s. un. R le du petit ARN nucl aire : En association avec plusieurs prot ines, l'ARNsn riche en uracile forme cinq petites particules de ribonucl oprot ine nucl aire (snRNP, ou snRNP ) d sign es comme U1, U2, U4, U5 et U6 qui m dient l' pissage. Ils facilitent l' limination des introns en formant des paires de bases avec les s quences consensus chaque extr mit de l'intron (Fig. 31.18). [Remarque : Dans le lupus ryth mateux diss min , une maladie auto-immune, les patients produisent des anticorps contre leurs propres prot ines nucl aires telles que le snRN |
Biochimie_Lippincott | P.] b. M canisme : La liaison de snRNP am ne les s quences des exons voisins dans l'alignement correct pour l' pissage, ce qui permet deux r actions de transest rification (catalys es par l'ARN de U2, U5 et U6) de se produire. Le groupe 2'OH d'un nucl otide ad nine (connu sous le nom de site de branche A) dans l'intron attaque le phosphate l'extr mit 5' de l'intron (site d' pissage-donneur), formant une liaison 2 '5-phosphodiester inhabituelle et cr ant une structure lariat (voir Fig. 31.18). Le 3-OH de l'exon 1, nouvellement lib r , attaque le phosphate 5 au niveau du site d' pissage-accepteur, formant une liaison phosphodiester qui relie les exons 1 et 2. L'intron excis est lib r sous forme de lariat, qui est g n ralement d grad mais peut tre un pr curseur de l'ARNnc tel que le snoARN. [Remarque : Les s quences GU et AG au d but et la fin, respectivement, des introns sont invariantes. Cependant, des Les s quences sont essentielles pour la reconnaissance des sites d' pissage.] Une fois que les introns ont t retir s et les exons assembl s, les mol cules d'ARNm matures passent dans le cytosol travers les pores de la membrane nucl aire. [Remarque : Les introns de l'ARNt (voir Fig. 31.16) sont limin s par un m canisme diff rent.] c. Effet des mutations du site d' pissage : Les mutations au niveau des sites d' pissage peuvent entra ner un pissage incorrect et la production de prot ines aberrantes. On estime qu'au moins 20 % de toutes les maladies g n tiques sont le r sultat de mutations qui affectent l' pissage de l'ARN. Par exemple, les mutations qui provoquent l' pissage incorrect de l'ARNm de la -globine sont responsables de certains cas de -thalass mie, une maladie dans laquelle la production de la prot ine globine est d fectueuse (voir p. 38). Les mutations du site d' pissage peuvent entra ner le saut (retrait) d'exons ou la conservation d'introns. Ils peuvent galement activer des sites d' pissage cryptiques, qui sont des sites qui contiennent la s quence de consensus 5 ou 3 mais qui ne sont pas normalement utilis s. 4. pissage alternatif : Les mol cules de pr -ARNm de >90 % des g nes humains peuvent tre piss es de diff rentes mani res dans diff rents tissus. Parce que cela produit de multiples variations de l'ARNm et, par cons quent, de son produit prot ique (Fig. 31.19), il s'agit d'un m canisme permettant de produire un ensemble large et diversifi de prot ines partir d'un ensemble limit de g nes. Par exemple, l'ARNm de la tropomyosine (TM), une prot ine de liaison aux filaments d'actine du cytosquelette (et de l'appareil contractile dans les cellules musculaires), subit un pissage alternatif sp cifique aux tissus avec production de plusieurs isoformes de la prot ine TM. VI. R SUM DU CHAPITRE Trois principaux types d'ARN participent au processus de synth se des prot ines : l'ARN ribosomique (ARNr), l'ARN de transfert (ARNt) et l'ARN messager (ARNm), comme le montre la figure 31.20. Ce sont des polym res non ramifi s de nucl otides, mais ils diff rent de l'ADN en contenant du ribose au lieu du d soxyribose et de l'uracile au lieu de la thymine. L'ARNr est un composant des ribosomes. L'ARNt sert de mol cule adaptatrice qui transporte un acide amin sp cifique vers le site de synth se des prot ines. L'ARNm (ARN codant) transporte des informations g n tiques partir de l'ADN pour tre utilis dans la synth se des prot ines. Le processus de synth se de l'ARN s'appelle la transcription, et les substrats sont des ribonucl osides triphosphates. L'enzyme qui synth tise l'ARN est l'ARN polym rase (ARN pol). Dans les cellules procaryotes, l'enzyme centrale a cinq sous-unit s (2 , 1 , 1 et 1 ) et poss de 5 3 activit polym rase n cessaire la transcription. L'enzyme centrale a besoin d'une sous-unit suppl mentaire, le facteur sigma ( ), pour reconna tre la s quence nucl otidique (r gion promotrice) au d but de l'ADN transcrire. Cette r gion contient des s quences consensus qui sont hautement conserv es et comprennent la bo te de Pribnow -10 et la s quence -35. Une autre prot ine, rho ( ), est n cessaire la fin de la transcription de certains g nes. Il existe trois types distincts d'ARN pol dans le noyau des cellules eucaryotes. L'ARN pol I synth tise le pr curseur de l'ARNr dans le nucl ole. Dans le nucl oplasme, l'ARN pol II synth tise les pr curseurs de l'ARNm et de certains ARN non codants, et l'ARN pol III synth tise les pr curseurs de l'ARNt et de l'ARNr 5S. Chez les procaryotes et les eucaryotes, l'ARN pol ne n cessite pas d'amorce. La relecture implique que la polym rase revienne sur ses pas et clive le transcrit. Les promoteurs de base des g nes transcrits par l'ARN pol II contiennent des s quences consensus cis-agissantes, telles que la bo te TATA (Hogness), qui servent de sites de liaison pour la transaction des facteurs de transcription g n raux. En amont de ceux-ci se trouvent des l ments r gulateurs proximaux, tels que les cases CAAT et GC, et des l |
Biochimie_Lippincott | ments r gulateurs distaux, tels que les amplificateurs. Des facteurs de transcription sp cifiques (activateurs transcriptionnels) et un complexe m diateur lient ces l ments et r gulent la fr quence d'initiation de la transcription, la r ponse des signaux tels que les hormones et les g nes exprim s un moment donn . La transcription eucaryote n cessite que la chromatine soit d tendue (d condens e) dans un processus connu sous le nom de remodelage de la chromatine. Un transcrit primaire est une copie lin aire d'une unit de transcription, le segment d'ADN entre des s quences d'initiation et de terminaison sp cifiques. Les transcrits primaires de l'ARNt et de l'ARNr procaryotes et eucaryotes sont modifi s post-transcriptionnellement. Les ARNr sont synth tis s partir de longues mol cules pr curseurs appel es pr -ARNr. Ces pr curseurs sont cliv s et coup s par des ribonucl ases, produisant les trois plus grands ARNr, et les bases et les sucres sont modifi s. L'ARNr eucaryote 5S est synth tis par l'ARN pol III et est modifi s par ment. Les ARNt procaryotes et eucaryotes sont galement fabriqu s partir de mol cules pr curseurs plus longues (pr -ARNt). S'il est pr sent, un intron est limin par des nucl ases, et les deux extr mit s de la mol cule sont coup es par des ribonucl ases. Une s quence 3'-CCA est ajout e, et les bases des positions sp cifiques sont modifi . L'ARNm procaryote est g n ralement identique son transcrit primaire, tandis que le pr -ARNm eucaryote est largement modifi co-transcriptionnellement et post-transcriptionnellement. Par exemple, une coiffe 7-m thylguanosine est attach e l'extr mit 5 de l'ARNm par une liaison 5 5. Une longue queue poly-A, non transcrite partir de l'ADN, est attach e par la polyad nylate polym rase l'extr mit 3 de la plupart des ARNm. La plupart des ARNm eucaryotes contiennent galement des s quences interm diaires (introns) qui doivent tre limin es pour que l'ARNm soit fonctionnel. Leur limination, ainsi que l'assemblage de s quences exprim es (exons), n cessitent un splic osome compos de petites particules de ribonucl oprot ines nucl aires ( snurps ) qui interviennent dans le processus d' pissage. L'ARNm eucaryote est monocistronique, contenant des informations provenant d'un seul g ne, tandis que l'ARNm procaryote est polycistronique. Choisissez UNE meilleure r ponse. 1.1. Un gar on de 8 mois souffrant d'an mie s v re est atteint de -thalass mie. L'analyse g n tique montre que l'un de ses g nes de -globine pr sente une mutation qui cr e un nouveau site d' pissage-accepteur, 19 nucl otides en amont du site d' pissage-accepteur normal du premier intron. Lequel des nonc s suivants d crit le mieux la nouvelle mol cule d'ARN messager qui peut tre produite partir de ce g ne mutant ? R. L'exon 1 sera trop court. B. L'exon 1 sera trop long. C. L'exon 2 sera trop court. D. L'exon 2 sera trop long. E. L'exon 2 sera manquant. Bonne r ponse = D. Parce que la mutation cr e un site d' pissage accepteur suppl mentaire (l'extr mit 3) en amont du site d'accepteur normal de l'intron 1, les 19 nucl otides qui se trouvent g n ralement l'extr mit 3 du lariat de l'intron 1 excis peuvent rester en arri re dans le cadre de l'exon 2. La pr sence de ces nucl otides suppl mentaires dans la r gion codante de la mol cule d'ARN messager mutant (ARNm) emp chera le ribosome de traduire le message en une mol cule normale de prot ine de -globine. Les ARNm pour lesquels le site d' pissage normal est utilis pour liminer le premier intron seront normaux et leur traduction produira une prot ine -globine normale. 1.2. Un enfant de 4 ans, qui se fatigue facilement et a du mal marcher, est diagnostiqu avec la dystrophie musculaire de Duchenne, une maladie r cessive li e l'X. L'analyse g n tique montre que le g ne du patient pour la prot ine musculaire dystrophine contient une mutation dans sa r gion promotrice. Parmi les choix num r s, quel serait l'effet le plus probable de cette mutation ? A. L'initiation de la transcription de la dystrophine sera d fectueuse.B. L'arr t de la transcription de la dystrophine sera d fectueux. C. Le capuchon de l'ARN messager de la dystrophine sera d fectueux. D. L' pissage de l'ARN messager de la dystrophine sera d fectueux. E. La queue de l'ARN messager de la dystrophine sera d fectueuse. R ponse correcte = A. Les mutations dans le promoteur emp chent g n ralement la formation du complexe d'initiation de la transcription de l'ARN polym rase II, ce qui entra ne une diminution de l'initiation de la synth se de l'ARN messager (ARNm). Une carence en ARNm de la dystrophine entra nera une carence dans la production de la prot ine dystrophine. Les d fauts de coiffage, d' pissage et de r sidus ne sont pas une cons quence de mutations du promoteur. Ils peuvent, cependant, entra nent un ARNm avec une stabilit r duite (d fauts de coiffage et de queue) ou un ARNm dans lequel les exons ont t saut s (perdus) ou les introns cons |
Biochimie_Lippincott | erv s (d fauts d' pissage). 1.3. Une mutation de cette s quence dans l'ARN messager eucaryote (ARNm) affectera le processus par lequel la queue du polyad nylate 3 extr mit s (poly-A) est ajout e l'ARNm. A. AAUAAAB. Le CAATC. CCAD. GU... Un... AG E. TATAAA Bonne r ponse = A. Une endonucl ase clive l'ARNm juste en aval de ce signal de polyad nylation, cr ant une nouvelle extr mit 3 laquelle la polyad nylate polym rase ajoute la queue poly-A en utilisant l'ATP comme substrat dans un processus ind pendant de la matrice. CAAT et TATAAA sont des s quences pr sentes dans les promoteurs de l'ARN polym rase II. L'ACC est ajout l'extr mit 3 de l'ARN pr -transfert par la nucl otidyltransf rase. GU... Un... AG d signe un intron dans l'ARNm eucaryote. 1.4. Ce facteur prot ique identifie le promoteur des g nes codant pour les prot ines chez les eucaryotes. A. Encadr PribnowB. RhoC. Sigma D. TFIID E. U1 Bonne r ponse = D. Le facteur de transcription g n ral TFIID reconna t et se lie aux l ments promoteurs centraux tels que la bo te de type TATA dans les g nes codant pour des prot ines eucaryotes. Ces g nes sont transcrits par l'ARN polym rase II. Le La bo te de Pribnow est un l ment cis dans les promoteurs procaryotes. Rho est impliqu dans la terminaison de la transcription procaryote. Sigma est la sous-unit de l'ARN polym rase procaryote qui reconna t et se lie au promoteur procaryote. U1 est une ribonucl oprot ine impliqu e dans l' pissage de l'ARNm eucaryote. 1.5. Quelle est la s quence ( crite de mani re conventionnelle) du produit de l'ARN de la s quence matrice d'ADN, GATCTAC, galement crite de mani re conventionnelle ? Bonne r ponse = 5 -GUAGAUC-3 . Les s quences d'acides nucl iques sont conventionnellement crites de 5 3 . Le brin de gabarit (5'-GATCTAC-3') est utilis comme 3'CATCTAG-5'. Le produit de l'ARN est compl mentaire au brin matrice (et identique au brin codant), U rempla ant T. Pour obtenir d'autres documents auxiliaires li s ce chapitre, veuillez consulter le site Point.I. VUE D'ENSEMBLELes informations g n tiques, stock es dans les chromosomes et transmises aux cellules filles par l'ADN La r plication est exprim e par transcription en ARN et, dans le cas de l'ARN messager (ARNm), par traduction ult rieure en prot ines (polypeptides), comme le montre la figure 32.1. [Remarque : Le prot ome est l'ensemble complet des prot ines exprim es dans une cellule.] Le processus de synth se des prot ines est appel traduction parce que le langage de la s quence nucl otidique sur l'ARNm est traduit dans le langage d'une s quence d'acides amin s. La traduction n cessite un code g n tique, travers lequel l'information contenue dans la s quence nucl otidique est exprim e pour produire une s quence d'acides amin s sp cifique. Toute alt ration de la s quence nucl otidique peut entra ner l'insertion d'un acide amin incorrect dans la prot ine, ce qui peut provoquer une maladie ou m me la mort de l'organisme. Les prot ines immatures (naissantes) nouvellement fabriqu es subissent un certain nombre de processus pour atteindre leur forme fonctionnelle. Ils doivent se replier correctement, et un mauvais repliement peut entra ner l'agr gation ou la d gradation de la prot ine. De nombreuses prot ines sont modifi es de mani re covalente pour modifier leurs activit s. Enfin, les prot ines sont cibl es vers leurs destinations intra ou extracellulaires finales par des signaux pr sents dans les prot ines elles-m mes. II. LE CODE G N TIQUE Le code g n tique est un dictionnaire qui identifie la correspondance entre une s quence de bases nucl otidiques et une s quence d'acides amin s. Chaque mot individuel dans le code est compos de trois bases nucl otidiques. Ces mots g n tiques sont appel s codons. A. Codons Les codons sont pr sent s dans le langage de l'ARNm de l'ad nine (A), de la guanine (G), de la cytosine (C) et de l'uracile (U). Leurs s quences nucl otidiques sont toujours crites de l'extr mit 5 l'extr mit 3. Les quatre bases nucl otidiques sont utilis es pour produire les codons trois bases. Il existe donc 64 combinaisons diff rentes de bases, prises trois la fois (un code de triplet), comme le montre le tableau de la figure 32.2. De nombreux acides amin s courants sont pr sent s titre d'exemple. 1. Comment traduire un codon : Ce tableau peut tre utilis pour traduire n'importe quel codon et, ainsi, pour d terminer quels acides amin s sont cod s par une s quence d'ARNm. Par exemple, le codon AUG code pour la m thionine (voir Fig. 32.2). [Remarque : AUG est le codon d'initiation (d but) pour la traduction.] Soixante et un des 64 codons codent pour les 20 acides amin s standard (voir p. 1). 2. Codons de terminaison : Trois des codons, UAA, UAG et UGA, ne codent pas pour les acides amin s, mais sont plut t des codons de terminaison ( galement appel s stop, ou non-sens). Lorsque l'un de ces codons appara t dans une s quence d'ARNm, la synth se du polypeptide cod |
Biochimie_Lippincott | par cet ARNm s'arr te. B. Caract ristiques L'utilisation du code g n tique est remarquablement coh rente dans tous les organismes vivants. On suppose qu'une fois que le code g n tique standard a volu chez les organismes primitifs, toute mutation (un changement permanent dans la s quence d'ADN) qui aurait modifi sa signification aurait caus l'alt ration de la plupart, sinon de la totalit , des s quences de prot ines, entra nant une l talit . Les caract ristiques du code g n tique sont les suivantes. 1. Sp cificit : Le code g n tique est sp cifique (sans ambigu t ), car un codon particulier code toujours pour le m me acide amin . 2. Universalit : Le code g n tique est pratiquement universel dans la mesure o sa sp cificit a t conserv e d s les premiers stades de l' volution, avec seulement de l g res diff rences dans la mani re dont le code est traduit. [Remarque : Une exception se produit dans les mitochondries, dans lesquelles quelques codons ont des significations diff rentes de celles illustr es la figure 32.2. Par exemple, UGA code pour tryptophane (Trp).] 3. D g n rescence : Le code g n tique est d g n r (parfois appel redondant). Bien que chaque codon corresponde un seul acide amin , un acide amin donn peut avoir plus d'un triplet codant pour lui. Par exemple, l'arginine (Arg) est sp cifi e par six codons diff rents (voir Fig. 32.2). Seuls Met et Trp n'ont qu'un seul triplet de codage. 4. Non-chevauchement et commalesse : Le code g n tique est non chevauchant et commaless, ce qui signifie que le code est lu partir d'un point de d part fixe comme une s quence continue de bases, prise trois la fois sans aucune ponctuation entre les codons. Par exemple, AGCUGGAUACAU se lit comme AGC UGG AUA CAU. C. Cons quences de la modification de la s quence nucl otidique La modification d'une seule base nucl otidique (mutation ponctuelle) dans la r gion codante d'un ARNm peut conduire l'un des trois r sultats suivants (Fig. 32.3). 1. Mutation silencieuse : Le codon contenant la base modifi e peut coder pour le m me acide amin . Par exemple, si le codon s rine (Ser) UCA est modifi la troisi me base et devient UCU, il code toujours pour Ser. C'est ce qu'on appelle une mutation silencieuse. 2. Mutation faux-sens : Le codon contenant la base modifi e peut coder pour un acide amin diff rent. Par exemple, si le codon Ser UCA est modifi la premi re base et devient CCA, il codera pour un acide amin diff rent (dans ce cas, la proline [Pro]). C'est ce qu'on appelle une mutation faux-sens. 3. Mutation non-sens : Le codon contenant la base modifi e peut devenir un codon de terminaison. Par exemple, si le codon Ser UCA est modifi la deuxi me base et devient UAA, le nouveau codon provoque l'arr t pr matur de la traduction ce point et la production d'une prot ine raccourcie (tronqu e). C'est ce qu'on appelle une mutation absurde. [Remarque : La voie de d gradation m di e par le non-sens peut d grader l'ARNm contenant des arr ts pr matur s.] 4. Autres mutations : Celles-ci peuvent modifier la quantit ou la structure de la prot ine produite par traduction. un. Expansion de la r p tition des trinucl otides : Parfois, une s quence de trois bases r p t e en tandem s'amplifie en nombre, de sorte qu'il y a trop de copies du triplet. Si cela se produit dans la r gion codante d'un g ne, la prot ine contiendra de nombreuses copies suppl mentaires d'un acide amin . Par exemple, l'expansion du codon CAG dans l'exon 1 du g ne de la prot ine huntingtine conduit l'insertion de nombreux r sidus de glutamine suppl mentaires dans la prot ine, provoquant la maladie neurod g n rative de Huntington (Fig. 32.4). Les glutamines suppl mentaires entra nent une prot ine anormalement longue qui est cliv e, produisant des fragments toxiques qui s'agr gent dans les neurones. Si l'expansion de la r p tition trinucl otidique se produit dans une r gion non traduite (UTR) d'un , le r sultat peut tre une diminution de la quantit de prot ines produites, comme on le voit dans le syndrome de l'X fragile et la dystrophie myotonique. Plus de 20 maladies d'expansion des triplets sont connues. [Remarque : Dans le syndrome de l'X fragile, la cause la plus fr quente de d ficience intellectuelle chez les hommes, l'expansion entra ne le silen age g nique par hyperm thylation de l'ADN (voir p. 476).] b. Mutations du site d' pissage : Les mutations au niveau des sites d' pissage (voir p. 443) peuvent modifier la fa on dont les introns sont limin s des mol cules de pr -ARNm, produisant des prot ines aberrantes. [Remarque : Dans la dystrophie myotonique, une maladie musculaire, le silen age g nique est le r sultat d'alt rations de l' pissage dues l'expansion des triplets.] c. Mutations par d calage de cadre : Si un ou deux nucl otides sont supprim s ou ajout s la r gion codante d'un ARNm, une mutation par d calage de cadre se produit, modifiant le cadre de lecture. Cela peut aboutir un produit avec une s quen |
Biochimie_Lippincott | ce d'acides amin s radicalement diff rente ou un produit tronqu en raison de la cr ation ventuelle d'un codon de terminaison (Fig. 32.5). Si trois nucl otides sont ajout s, un nouvel acide amin est ajout au peptide. Si trois sont supprim s, un acide amin est perdu. La perte de trois nucl otides maintient le cadre de lecture mais peut entra ner une pathologie grave. Par exemple, la mucoviscidose (FK), une maladie chronique, progressive et h r ditaire qui affecte principalement les syst mes pulmonaire et digestif, est le plus souvent caus e par la d l tion de trois nucl otides de la r gion codante d'un g ne, entra nant la perte de ph nylalanine (Phe, ou F ; voir p. 5) la 508e position ( F508) dans la prot ine CF transmembrane conductance regulator (CFTR) cod e par ce g ne. Cette mutation F508 emp che le repliement normal de CFTR, conduisant sa destruction par le prot asome (voir p. 247). CFTR fonctionne normalement comme un canal chlorure dans les cellules pith liales, et sa perte entra ne la production de s cr tions paisses et collantes dans les poumons et le pancr as, entra nant des l sions pulmonaires et des d ficiences digestives (voir p. 174). L'incidence de la mucoviscidose est la plus lev e (1 sur 3 300) chez les personnes d'origine nord-europ enne. Chez >70 % des personnes atteintes de mucoviscidose, la mutation F508 est l'origine de la maladie. = guanine ; U = uracile. III. COMPOSANTS N CESSAIRES LA TRADUCTION Un grand nombre de composants sont n cessaires la synth se d'une prot ine. Il s'agit notamment de tous les acides amin s que l'on trouve dans le produit fini, de l'ARNm traduire, de l'ARN de transfert (ARNt) pour chacun des acides amin s, des ribosomes fonctionnels, des sources d' nergie et des enzymes, ainsi que des facteurs prot iques non catalytiques n cessaires aux tapes d'initiation, d' longation et de terminaison de la synth se de la cha ne polypeptidique. A. Acides amin s Tous les acides amin s qui finissent par appara tre dans la prot ine finie doivent tre pr sents au moment de la synth se des prot ines. S'il manque un acide amin , la traduction s'arr te au codon sp cifiant cet acide amin . [Note : Cela d montre l'importance d'avoir tous les acides amin s essentiels (voir p. 10). 262) en quantit suffisante dans l'alimentation pour assurer la synth se continue des prot ines.] B. Transfert d'ARN Au moins un type sp cifique d'ARNt est n cessaire pour chaque acide amin . Chez l'homme, il existe au moins 50 esp ces d'ARNt, tandis que les bact ries en contiennent au moins 30 esp ces. Parce qu'il n'y a que 20 acides amin s diff rents couramment port s par l'ARNt, certains acides amin s ont plus d'une mol cule d'ARNt sp cifique. C'est particuli rement vrai pour les acides amin s qui sont cod s par plusieurs codons. 1. Site de fixation des acides amin s : Chaque mol cule d'ARNt poss de un site de fixation pour un acide amin sp cifique (apparent ) son extr mit 3 (Fig. 32.6). Le groupe carboxyle de l'acide amin est en liaison ester avec le 3'-hydroxyle de la partie ribose du nucl otide A dans la s quence CCA l'extr mit 3 de l'ARNt. [Remarque : Un ARNt avec un acide amin attach de mani re covalente (activ ) est charg . Sans acide amin attach , il est non inculp .] 2. Anticodon : Chaque mol cule d'ARNt contient galement une s quence nucl otidique trois bases, l'anticodon, qui s'apparie un codon sp cifique sur l'ARNm (voir Fig. 32.6). Ce codon sp cifie l'insertion dans la cha ne polypeptidique en croissance de l'acide amin port par cet ARNt. C. Aminoacyl-ARNt synth tases Cette famille de 20 enzymes diff rentes est n cessaire la fixation des acides amin s leur ARNt correspondant. Chaque membre de cette famille reconna t un acide amin sp cifique et tous les ARNt qui correspondent cet acide amin (ARNt isoacceptant, jusqu' cinq par acide amin ). Les aminoacyl-ARNt synth tases catalysent une r action en deux tapes qui aboutit la fixation covalente du groupe -carboxyle d'un acide amin au A de la s quence CCA l'extr mit 3 de son ARNt correspondant. La r action globale n cessite de l'ATP, qui est cliv en ad nosine monophosphate et en pyrophosphate inorganique (PPi), comme le montre la figure 32.7. L'extr me sp cificit des synth tases dans la reconnaissance la fois de l'acide amin et de son ARNt apparent contribue la haute fid lit de la traduction du message g n tique. En plus de leur activit synth tique, les aminoacyl-ARNt synth tases ont une activit de relecture, ou d' dition qui peut liminer un acide amin incorrect de l'enzyme ou de la mol cule d'ARNt. ARN (ARNt) par une aminoacyl-ARNt synth tase. PPi = pyrophosphate ; Pi = monophosphate ; ~ = Liaison haute nergie. D. ARN messager L'ARNm sp cifique requis comme matrice pour la synth se du polypeptide souhait doit tre pr sent. [Remarque : Chez les eucaryotes, l'ARNm est circularis pour tre utilis dans la traduction.] E. Ribosomes fonctionnellement comp tents |
Biochimie_Lippincott | Comme le montre la figure 32.8, les ribosomes sont de grands complexes de prot ines et d'ARN ribosomique (ARNr), dans lesquels l'ARNr pr domine. Ils sont constitu s de deux sous-unit s (l'une grande et l'autre petite) dont les tailles relatives sont donn es en termes de coefficients de s dimentation, ou valeurs S (Svedberg). [Remarque : tant donn que les valeurs S sont d termin es la fois par la forme et la taille, leurs valeurs num riques ne sont pas strictement additives. Par exemple, les sous-unit s ribosomiques procaryotes 50S et 30S forment ensemble un ribosome 70S. Les sous-unit s eucaryotes 60S et 40S forment un ribosome 80S.] Les ribosomes procaryotes et eucaryotes ont une structure similaire et remplissent la m me fonction, savoir en tant que complexes macromol culaires dans lesquels se produit la synth se des prot ines. La petite sous-unit ribosomique se lie l'ARNm et d termine la pr cision de la traduction en assurant un appariement correct des bases entre le codon de l'ARNm et l'anticodon de l'ARNt. La grande sous-unit ribosomique catalyse la formation des liaisons peptidiques qui lient les r sidus d'acides amin s dans une prot ine. 1. ARN ribosomique : Comme nous l'avons vu la p. 434, les ribosomes procaryotes contiennent trois esp ces d'ARNr, tandis que les ribosomes eucaryotes en contiennent quatre (voir Fig. 32.8). Les ARNr sont g n r s partir d'un seul pr -ARNr par l'action des ribonucl ases, et certaines bases et riboses sont modifi es. 2. Prot ines ribosomales : Les prot ines ribosomiques sont pr sentes en plus grand nombre dans les ribosomes eucaryotes que dans les ribosomes procaryotes. Ces prot ines jouent divers r les dans la structure et la fonction du ribosome et dans ses interactions avec d'autres composants du syst me de traduction. 3. Sites A, P et E : Le ribosome a trois sites de liaison pour les mol cules d'ARNt : les sites A, P et E, chacun s' tendant sur les deux sous-unit s. Ensemble, ils couvrent trois codons voisins. Au cours de la traduction, le site A se lie un aminoacyl-ARNt entrant selon les instructions du codon qui occupe actuellement ce site. Ce codon sp cifie le prochain acide amin ajouter la cha ne peptidique en croissance. Le site P est occup par l'ARNt peptidylique. Cet ARNt porte la cha ne d'acides amin s qui a d j t synth tis e. Le site E est occup par l'ARNt vide alors qu'il est sur le point de sortir du ribosome. (Voir la Fig. 32.13 pour une illustration du r le des sites A, P et E dans la traduction.) 4. Localisation cellulaire : Dans les cellules eucaryotes, les ribosomes sont soit libres dans le cytosol, soit en troite association avec le r ticulum endoplasmique (alors connu sous le nom de r ticulum endoplasmique rugueux, ou RER). Les ribosomes associ s au RER sont responsables de la synth se des prot ines (y compris les glycoprot ines ; voir p. 166) qui doivent tre export es de la cellule, incorpor es dans les membranes ou import es dans les lysosomes (voir p. 169 pour un aper u de ce dernier processus). Les ribosomes cytosoliques synth tisent des prot ines n cessaires dans le cytosol lui-m me ou destin es au noyau, aux mitochondries ou aux peroxysomes. [Remarque : Les mitochondries contiennent leurs propres ribosomes (55S) et leur propre ADN circulaire unique. La plupart des prot ines mitochondriales, cependant, sont cod es par l'ADN nucl aire, synth tis compl tement dans le cytosol, puis cibl sur les mitochondries.] F. Facteurs prot iques Des facteurs d'initiation, d'allongement et de terminaison (ou de rel chement) sont n cessaires la synth se des polypeptides. Certains de ces facteurs prot iques remplissent une fonction catalytique, tandis que d'autres semblent stabiliser la machinerie synth tique. [Remarque : Un certain nombre de facteurs sont de petites prot ines G cytosoliques et sont donc actives lorsqu'elles sont li es la guanosine triphosphate (GTP) et inactives lorsqu'elles sont li es la guanosine diphosphate (GDP). Voir p. 95 pour une discussion sur les prot ines G associ es la membrane.] G. Sources d' nergie Le clivage de quatre liaisons haute nergie (voir p. 73) est n cessaire pour l'ajout d'un acide amin la cha ne polypeptidique en croissance : deux de l'ATP dans la r action de l'aminoacyl-ARNt synth tase, une dans l' limination des PPi et une dans l'hydrolyse ult rieure des PPi, deux Pi par la pyrophosphatase, et deux partir de la GTP, une pour la liaison de l'aminoacyl-ARNt au site A et une pour l' tape de translocation (voir Fig. 32.13, p. 457). [Remarque : Des mol cules ATP et GTP suppl mentaires sont n cessaires pour l'initiation chez les eucaryotes, tandis qu'une mol cule GTP suppl mentaire est n cessaire pour la terminaison chez les eucaryotes et les procaryotes.] La traduction est donc une grande consommatrice d' nergie. IV. RECONNAISSANCE DES CODONS PAR TRANSFERT D'ARN L'appariement correct du codon de l'ARNm avec l'anticodon de l'ARNt est essentiel pour une traduction |
Biochimie_Lippincott | pr cise (voir Fig. 32.6). La plupart des ARNt (ARNt isoacceptants) reconnaissent plus d'un codon pour un acide amin donn . A. Liaison antiparaparall le entre le codon et l'anticodon La liaison de l'anticodon de l'ARNt au codon de l'ARNm suit les r gles de la liaison compl mentaire et antiparall le, c'est- -dire que le codon de l'ARNm est lu 5' 3' par un appariement d'anticodons dans l'orientation oppos e (3' 5') (Fig. 32.9). [Remarque : les s quences nucl otidiques sont toujours crites dans la direction 5' 3', sauf indication contraire. Deux s quences nucl otidiques s'orientent de mani re antiparall le.] B. Hypoth se de l'oscillationLe m canisme par lequel un ARNt peut reconna tre plus d'un codon pour un acide amin sp cifique est d crit par l'hypoth se de l'oscillation, qui stipule que l'appariement codon-anticodon suit les r gles traditionnelles de Watson-Crick (G s'apparie avec C et A s'apparie avec U) pour les deux premi res bases du codon, mais peut tre moins stricte pour la derni re base. La base l'extr mit 5 de l'anticodon (la premi re base de l'anticodon) n'est pas aussi d finie spatialement que les deux autres bases. Le mouvement de cette premi re base permet un appariement non traditionnel des bases avec la 3e base du codon (la derni re base du codon). Ce mouvement est appel oscillation et permet un seul ARNt de reconna tre plus d'un codon. Des exemples de ces appariements flexibles sont illustr s la figure 32.9. Le r sultat de l'oscillation est que 61 esp ces d'ARNt ne sont pas n cessaires pour lire les 61 codons qui codent pour les acides amin s. V. TAPES DE LA TRADUCTION Le processus de synth se des prot ines traduit l'alphabet de 3 lettres des s quences nucl otidiques de l'ARNm en l'alphabet de 20 lettres des acides amin s qui constituent les prot ines. L'ARNm est traduit de son extr mit 5 son extr mit 3, produisant une prot ine synth tis e de son extr mit amino-terminale (N) son extr mit carboxyle (C)-terminale. Les ARNm procaryotes ont souvent plusieurs r gions codantes (c'est- -dire qu'ils sont polycistroniques ; voir p. 434). Chaque r gion codante a son propre codon d'initiation et de terminaison et produit une esp ce distincte de polypeptide. En revanche, chaque ARNm eucaryote n'a qu'une seule r gion codante (c'est- -dire qu'il est monocistronique). Le processus de traduction est divis en trois tapes distinctes : l'initiation, l'allongement et la fin. La traduction eucaryote ressemble celle des procaryotes bien des gards. Les diff rences individuelles sont not es dans le texte. Une diff rence importante est que la traduction et la transcription sont temporellement li es chez les procaryotes, la traduction commen ant avant la fin de la transcription en raison de l'absence de membrane nucl aire chez les procaryotes. A. Ouverture de l'enqu te L'initiation de la synth se des prot ines implique l'assemblage des composants du syst me de traduction avant la formation de liaisons peptidiques. Ces composants comprennent les deux sous-unit s ribosomiques, l'ARNm traduire, l'aminoacyl-ARNt sp cifi par le premier codon du message, le GTP, et les facteurs d'initiation qui facilitent l'assemblage de ce complexe d'initiation (voir Fig. 32.13). [Remarque : Chez les procaryotes, trois facteurs d'initiation sont connus (IF-1, IF-2 et IF-3), alors que chez les eucaryotes, il y en a beaucoup (d sign s eIF pour indiquer l'origine eucaryote). Les eucaryotes ont galement besoin d'ATP pour l'initiation.] Voici deux m canismes par lesquels le ribosome reconna t la s quence nucl otidique (AUG) qui initie la traduction. 1. S quence Shine-Dalgarno : Chez Escherichia coli (E. coli), une s quence riche en purine de bases nucl otidiques, connue sous le nom de s quence Shine-Dalgarno (SD), est situ e six dix bases en amont du codon AUG initiateur sur la mol cule d'ARNm (c'est- -dire pr s de son extr mit 5). Le composant de l'ARNr 16S de la petite sous-unit ribosomique (30S) a une s quence nucl otidique pr s de son extr mit 3' qui est compl mentaire tout ou partie de la s quence SD. Par cons quent, l'extr mit 5 de l'ARNm et l'extr mit 3 de l'ARNr 16S peuvent former des paires de bases compl mentaires, facilitant le positionnement de la sous-unit 30S sur l'ARNm proximit imm diate du codon AUG initiateur (Fig. 32.10). 2. 5 -Cap : Les ARNm eucaryotes n'ont pas de s quences SD. Chez les eucaryotes, la petite sous-unit ribosomique (40S) (aid e par les membres de la famille des prot ines eIF-4) se lie pr s de la structure de la coiffe l'extr mit 5 de l'ARNm et se d place 5 3 le long de l'ARNm jusqu' ce qu'elle rencontre l'initiateur AUG. Ce processus d'analyse n cessite ATP. L'initiation ind pendante de la coiffe peut se produire si la sous-unit 40S se lie un site d'entr e interne du ribosome pr s du codon de d part. [Remarque : Les interactions entre les prot ines eIF-4 de liaison la coiffe et les prot ines de liaison la queue poly-A sur l'ARNm eucaryote m |
Biochimie_Lippincott | dient la circularisation de l'ARNm et emp chent probablement l'utilisation d'ARNm incompl tement trait dans la traduction.] 3. Codon d'initiation : L'AUG initiateur est reconnu par un ARNt initiateur sp cial (ARNt). La reconnaissance est facilit e par IF-2-GTP chez les procaryotes et eIF-2-GTP (plus eIF) chez les eucaryotes. L'ARNt charg est le seul ARNt reconnu par (e)IF-2 et le seul ARNt aller directement au site P sur la petite sous-unit . [Remarque : Les modifications de base distinguent l'ARNt i de l'ARNt utilis pour les codons internes de l'AUG.] Chez les bact ries et les mitochondries, l'ARNt est porteur d'une m thionine N-formyl e (fMet), comme le montre la Figure 32.11. Une fois que Met est attach l'ARNt, le groupe formyle est ajout par l'enzyme transformylase, qui utilise le N10-formyl t trahydrofolate (voir p. 267) comme donneur de carbone. Chez les eucaryotes, l'ARNt est porteur d'un Met qui n'est pas formyl . Dans les cellules procaryotes et eucaryotes, ce Met N-terminal est g n ralement limin avant la fin de la traduction. La grande sous-unit ribosomique rejoint ensuite le complexe, et un ribosome fonctionnel est form avec l'ARNt charg dans le site P. Le site A est vide. [Remarque : Des FI sp cifiques fonctionnent comme des facteurs anti-association et emp chent l'ajout pr matur de la grande sous-unit .] Le GTP sur (e)IF-2 est hydrolys au PIB. Chez les eucaryotes, le facteur d' change nucl otidique de guanine eIF-2B facilite la r activation de eIF-2-GDP en rempla ant le GDP par GTP. B. Allongement L'allongement du polypeptide implique l'ajout d'acides amin s l'extr mit carboxyle de la cha ne de croissance. L'administration de l'aminoacyl-ARNt, dont le codon appara t ensuite sur la matrice de l'ARNm dans le site ribosomique A (un processus connu sous le nom de d codage) est facilit e chez E. coli par les facteurs d' longation EF-Tu-GTP et EF-Ts et n cessite l'hydrolyse du GTP. [Remarque : Chez les eucaryotes, les facteurs d' longation comparables sont EF-1 -GTP et EF-1 . EF-T et EF-1 fonctionnent tous deux dans l' change de nucl otides de guanine.] La formation de liaisons peptides entre le groupe -carboxyle de l'acide amin du site P et le groupe amino de l'acide amin du site A est catalys e par la peptidyltransf rase, une activit intrins que un ARNr de la grande sous-unit (Fig. 32.12). [Note : Parce que cet ARNr catalyse la r action, il s'agit d'un ribozyme (voir p. 54).] Une fois la liaison peptidique form e, le peptide sur l'ARNt au site P est transf r l'acide amin sur l'ARNt au site A, un processus connu sous le nom de transpeptidation. Le ribosome avance ensuite de trois nucl otides vers l'extr mit 3 de l'ARNm. Ce processus est connu sous le nom de translocation et, chez les procaryotes, n cessite la participation de EF-G-GTP (les eucaryotes utilisent EF-2-GTP) et l'hydrolyse de GTP. La translocation provoque le d placement de l'ARNt non charg du site P au site E pour la lib ration et le d placement de l'ARNt peptidyle du site A au site P. Le processus est r p t jusqu' ce qu'un codon de terminaison soit rencontr . [Remarque : En raison de la longueur de la plupart des ARNm, plus d'un ribosome la fois peut traduire un message. Un tel complexe d'un ARNm et d'un certain nombre de ribosomes est appel un polysome, ou polyribosome.] C. R siliation La terminaison se produit lorsque l'un des trois codons de terminaison se d place dans le site A. Ces codons sont reconnus chez E. coli par des facteurs de lib ration : RF-1, qui reconna t l'UAA et l'UAG, et RF-2, qui reconna t l'UGA et l'UAA. La liaison de ces facteurs de lib ration entra ne l'hydrolyse de la liaison reliant le peptide l'ARNt au site P, provoquant la lib ration de la prot ine naissante du ribosome. Un troisi me facteur de lib ration, RF-3-GTP, provoque ensuite la lib ration de RF-1 ou de RF-2 lorsque le GTP est hydrolys (voir Fig. 32.13). [Remarque : Les eucaryotes ont un seul facteur de lib ration, eRF, qui reconna t les trois codons de terminaison. Un deuxi me facteur, eRF-3, fonctionne comme le RF-3 procaryote. Voir la figure 32.14 pour un r sum des facteurs utilis s dans la traduction.] Les tapes de la synth se des prot ines procaryotes, ainsi que certains inhibiteurs antibiotiques du processus, sont r sum s dans la figure 32.13. Le polypeptide nouvellement synth tis peut subir d'autres modifications comme d crit ci-dessous, et les sous-unit s ribosomiques, l'ARNm, l'ARNt et les facteurs prot iques peuvent tre recycl s et utilis s pour synth tiser un autre polypeptide. [Remarque : Chez les procaryotes, les facteurs de recyclage des ribosomes m dient la s paration des sous-unit s. Chez les eucaryotes, l'hydrolyse eRF et ATP est n cessaire.] D. R glement sur la traduction L'expression des g nes est le plus souvent r gul e au niveau transcriptionnel, mais la traduction peut galement tre r gul e. Un m canisme important par lequel cela est r alis chez les eucaryotes est la modifi |
Biochimie_Lippincott | cation covalente de eIF-2 : L'eIF-2 phosphoryl est inactif (voir p. 476). Chez les eucaryotes et les procaryotes, la r gulation peut galement tre obtenue par des prot ines qui se lient l'ARNm et inhibent son utilisation en bloquant la traduction. E. Repliement des prot ines Les prot ines doivent se replier pour assumer leur tat natif fonctionnel. Le repliement peut tre spontan (en raison de la structure primaire) ou facilit par des prot ines appel es chaperons (voir p. 20). F. Ciblage des prot ines Bien que la plupart des synth ses prot iques chez les eucaryotes soient initi es dans le cytoplasme, de nombreuses prot ines remplissent leurs fonctions au sein des organites subcellulaires ou l'ext rieur de la cellule. Ces prot ines contiennent normalement des s quences d'acides amin s qui dirigent les prot ines vers leurs emplacements finaux. Par exemple, les prot ines s cr t es sont cibl es lors de la synth se (ciblage cotraductionnel) vers le RER par la pr sence d'une s quence de signal hydrophobe N-terminale. La s quence est reconnue par la particule de reconnaissance du signal (SRP), une ribonucl oprot ine qui se lie au ribosome, arr te l' longation et d livre le complexe ribosome-peptide un canal membranaire RER (le translocon) via l'interaction avec le r cepteur SRP. La traduction reprend, la prot ine p n tre dans la lumi re du RER et sa s quence de signal est cliv e (Fig. 32.15). La prot ine se d place travers le RER et le Golgi, est trait e, emball e dans des v sicules et s cr t e. Les prot ines cibl es apr s la synth se (post-traductionnelle) comprennent les prot ines nucl aires qui contiennent un signal de localisation nucl aire interne, court et basique ; prot ines de la matrice mitochondriale qui contiennent une s quence d'entr e mitochondriale N-terminale, amphipathique -h lico dale ; et des prot ines peroxysomales qui contiennent un signal tripeptide C-terminal. VI. MODIFICATIONS CO-TRADUCTIONNELLES ET POST-TRADUCTIONNELLES De nombreux polypeptides sont modifi s de mani re covalente, soit alors qu'ils sont encore attach s au ribosome (cotraductionnel), soit apr s la fin de leur synth se (post-traductionnalit ). Ces modifications peuvent inclure l' limination d'une partie de la s quence traduite ou l'ajout covalent d'un ou de plusieurs groupes chimiques n cessaires l'activit prot ique. A. Rognage De nombreuses prot ines destin es la s cr tion sont initialement constitu es de grosses mol cules pr curseurs qui ne sont pas fonctionnellement actives. Des parties de la prot ine doivent tre limin es par des endoprot ases sp cialis es, ce qui entra ne la lib ration d'une mol cule active. Le site cellulaire de la r action de clivage d pend de la prot ine modifier. Certaines prot ines pr curseurs sont cliv es dans le RER ou le Golgi ; d'autres sont cliv s lors du d veloppement de v sicules s cr toires (par exemple, l'insuline ; voir Fig. 23.4, p. 309) ; et d'autres encore, comme le collag ne (voir p. 47), sont cliv s apr s la s cr tion. B. Attaches covalentes La fonction prot ique peut tre affect e par la fixation covalente de divers groupes chimiques (Fig. 32.16). En voici quelques exemples. 1. Phosphorylation : La phosphorylation se produit sur les groupes hydroxyles de la s rine, de la thr onine ou, moins fr quemment, des r sidus de tyrosine dans une prot ine. Elle est catalys e par l'une des familles de prot ines kinases et peut tre invers e par l'action des prot ines phosphatases. La phosphorylation peut augmenter ou diminuer l'activit fonctionnelle de la prot ine. Plusieurs exemples de r actions de phosphorylation ont d j t discut s (par exemple, voir le chapitre 11, p. 132, pour la r gulation de la synth se et de la d gradation du glycog ne). 2. Glycosylation : De nombreuses prot ines destin es faire partie d'une membrane ou tre s cr t es par une cellule ont des cha nes glucidiques ajout es en bloc l'azote amide d'une asparagine (li es l'N) ou construites s quentiellement sur les groupes hydroxyles d'une s rine, d'une thr onine ou d'une hydroxylysine (li e l'O). La N-glycosylation se produit dans le RER et l'Oglycosylation dans le Golgi. (Le processus de production de ces glycoprot ines a t discut la p. 165.) Les hydrolases d'acide N-glycosyl sont cibl es sur la matrice des lysosomes par la phosphorylation des r sidus de mannose au carbone 6 (voir p. 169). 3. Hydroxylation : Les r sidus de proline et de lysine des cha nes du collag ne sont largement hydroxyl s par les hydroxylases d pendantes de la vitamine C dans le RER (voir p. 47). 4. Autres modifications covalentes : Celles-ci peuvent tre n cessaires l'activit fonctionnelle d'une prot ine. Par exemple, des groupes carboxyles suppl mentaires peuvent tre ajout s aux r sidus de glutamate par carboxylation d pendante de la vitamine K (voir p. 393). Les r sidus de -carboxyglutamate (Gla) qui en r sultent sont essentiels l'activit de plusieurs prot ines de coagulation sanguin |
Biochimie_Lippincott | e. (Voir en ligne le chapitre 35.) La biotine est li e de mani re covalente aux groupes -amin s des r sidus de lysine des enzymes d pendantes de la biotine qui catalysent les r actions de carboxylation telles que la pyruvate carboxylase (voir Fig. 10.3 la p. 119). La fixation de lipides, tels que les groupes farn syles, peut aider ancrer les prot ines aux membranes (voir p. 221). De nombreuses prot ines eucaryotes sont ac tyl es de mani re cotranslationnelle l'extr mit N. [Remarque : L'ac tylation r versible des prot ines d'histones influence l'expression des g nes (voir p. 476).] C. D gradation des prot ines Les prot ines d fectueuses (par exemple, mal repli es) ou destin es un renouvellement rapide sont souvent marqu es pour tre d truites par l'ubiquitination, la fixation covalente des cha nes d'une petite prot ine hautement conserv e appel e ubiquitine (voir Fig. 19.3 la p. 247). Les prot ines ainsi marqu es sont rapidement d grad es par le prot asome, qui est un syst me prot olytique macromol culaire, d pendant de l'ATP, situ dans le cytosol. Par exemple, un mauvais repliement de la prot ine CFTR (voir p. 450) entra ne sa d gradation prot asomale. [Remarque : Si le repliement est entrav , les prot ines d pli es s'accumulent dans le RER, provoquant un stress qui d clenche la r ponse prot ique d pli e, dans laquelle l'expression des chaperons est augment e ; la traduction globale est diminu e par la phosphorylation d'eIF-2 ; et les prot ines d pli es sont envoy es au cytosol, ubiquitin es et d grad es dans le prot asome par un processus appel d gradation associ e au RE. VII. R SUM DU CHAPITRE Les codons sont compos s de trois bases nucl otidiques pr sent es dans le langage de l'ARN messager (ARNm) de l'ad nine (A), de la guanine (G), de la cytosine (C) et de l'uracile (U). Ils sont toujours crits 5' 3'. Sur les 64 combinaisons possibles de trois bases, 61 codent pour les 20 acides amin s standard et 3 signalent la terminaison de la synth se des prot ines (traduction). La modification de la s quence nucl otidique d'un codon peut provoquer des mutations silencieuses (le codon alt r code pour l'acide amin d'origine), des mutations faux-sens (le codon alt r code pour un acide amin diff rent) ou des mutations non-sens (le codon alt r est un codon de terminaison). Les caract ristiques du code g n tique comprennent la sp cificit , l'universalit et la d g n rescence, et il ne se chevauche pas et est sans virgule (Fig. 32.17). Les exigences pour la synth se des prot ines comprennent tous les acides amin s qui finissent par appara tre dans la prot ine finie ; au moins un type sp cifique d'ARN de transfert (ARNt) pour chaque acide amin ; une aminoacyl-ARNt synth tase pour chaque acide amin ; l'ARNm codant pour la prot ine synth tiser ; ribosomes pleinement comp tents (70S chez les procaryotes, 80S chez les eucaryotes) ; facteurs prot iques n cessaires l'initiation, l' longation et la fin de la synth se des prot ines ; et l'ATP et la guanosine triphosphate (GTP) comme sources d' nergie. L'ARNt a un site d'attache pour un acide amin sp cifique son extr mit 3 et une r gion anticodon qui peut reconna tre le codon sp cifiant l'acide amin que l'ARNt porte. Les ribosomes sont de grands complexes de prot ines et d'ARN ribosomique (ARNr). Ils sont constitu s de deux sous-unit s, 30S et 50S chez les procaryotes et 40S et 60S chez les eucaryotes. Chaque ribosome a trois sites de liaison pour les mol cules d'ARNt : les sites A, P et E qui recouvrent trois codons voisins. Le site A se lie un aminoacyl-ARNt entrant, le site P est occup par l'ARNt peptidyl-t et le site E est occup par l'ARNt vide alors qu'il est sur le point de sortir du ribosome. La reconnaissance d'un codon d'ARNm est accomplie par l'anticodon d'ARNt, qui se lie au codon selon les r gles de compl mentarit et de liaison antiparall le. L'hypoth se de l'oscillation stipule que la premi re (5 ) base de l'anticodon n'est pas aussi d finie spatialement que les deux autres bases. Le mouvement de cette premi re base permet un appariement non traditionnel des bases avec la derni re (3 ) base du codon, permettant ainsi un seul ARNt de reconna tre plus d'un codon pour un acide amin sp cifique. Pour l'initiation de la synth se des prot ines, les composants du syst me de traduction sont assembl s et l'ARNm s'associe la petite sous-unit ribosomique. Le processus n cessite des facteurs d'initiation (FI). Chez les procaryotes, une r gion riche en purine de l'ARNm (la s quence de Shine-Dalgarno) s'apparie une s quence compl mentaire sur l'ARNr 16S, ce qui permet de positionner la petite sous-unit sur l'ARNm afin que la traduction puisse commencer. La 5' (li e par des prot ines de la famille eIF-4) sur l'ARNm eucaryote est utilis e pour positionner la petite sous-unit sur l'ARNm. Le codon d'initiation est AUG, et la N-formylm thionine est l'acide amin initiateur chez les procaryotes, tandis que la m thionine est utilis e |
Biochimie_Lippincott | chez les eucaryotes. L'ARNt initiateur charg (ARNtI) est amen au site P par (e)IF-2. Lors de l' longation, la cha ne polypeptidique est allong e par l'ajout d'acides amin s l'extr mit carboxyle de sa cha ne de croissance. Le processus n cessite des facteurs d' longation qui facilitent la liaison de l'aminoacyl-ARNt au site A ainsi que le mouvement du ribosome le long de l'ARNm. La formation de la liaison peptidique est catalys e par la peptidyltransf rase, qui est une activit intrins que l'ARNr de la grande sous-unit et, par cons quent, est un ribozyme. Apr s la formation de la liaison peptide, le ribosome avance le long de l'ARNm dans la direction 5 3 jusqu'au codon suivant (translocation). En raison de la longueur de la plupart des ARNm, plus d'un ribosome la fois peut traduire un message, formant un polysome. La terminaison commence lorsque l'un des trois codons de terminaison se d place dans le site A. Ces codons sont reconnus par des facteurs de lib ration. La prot ine nouvellement synth tis e est lib r e du complexe ribosomique et le ribosome est dissoci de l'ARNm. L'initiation, l'allongement et la terminaison sont entra n s par l'hydrolyse du GTP. L'initiation chez les eucaryotes n cessite galement de l'ATP pour le balayage. De nombreux antibiotiques interf rent avec le processus de synth se des prot ines. De nombreuses cha nes polypeptidiques sont modifi es de mani re covalente pendant ou apr s la traduction. Ces modifications comprennent l' limination des acides amin s ; la phosphorylation, qui peut activer ou inactiver la prot ine ; la glycosylation, qui joue un r le dans le ciblage des prot ines ; et l'hydroxylation comme celle observ e dans le collag ne. Le ciblage des prot ines peut tre soit cotraductionnel (comme avec les prot ines s cr t es), soit post-traductionnel (comme avec les prot ines de la matrice mitochondriale). Les prot ines doivent se replier pour atteindre leur forme fonctionnelle. Le pliage peut tre spontan ou facilit par des chaperons. Les prot ines d fectueuses (par exemple, mal repli es) ou destin es un renouvellement rapide sont marqu es pour la destruction par l'attachement de cha nes d'une petite prot ine hautement conserv e appel e ubiquitine. Les prot ines ubiquitin es sont rapidement d grad es par un complexe cytosolique connu sous le nom de prot asome. Choisissez UNE meilleure r ponse. 2.1. Un homme de 20 ans atteint d'une an mie microcytaire pr sente une forme anormale de -globine (h moglobine ressort constant) de 172 acides amin s, au lieu des 141 que l'on trouve dans la prot ine normale. Laquelle des mutations ponctuelles suivantes est compatible avec cette anomalie ? Utilisez la Figure 32.2 pour r pondre la question. A. CGA UGA B. GAU GAC C. GCA GAA D. UAA CAA D. UAA UAG Bonne r ponse = D. La mutation du codon de terminaison normale (stop) de UAA CAA dans l'ARN messager de la -globine provoque l'insertion d'une glutamine par le ribosome ce moment-l . Il continuera tendre la cha ne prot ique jusqu' ce qu'il tombe sur le prochain codon d'arr t plus bas dans le message, ce qui donne une prot ine anormalement longue. Le remplacement de CGA (arginine) par UGA (stop) entra nerait une trop courte prot ine. GAU et GAC codent tous deux pour l'aspartate et ne causeraient aucun changement dans la prot ine. Changer la GCA (alanine) en GAA (glutamate) ne changerait pas la taille du produit prot ique. Un changement de UAA UAG changerait simplement un codon de terminaison pour un autre et n'aurait aucun effet sur la prot ine. 2.2. Une entreprise pharmaceutique tudie un nouvel antibiotique qui inhibe la synth se des prot ines bact riennes. Lorsque cet antibiotique est ajout un syst me de synth se de prot ines in vitro qui traduit la s quence d'ARN messager AUGUUUUUUUUAG, le seul produit form est le dipeptide fMet-Phe. Quelle tape de la synth se des prot ines est la plus susceptible d' tre inhib e par l'antibiotique ? A. InitiationB. Liaison d'un ARN de transfert charg au site ribosomique A C. Activit de la peptidyltransf raseD. Translocation ribosomiqueE. Terminaison Bonne r ponse = D. Parce que fMet-Phe (m thionyl-ph nylalanine formyl e) est fabriqu , les ribosomes doivent tre capables de terminer l'initiation, de lier le Phe-tRNA au site A et d'utiliser l'activit de la peptidyltransf rase pour former la premi re liaison peptidique. Parce que le ribosome n'est pas capable d'aller plus loin, le mouvement ribosomique (translocation) est tr s probablement l' tape inhib e. Par cons quent, le ribosome est arr t avant d'atteindre le codon de terminaison de ce message. 2.3. Une mol cule d'ARN de transfert (ARNt) qui est cens e transporter la cyst ine (ARNt) est mal charg e, de sorte qu'elle porte en fait de l'alanine (ala-ARNt). En supposant qu'aucune correction ne se produise, quel sera le devenir de ce r sidu d'alanine lors de la synth se des prot ines ? Il s'agira de : A. tre incorpor dans une prot ine en r ponse un codon po |
Biochimie_Lippincott | ur l'alanine.B. tre incorpor dans une prot ine en r ponse un codon pour la cyst ine.C. tre incorpor au hasard n'importe quel codon.D. rester attach l'ARNt parce qu'il ne peut pas tre utilis pour la synth se des prot ines. E. tre chimiquement converti en cyst ine par des enzymes cellulaires. Bonne r ponse = B. Une fois qu'un acide amin est attach une mol cule d'ARNt, seul l'anticodon de cet ARNt d termine la sp cificit de l'incorporation. Par cons quent, l'alanine incorrectement activ e sera incorpor e dans la prot ine une position d termin e par un codon de cyst ine. 2.4. Chez un patient atteint de mucoviscidose (FK) caus e par la mutation F508, la prot ine mutante CF transmembrane conductance regulator (CFTR) se replie de mani re incorrecte. Les cellules du patient modifient cette prot ine anormale en y fixant des mol cules d'ubiquitine. Quel est le devenir de cette prot ine CFTR modifi e ? Un. Il remplit sa fonction normale car l'ubiquitine corrige en grande partie l'effet de la mutation. B. Il est d grad par le prot asome.C. Il est plac dans des v sicules de stockage.D. Il est r par par des enzymes cellulaires. E. Il est s cr t par la cellule. Bonne r ponse = B. L'ubiquitination marque g n ralement les prot ines anciennes, endommag es ou mal repli es pour la destruction par le prot asome cytosolique. Il n'existe aucun m canisme cellulaire connu pour la r paration des prot ines endommag es. 2.5. De nombreux antimicrobiens inhibent la traduction. Lequel des antimicrobiens suivants est correctement associ son m canisme d'action ? A. L' rythromycine se lie la sous-unit ribosomique 60S. B. La puromycine inactive le facteur d' longation-2.C. La streptomycine se lie la sous-unit ribosomique 30S. D. Les t tracyclines inhibent la peptidyltransf rase. Bonne r ponse = C. La streptomycine se lie la sous-unit 30S et inhibe l'initiation de la traduction. L' rythromycine se lie la sous-unit ribosomique 50S (60S d signe un eucaryote) et bloque le tunnel par lequel le peptide quitte le ribosome. La puromycine pr sente une similitude structurelle avec l'ARN de transfert d'aminoacyle. Il est incorpor dans la cha ne de croissance, inhibe l' longation et entra ne une terminaison pr matur e chez les procaryotes et les eucaryotes. Les t tracyclines se lient la sous-unit ribosomique 30S et bloquent l'acc s au site A, inhibant ainsi l' longation. 2.6. La traduction d'un polyribonucl otide synth tique contenant la s quence r p titive CAA dans un syst me de synth se de prot ines acellulaires produit trois homopolypeptides : la polyglutamine, la polyasparagine et la polythr onine. Si les codons de la glutamine et de l'asparagine sont respectivement CAA et AAC, lequel des triplets suivants est le codon de la thr onine ? A. AAC B. ACA C. CAA D. CAC E. CCA Bonne r ponse = B. La s quence polynucl otidique synth tique de CAACAACAACAA ... pourrait tre lu par le syst me de synth se des prot ines in vitro partir du premier C, du premier A ou du second A (c'est- -dire dans l'un des trois cadres de lecture). Dans le premier cas, le premier codon triplet serait CAA, qui code pour la glutamine ; dans le second cas, le premier codon triplet serait AAC, qui code pour l'asparagine ; dans le dernier cas, le premier codon triplet serait ACA, qui code pour la thr onine. 2.7. Lequel des l ments suivants est n cessaire la synth se des prot ines procaryotes et eucaryotes ? A. Liaison de la petite sous-unit ribosomique la s quence de Shine-DalgarnoB. (t)RNAC formyl par transfert de m thionyle. Mouvement de l'ARN messager hors du noyau et dans le cytoplasme D. Reconnaissance du 5-cap par les facteurs d'initiationE. Translocation de l'ARNt peptidylique du site A au site P Bonne r ponse = E. Chez les procaryotes et les eucaryotes, la traduction continue ( longation) n cessite le d placement de l'ARNt peptidyle du site A au site P pour permettre l'ARNt aminoacyle suivant d'entrer dans le site A. Seuls les procaryotes ont une s quence de Shine-Dalgarno et utilisent de la m thionine formyl e, et seuls les eucaryotes ont un noyau et traitent leur ARNm de mani re co-transcriptionnelle et post-transcriptionnelle. 2.8. Le d ficit en 1-antitrypsine (AAT) peut entra ner l'emphys me, une pathologie pulmonaire, car l'action de l' lastase, une prot ase s rine, n'est pas oppos e. La carence en AAT dans les poumons est la cons quence d'une alt ration de la s cr tion du foie, site de sa synth se. Les prot ines telles que l'AAT qui sont destin es tre s cr t es sont les mieux caract ris es par laquelle des affirmations suivantes ? Un. Leur synth se est initi e sur le r ticulum endoplasmique lisse.B. Ils contiennent un signal de ciblage du mannose 6-phosphate.C. Ils contiennent toujours de la m thionine en tant qu'acide amin N-terminal.D. Ils sont fabriqu s partir de produits de traduction qui ont une s quence de signaux hydrophobes N-terminale. E. Ils ne contiennent pas de sucres avec des lia |
Biochimie_Lippincott | isons O-glycosidiques car leur synth se n'implique pas le Golgi. Bonne r ponse = D. La synth se des prot ines s cr t es commence sur les ribosomes libres (cytosoliques). Lorsque la s quence de signal N-terminal du peptide merge du ribosome, elle est li e par la particule de reconnaissance du signal, amen e au r ticulum endoplasmique rugueux (RER), enfil e dans la lumi re et cliv e au fur et mesure que la traduction se poursuit. Les prot ines se d placent travers le RER et le Golgi et subissent des traitements tels que la N-glycosylation (RER) et l'O-glycosylation (Golgi). Dans le Golgi, ils sont emball s dans des v sicules s cr toires et lib r s de la cellule. Le r ticulum endoplasmique lisse est associ la synth se de lipides, et non de prot ines, et n'a pas de ribosomes attach s. La phosphorylation au carbone 6 des r sidus terminaux de mannose dans les glycoprot ines cible ces prot ines (hydrolases acides) vers les lysosomes. La m thionine N-terminale est limin e de la plupart des prot ines pendant le traitement. 2.9. Pourquoi le code g n tique est-il d crit comme tant la fois d g n r et sans ambigu t ? Un acide amin donn peut tre cod par plus d'un codon (code d g n r ), mais un codon donn ne code que pour un seul acide amin particulier (code non ambigu). R gulation de l'expression g nique 33Pour d'autres documents auxiliaires li s ce chapitre, veuillez consulter le Point. I. APER U L'expression g nique fait r f rence au processus en plusieurs tapes qui aboutit finalement la production d'un produit g nique fonctionnel, soit de l'acide ribonucl ique (ARN), soit une prot ine. La premi re tape de l'expression des g nes, l'utilisation de l'acide d soxyribonucl ique (ADN) pour la synth se de l'ARN (transcription), est le principal site de r gulation chez les procaryotes et les eucaryotes. Chez les eucaryotes, cependant, l'expression des g nes implique galement des processus post-transcriptionnels et post-traductionnels tendus ainsi que des actions qui influencent l'acc s des r gions particuli res de l'ADN. Chacune de ces tapes peut tre r glement e afin d'offrir un contr le suppl mentaire sur les types et les quantit s de produits fonctionnels qui sont fabriqu s. Tous les g nes ne sont pas troitement r gul s. Par exemple, les g nes d crits comme constitutifs codent des produits n cessaires aux fonctions cellulaires de base et sont donc exprim s un niveau essentiellement constant. Ils sont galement connus sous le nom de g nes de m nage . Les g nes r gul s, cependant, ne sont exprim s que dans certaines conditions. Ils peuvent tre exprim s dans toutes les cellules ou dans un sous-ensemble de cellules seulement, par exemple les h patocytes. La capacit de r guler l'expression des g nes (c'est- -dire de d terminer si, dans quelle mesure et quand des produits g niques particuliers seront fabriqu s) donne la cellule le contr le de la structure et de la fonction. C'est la base de la diff renciation cellulaire, de la morphogen se et de l'adaptabilit de tout organisme. Le contr le de l'expression des g nes est mieux compris chez les procaryotes, mais de nombreux th mes sont r p t s chez les eucaryotes. La figure 33.1 montre certains des sites o l'expression des g nes peut tre contr l e. II. S QUENCES ET MOL CULES R GULATRICES La r gulation de la transcription, l' tape initiale de toute expression g nique, est contr l e par des s quences r gulatrices d'ADN qui sont g n ralement int gr es dans les r gions non codantes du g nome. L'interaction entre ces s quences d'ADN et les mol cules r gulatrices, telles que les facteurs de transcription, peut induire ou r primer la machinerie transcriptionnelle, influen ant les types et les quantit s de produits fabriqu s. Les s quences d'ADN r gulatrices sont dites cis-acting car elles influencent l'expression des g nes sur le m me chromosome que la s quence r gulatrice (voir p. 439). Les mol cules r gulatrices sont appel es trans-acting parce qu'elles peuvent diffuser (transiter) travers la cellule de leur site de synth se leurs sites de liaison l'ADN (Fig. 33.2). Par exemple, un facteur de transcription prot ique (une mol cule transagissante) qui r gule un g ne sur le chromosome 6 pourrait lui-m me avoir t produit partir d'un g ne sur le chromosome 11. La liaison des prot ines l'ADN se fait par le biais de motifs structurels tels que le doigt de zinc (Fig. 33.3), la fermeture clair de la leucine ou l'h lice-tour-h lice dans la prot ine. III. R GULATION DE L'EXPRESSION DES G NES PROCARYOTES Chez les procaryotes tels que la bact rie Escherichia coli (E. coli), la r gulation de l'expression g nique se produit principalement au niveau de la transcription et, en g n ral, est m di e par la liaison des prot ines trans-agissant des l ments r gulateurs cis sur leur mol cule d'ADN unique (chromosome). [Remarque : R guler la premi re tape de l'expression d'un g ne est une approche efficace, dans la mesure o l' nergie n'est |
Biochimie_Lippincott | pas gaspill e fabriquer des produits g niques inutiles.] Le contr le transcriptionnel chez les procaryotes peut impliquer l'initiation ou l'arr t pr matur de la transcription. A. Transcription de l'ARN messager partir d'op rons bact riens Chez les bact ries, les g nes structurels qui codent pour les prot ines impliqu es dans une voie m tabolique particuli re se trouvent souvent regroup s s quentiellement sur le chromosome avec les l ments cis qui r gulent la transcription de ces g nes. Le produit de transcription est un seul ARN messager polycistronique ([ARNm] voir p. 434). Les g nes sont donc r gul s de mani re coordonn e (c'est- -dire activ s ou d sactiv s en tant qu'unit ). L'ensemble de cet ensemble est appel un op ron. B. Op rateurs chez les op rons bact riens Les op rons bact riens contiennent un op rateur, un segment d'ADN qui r gule l'activit des g nes structurels de l'op ron en se liant de mani re r versible une prot ine connue sous le nom de r presseur. Si l'op rateur n'est pas li par le r presseur, l'ARN polym rase (ARN pol) se lie au promoteur, passe par-dessus l'op rateur et atteint les g nes codant pour les prot ines qu'elle transcrit en ARNm. Si le r presseur est li l'op rateur, la polym rase est bloqu e et ne produit pas d'ARNm. Tant que le r presseur est li l'op rateur, aucun ARNm (et, par cons quent, aucune prot ine) n'est fabriqu . Cependant, lorsqu'une mol cule inductrice est pr sente, elle se lie au r presseur, ce qui fait que le r presseur change de forme de sorte qu'il ne se lie plus l'op rateur. Lorsque cela se produit, l'ARN pol peut initier la transcription. L'un des exemples les mieux compris est l'op ron inductible du lactose (lac) d'E. coli qui illustre la fois une r gulation positive et n gative (Fig. 33.4). C. Op ron du lactose L'op ron lac contient les g nes qui codent pour trois prot ines impliqu es dans le catabolisme du disaccharide lactose : le g ne lacZ code pour la galactosidase, qui hydrolyse le lactose en galactose et en glucose ; le g ne lacY code pour une perm ase, ce qui facilite le mouvement du lactose dans la cellule ; et le g ne lacA code pour la thiogalactoside transac tylase, qui ac tyle le lactose. [Remarque : La fonction physiologique de cette ac tylation est inconnue.] Toutes ces prot ines ne sont produites au maximum que lorsque le lactose est disponible pour la cellule et que le glucose ne l'est pas. [Remarque : Les bact ries utilisent le glucose, s'il est disponible, comme carburant de pr f rence tout autre sucre.] La partie r gulatrice de l'op ron se trouve en amont des trois g nes structuraux et se compose de la r gion promotrice o l'ARN pol se lie et de deux sites suppl mentaires, les sites de l'op rateur (O) et de la prot ine activatrice du catabolite (CAP), o les prot ines r gulatrices se lient. Les g nes lacZ, lacY et lacA ne sont exprim s au maximum que lorsque le site O est vide et que le site CAP est li par un complexe d'ad nosine monophosphate cyclique ([AMPc] voir p. 94) et de la CAP, parfois appel e prot ine r gulatrice de l'AMPc (CRP). Un g ne r gulateur, le g ne lacI, code pour la prot ine r pressive (un facteur de trans-action) qui se lie au site O avec une grande affinit . [Remarque : Le g ne lacI a son propre promoteur et ne fait pas partie de l'op ron lac.] 1. Lorsque seul le glucose est disponible : Dans ce cas, l'op ron lac est r prim ( teint). La r pression est m di e par la liaison de la prot ine r pressrice via un motif h lice-tour-h lice (Fig. 33.5) au site O, qui se trouve en aval du promoteur (voir Fig. 33.4A). La liaison du r presseur interf re avec la liaison de l'ARN pol au promoteur, inhibant ainsi la transcription des g nes structurels. Il s'agit d'un exemple de r glementation n gative. 2. Lorsque seul le lactose est disponible : Dans ce cas, l'op ron lac est induit (exprim au maximum, ou activ ). Une petite quantit de lactose est convertie en un isom re, l'allolactose. Ce compos est un inducteur qui se lie la prot ine r pressive, modifiant sa conformation de sorte qu'elle ne peut plus se lier au site O. En l'absence de glucose, l'ad nylyl cyclase est active, et l'AMPc est fabriqu e et se lie la CAP. Le complexe transigeant AMPc-CAP se lie au site CAP, ce qui permet l'ARN pol d'initier la transcription avec une grande efficacit au site promoteur (voir Fig. 33.4B). Il s'agit d'un exemple de r glementation positive. Le transcrit est une seule mol cule d'ARNm polycistronique qui contient trois ensembles de codons de d but et d'arr t. La traduction de l'ARNm produit les trois prot ines qui permettent au lactose d' tre utilis pour la production d' nergie par la cellule. [Remarque : Contrairement aux g nes inductibles lacZ, lacY et lacA, dont l'expression est r gul e, le g ne lacI est constitutif. Son produit g nique, la prot ine r pressive, est toujours fabriqu et actif moins que l'inducteur ne soit pr sent.] 3. Lorsque le glucose et le lactose sont disponibles : Dans ce cas, |
Biochimie_Lippincott | l'op ron lac n'est pas induit et la transcription est n gligeable, m me si le lactose est pr sent une concentration lev e. L'ad nylyl cyclase est inhib e en pr sence de glucose (un processus connu sous le nom de r pression des catabolites), de sorte qu'aucun complexe AMPc-CAP ne se forme et que le site CAP reste vide. Par cons quent, l'ARN pol est incapable d'initier efficacement la transcription, m me si le r presseur n'est pas li au site O. Par cons quent, les trois g nes structurels de l'op ron sont exprim s seulement un niveau tr s bas (basal) (voir Fig. 33.4C). [Remarque : L'induction provoque une augmentation de 50 fois par rapport l'expression basale.] D. Op ron tryptophane L'op ron du tryptophane (trp) contient cinq g nes structurels qui codent pour les enzymes n cessaires la synth se de l'acide amin tryptophane. Comme pour l'op ron lac, l'op ron trp est soumis un contr le n gatif. Cependant, pour l'op ron trp r pressible, le contr le n gatif inclut Trp lui-m me se liant une prot ine r pressive et facilitant la liaison du r presseur l'op rateur : Trp est un cor presseur. Parce que la r pression par Trp n'est pas toujours compl te, l'op ron trp, contrairement l'op ron lac, est galement r gul par un processus connu sous le nom d'att nuation. Avec l'att nuation, la transcription est initi e mais se termine bien avant la fin (Fig. 33.6). Si la Trp est abondante, l'initiation de la transcription qui a chapp la r pression par la Trp est att nu e (arr t e) par la formation d'un att nuateur, une structure en pingle cheveux (tige-boucle) dans l'ARNm similaire celle observ e dans la terminaison rho-ind pendante (voir p. 437). [Remarque : Parce que la transcription et la traduction sont temporellement li es chez les procaryotes (voir p. 454), l'att nuation entra ne galement la formation d'un produit peptidique tronqu et non fonctionnel qui se d grade rapidement.] Si Trp se rar fie, l'op ron est exprim . L'extr mit 5 de l'ARNm contient deux codons adjacents pour Trp. L'absence de Trp provoque le blocage des ribosomes au niveau de ces codons, couvrant les r gions de l'ARNm n cessaires la formation de l' pingle cheveux d'att nuation. Cela permet d' viter l'att nuation et de poursuivre la transcription. L'att nuation transcriptionnelle peut se produire chez les procaryotes car la traduction d'un ARNm commence avant que sa synth se ne soit termin e. Cela ne se produit pas chez les eucaryotes car la pr sence d'un noyau d limit par une membrane s pare spatialement et temporellement la transcription et la traduction. Coordination de la transcription et de la traduction Bien que la r gulation transcriptionnelle de la production d'ARNm soit primaire chez les bact ries, la r gulation de l'ARN ribosomique (ARNr) et la synth se des prot ines jouent un r le important dans l'adaptation au stress environnemental. 1. R ponse stricte : E. coli poss de sept op rons qui synth tisent l'ARNr n cessaire l'assemblage des ribosomes, et chacun est r gul en r ponse aux changements des conditions environnementales. La r gulation en r ponse la privation d'acides amin s est connue sous le nom de r ponse stricte. La liaison d'un ARN de transfert non charg (ARNt) au site A d'un ribosome (voir p. 452) d clenche une s rie d' v nements qui conduisent la production de l'alarmone guanosine t traphosphate (ppGpp). La synth se de ce d riv inhabituel de la guanosine diphosphate (GDP) est catalys e par le facteur rigoureux (RelA), une enzyme physiquement associ e aux ribosomes. Des niveaux lev s de ppGpp entra nent une inhibition de la synth se de l'ARNr (Fig. 33.7). [Remarque : En plus de la synth se de l'ARNr, la synth se de l'ARNt et une partie de la synth se de l'ARNm (par exemple, pour les prot ines ribosomiques) sont galement inhib es. Cependant, la synth se de l'ARNm pour les enzymes n cessaires la biosynth se des acides amin s n'est pas inhib e. ppGpp se lie l'ARN pol et alt re le promoteur 2. Prot ines ribosomales r gulatrices : Les op rons des prot ines ribosomiques (rprot ines) peuvent tre inhib s par un exc s de leurs propres produits prot iques. Pour chaque op ron, une prot ine r sp cifique fonctionne dans la r pression de la s lection par l'utilisation de diff rents facteurs sigma pour la polym rase (voir p. 435).] traduction de l'ARNm polycistronique de cet op ron (Fig. 33.8). La prot ine r le fait en se liant la s quence Shine-Dalgarno (SD) situ e sur l'ARNm juste en amont du premier codon AUG initiateur (voir p. 448) et en agissant comme un obstacle physique la liaison de la petite sous-unit ribosomique la s quence SD. Ainsi, une prot ine r inhibe la synth se de toutes les prot ines r de l'op ron. Cette m me prot ine r se lie galement l'ARNr et avec une affinit plus lev e que pour l'ARNm. Si la concentration d'ARNr diminue, la prot ine r est alors disponible pour se lier son propre ARNm et inhiber sa traduction. Cette r gulation coordonn e maintient la synt |
Biochimie_Lippincott | h se des prot ines r en quilibre avec la transcription de l'ARNr, de sorte que chacune d'entre elles est pr sente en quantit s appropri es pour la formation de Ribosomes. IV. R GULATION DE L'EXPRESSION DES G NES EUCARYOTES Le degr de complexit plus lev des g nomes eucaryotes, ainsi que la pr sence d'une membrane nucl aire, n cessitent un plus large ventail de processus de r gulation. Comme pour les procaryotes, la transcription est le principal site de r gulation. Encore une fois, le th me des facteurs trans-agissant se liant aux l ments cis est observ . Les op rons, cependant, ne se trouvent pas chez les eucaryotes, qui doivent utiliser des strat gies alternatives pour r soudre le probl me de la r gulation coordonn e de tous les g nes n cessaires une r ponse sp cifique. Chez les eucaryotes, l'expression des g nes est galement r gul e plusieurs niveaux autres que la transcription. Par exemple, les principaux modes de r gulation post-transcriptionnelle au niveau de l'ARNm sont l' pissage et la polyad nylation alternatifs de l'ARNm, le contr le de la stabilit de l'ARNm et le contr le de l'efficacit traductionnelle. Une r gulation suppl mentaire au niveau de la prot ine se produit par des m canismes qui modulent la stabilit , le traitement ou le ciblage de la prot ine. A. R glementation des coordonn es La n cessit de r guler de mani re coordonn e un groupe de g nes pour provoquer une r ponse particuli re est d'une importance capitale chez les organismes poss dant plus d'un chromosome. Un th me sous-jacent revient plusieurs reprises : une prot ine trans-acting fonctionne comme un facteur de transcription sp cifique (STF) qui se lie une s quence consensus r gulatrice cisacting (voir p. 415) sur chacun des g nes du groupe, m me s'ils se trouvent sur des chromosomes diff rents. [Remarque : Le STF a un domaine de liaison l'ADN (DBD) et un domaine d'activation de transcription (TAD). Le TAD recrute des coactivateurs, tels que les histones ac tyltransf rases (voir p. 438), et les facteurs de transcription g n raux (voir p. 439) qui, avec l'ARN pol, sont n cessaires la formation du complexe d'initiation de la transcription au niveau du promoteur. Bien que le TAD recrute une vari t de prot ines, l'effet sp cifique de l'une d'entre elles d pend de la composition prot ique du complexe. C'est ce qu'on appelle le contr le combinatoire.] Des exemples de r gulation des coordonn es chez les eucaryotes incluent le circuit du galactose et le syst me de r ponse hormonale. 1. Circuit du galactose : Ce syst me r glementaire permet l'utilisation du galactose lorsque le glucose n'est pas disponible. Chez la levure, un organisme unicellulaire, les g nes n cessaires pour m taboliser le galactose se trouvent sur des chromosomes diff rents. L'expression coordonn e est m di e par la prot ine Gal4 (Gal = galactose), un STF qui se lie une courte s quence d'ADN r gulatrice en amont de chacun des g nes. La s quence est appel e s quence d'activation en amont Gal (UASGal). La liaison de Gal4 UASGal par les doigts de zinc dans son DBD se produit la fois en l'absence et en pr sence de galactose. Lorsque le sucre est absent, la prot ine r gulatrice Gal80 se lie Gal4 son TAD, inhibant ainsi la transcription des g nes (Fig. 33.9A). Lorsqu'il est pr sent, le galactose active la prot ine Gal3. Gal3 se lie Gal80, permettant ainsi Gal4 d'activer la transcription (Fig. 33.9B). [Remarque : Le glucose emp che l'utilisation du galactose en inhibant l'expression de la prot ine Gal4.] B. pr sence de galactose. [Remarque : Les g nes cibles, qu'ils se trouvent sur le m me chromosome ou sur un chromosome diff rent, ont chacun une s quence d'activation en amont du galactose (UASGal).] TAD = domaine d'activation de la transcription ; DBD = domaine de liaison l'ADN ; ARNm = ARN messager. 2. Syst me de r ponse hormonale : Les l ments de r ponse hormonale (HRE) sont des s quences d'ADN qui se lient aux prot ines transagissantes et r gulent l'expression des g nes en r ponse aux signaux hormonaux dans les organismes multicellulaires. Les hormones se lient soit des r cepteurs intracellulaires (nucl aires) (par exemple, les hormones st ro diennes ; voir p. 240), soit des r cepteurs de surface cellulaire (par exemple, l'hormone peptidique glucagon ; voir p. 314). un. R cepteurs intracellulaires : Les membres de la superfamille des r cepteurs nucl aires, qui comprend l'hormone st ro de (glucocortico des, min ralocortico des, androg nes et strog nes), la vitamine D, l'acide r tino que et les r cepteurs des hormones thyro diennes, fonctionnent comme STF. En plus des domaines de liaison l'ADN et d'activation transcriptionnelle, Ces r cepteurs contiennent galement un domaine de liaison au ligand. Par exemple, l'hormone st ro de cortisol (un glucocortico de) se lie aux r cepteurs intracellulaires au niveau du domaine de liaison au ligand (Fig. 33.10). La liaison provoque un changement conformationnel dans le r cepteur |
Biochimie_Lippincott | qui l'active. Le complexe r cepteur-hormone p n tre dans le noyau, se dim rise et se lie via un motif de doigt de zinc l'ADN au niveau d'un l ment r gulateur, l' l ment de r ponse glucocortico de (GRE) qui est un exemple d'ERH. La liaison permet le recrutement de coactivateurs au TAD et entra ne l'expression de g nes sensibles au cortisol, chacun d'entre eux tant sous le contr le de son propre GRE. La liaison du complexe r cepteur-hormone au GRE permet l'expression coordonn e d'un groupe de g nes cibles, m me si ces g nes se trouvent sur des chromosomes diff rents. Le GRE peut tre situ en amont ou en aval des g nes qu'il r gule et de grandes distances de ceux-ci. Le GRE peut alors fonctionner comme un v ritable amplificateur (voir p. 440). [Remarque : S'ils sont associ s des r presseurs, les complexes hormones-r cepteurs inhibent la transcription.] b. R cepteurs de surface cellulaire : Ces r cepteurs comprennent ceux de l'insuline, de l' pin phrine et du glucagon. Le glucagon, par exemple, est une hormone peptidique qui lie son r cepteur de membrane plasmique coupl la prot ine G sur les cellules sensibles au glucagon. Ce signal extracellulaire est ensuite transduit en AMPc intracellulaire, un second messager (Fig. 33.11 ; voir aussi Fig. 8.7 la p. 95), qui peut affecter l'expression (et l'activit ) des prot ines par la phosphorylation m di e par la prot ine kinase A. En r ponse une augmentation de l'AMPc, un facteur trans-agissant (prot ine CREB) est phosphoryl et activ . La prot ine CREB active se lie via un motif de fermeture clair de leucine un l ment r gulateur agissant cis, l' l ment de r ponse l'AMPc (CRE), ce qui entra ne la transcription des g nes cibles avec l'ERC dans leurs promoteurs. [Remarque : Les g nes de la phospho nolpyruvate carboxykinase et de la glucose 6phosphatase, enzymes cl s de la glucon ogen se (voir p. 122), sont des exemples de g nes r gul s la hausse par le syst me cAMP/CRE/CREB.] B. Traitement et utilisation de l'ARN messager L'ARNm eucaryote subit plusieurs v nements de traitement avant d' tre export du noyau vers le cytoplasme pour tre utilis dans la synth se des prot ines. Le coiffage l'extr mit 5 (voir p. 441), la polyad nylation l'extr mit 3 (voir p. 442) et l' pissage (voir p. 442) sont essentiels la production d'un messager eucaryote fonctionnel partir de la plupart des pr -ARNm. Les variations d' pissage et de polyad nylation peuvent affecter l'expression des g nes. De plus, la stabilit du messager affecte galement l'expression des g nes. 1. pissage alternatif : Des isoformes prot iques sp cifiques aux tissus peuvent tre fabriqu es partir du m me pr -ARNm par pissage alternatif, qui peut impliquer un saut d'exon (perte), une r tention d'intron et l'utilisation d'autres sites d' pissage-donneur ou accepteur (Fig. 33.12). Par exemple, le pr -ARNm de la tropomyosine (TM) subit un pissage alternatif sp cifique au tissu pour produire un certain nombre d'isoformes de TM (voir p. 443). [Remarque : Plus de 90% de tous les g nes humains subissent un pissage alternatif.] 2. Polyad nylation alternative : Certains transcrits de pr -ARNm ont plus d'un site pour le clivage et la polyad nylation. La polyad nylation alternative (APA) g n re de l'ARNm avec diff rentes extr mit s 3, modifiant la r gion non traduite (UTR) ou la s quence codante (traduite). [Remarque : L'APA est impliqu e dans la production des formes membranaires et s cr t es de l'immunoglobuline M.] L'utilisation de sites alternatifs d' pissage et de polyad nylation, ainsi que de sites de d but de transcription alternatifs, explique, au moins en partie, comment les ~20 000 25 000 g nes du g nome humain peuvent donner naissance plus de 100 000 prot ines. 3. dition de l'ARN messager : M me apr s que l'ARNm a t enti rement trait , il peut subir une modification post-transcriptionnelle suppl mentaire dans laquelle une base de l'ARNm est alt r e. C'est ce qu'on appelle l' dition de l'ARN. Un exemple important chez l'homme est celui de la transcription de l'apolipoprot ine (apo) B, un composant essentiel des chylomicrons (voir p. 10). 228) et les lipoprot ines de tr s basse densit ([VLDL] voir p. 230). L'ARNm Apo B est fabriqu dans le foie et l'intestin gr le. Cependant, dans l'intestin seulement, la base cytosine (C) dans le codon CAA de la glutamine est d samin e enzymatiquement en uracile (U), changeant le codon sens en non-sens ou codon stop UAA, comme le montre la figure 33.13. Il en r sulte qu'une prot ine plus courte (apo B-48, repr sentant 48 % du message) est fabriqu e dans l'intestin (et incorpor e dans les chylomicrons) que dans le foie (apo B-100, pleine longueur, incorpor e dans VLDL). U = uracile. 4. Stabilit de l'ARN messager : La dur e pendant laquelle un ARNm reste dans le cytosol avant d' tre d grad influence la quantit de produit prot ique qui peut tre produite partir de celui-ci. La r gulation du m tabolisme du fer et le processus d |
Biochimie_Lippincott | e silen age g nique de l'interf rence ARN (ARNi) illustrent l'importance de la stabilit de l'ARNm dans la r gulation de l'expression des g nes. un. M tabolisme du fer : La transferrine (Tf) est une prot ine plasmatique qui transporte le fer. Tf se lie aux r cepteurs de surface cellulaire (r cepteurs de la transferrine [TfR]) qui s'internalisent et fournissent du fer aux cellules, telles que les rythroblastes. L'ARNm du TfR contient plusieurs l ments sensibles au fer (IRE) cis-agissants dans son 3'UTR. Les IRE ont une structure tige-boucle courte qui peut tre li e par des prot ines r gulatrices du fer (IRP) en transaction, comme le montre la Figure 33.14. Lorsque la concentration en fer dans la cellule est faible, l'IRP se lie l'IRE 3 et stabilise l'ARNm du TfR, permettant ainsi la synth se du TfR. Lorsque les niveaux de fer intracellulaires sont lev s, les IRP se dissocient. L'absence d'IRP li l'ARNm acc l re sa destruction, ce qui entra ne une diminution de la synth se de TfR. [Remarque : L'ARNm de la ferritine, une prot ine intracellulaire de stockage du fer, a un seul IRE dans son 5'-UTR. Lorsque les niveaux de fer dans la cellule sont faibles, l'IRP se lie l'IRE 5 et emp che l'utilisation de l'ARNm, et moins de ferritine est fabriqu e. Lorsque le fer s'accumule dans la cellule, les IRP se dissocient, ce qui permet la synth se des mol cules de ferritine pour stocker l'exc s de fer. L'acide aminol vulinique synthase 2, l'enzyme r gul e de la synth se de l'h me (voir p. 278) dans les rythroblastes, contient galement une 5'-IRE.] (Voir le chapitre 29 pour une discussion sur le m tabolisme du fer.) b. Interf rence de l'ARN : L'ARNi est un m canisme de silen age g nique par diminution de l'expression de l'ARNm, soit par r pression de la traduction, soit par une d gradation accrue. Il joue un r le cl dans des processus fondamentaux tels que la prolif ration cellulaire, la diff renciation et l'apoptose. L'ARNi est m di par des ARN courts (~22 nucl otides) non codants appel s microARN (miARN). Les miARN proviennent de transcrits nucl aires beaucoup plus longs, cod s g nomiquement, les miARN primaires (pri-miARN), qui sont partiellement trait s dans le noyau en pr -miARN par une endonucl ase (Drosha) puis transport s vers le cytoplasme. L , une endonucl ase (Dicer) termine le traitement et g n re des miARN courts et double brin. Un seul brin (le brin guide ou antisens) du miARN s'associe un complexe prot ique cytosolique connu sous le nom de complexe de silen age induit par l'ARN (RISC). Le brin guide s'hybride avec une s quence compl mentaire dans le 3'UTR d'un ARNm cible complet, apportant RISC l'ARNm. Cela peut entra ner une r pression de la traduction de l'ARNm ou sa d gradation par une endonucl ase (Argonaute/Ago/Slicer) du RISC. Le degr de compl mentarit semble tre le facteur d terminant (Fig. 33.15). L'ARNi peut galement tre d clench par l'introduction d'ARN interf rent court (ARNi) exog ne double brin dans une cellule, un processus qui a un norme potentiel th rapeutique. Le premier essai clinique de th rapie base d'ARNi a port sur la forme n ovasculaire de la d g n rescence maculaire li e l' ge (DMLA), qui est d clench e par une surproduction de facteur de croissance de l'endoth lium vasculaire (VEGF), entra nant la germination de vaisseaux sanguins en exc s derri re la r tine. Les vaisseaux fuient, s'obscurcissent et d truisent souvent enti rement la vision (par cons quent, la DMLA n ovasculaire est galement appel e DMLA humide). Un siRNA a t con u pour cibler l'ARNm du VEGF et favoriser sa d gradation. Bien que des efforts et des ressources consid rables aient t consacr s au d veloppement de th rapies base d'ARNi, en particulier pour le traitement du cancer, aucun produit n'est pass des essais la commercialisation. Cependant, les applications de recherche de l'ARNi ont connu une croissance rapide. 5. Traduction de l'ARN messager : La r gulation de l'expression des g nes peut galement se produire au niveau de la traduction de l'ARNm. L'un des m canismes par lesquels la traduction est r gul e est la phosphorylation de l'eucaryote facteur d'initiation de la traduction, eIF-2 (Fig. 33.16). La phosphorylation d'eIF-2 inhibe sa fonction et inhibe ainsi la traduction l' tape d'initiation (voir p. 459). [Remarque : La phosphorylation d'eIF-2 emp che sa r activation en inhibant l' change GDP-GTP.] La phosphorylation est catalys e par des kinases qui sont activ es en r ponse aux conditions environnementales, telles que la privation d'acides amin s, la d ficience en h me dans les rythroblastes, la pr sence d'ARN double brin (signalisation d'une infection virale) et l'accumulation de prot ines mal repli es dans le r ticulum endoplasmique rugueux (voir p. 460). phosphate; = phosphate.C. R gulation par les variations de l'ADN L'expression des g nes chez les eucaryotes est galement influenc e par l'accessibilit de l'ADN l'appareil transcriptionnel, la quantit d' |
Biochimie_Lippincott | ADN et l'arrangement de l'ADN. [Remarque : Les transitions localis es entre les formes B et Z de l'ADN (voir p. 414) peuvent galement affecter l'expression des g nes.] 1. Acc s l'ADN : Chez les eucaryotes, l'ADN se retrouve complex avec des prot ines histones et non histones pour former la chromatine (voir p. 425). La chromatine d condens e transcriptionnellement active (euchromatine) diff re de la forme plus condens e et inactive (h t rochromatine) de plusieurs fa ons. La chromatine active contient des prot ines d'histones qui ont t modifi es de mani re covalente leurs extr mit s aminoterminales par m thylation, ac tylation ou phosphorylation r versibles (voir p. 438 pour une discussion sur l'ac tylation/d sac tylation des histones par l'ac tyltransf rase des histones et l'histone d sac tylase). De telles modifications diminuent la charge positive de ces prot ines de base, diminuant ainsi la force de leur association avec l'ADN charg n gativement. Cela d tend le nucl osome (voir p. 425), ce qui permet aux facteurs de transcription d'acc der des r gions sp cifiques de l'ADN. Les nucl osomes peuvent galement tre repositionn s, un processus n cessitant de l'ATP qui fait partie du remodelage de la chromatine. Une autre diff rence entre la chromatine transcriptionnellement active et inactive est l' tendue de la m thylation des bases cytosine dans les r gions riches en CG ( lots CpG) dans la r gion promotrice de nombreux g nes. La m thylation se fait par des m thyltransf rases qui utilisent la S-ad nosylm thionine comme donneur de m thyle (Fig. 33.17). Les g nes transcriptionnellement actifs sont moins m thyl s (hypom thyl s) que leurs homologues inactifs, ce qui sugg re que l'hyperm thylation de l'ADN r duit au silence l'expression des g nes. La modification des histones et la m thylation de l'ADN sont pig n tiques en ce sens qu'elles sont des changements h r ditaires dans l'ADN qui modifient l'expression des g nes sans alt rer la s quence de base. 2. Quantit d'ADN : Une modification la hausse ou la baisse du nombre de copies d'un g ne peut affecter la quantit de produit g nique produite. L'augmentation du nombre de copies (amplification g nique) a contribu l'augmentation de la complexit g nomique et constitue toujours un processus de d veloppement normal chez certaines esp ces non mammif res. Chez les mammif res, cependant, l'amplification g nique est observ e avec certaines maladies et en r ponse des m dicaments chimioth rapeutiques particuliers tels que le m thotrexate, un inhibiteur de l'enzyme dihydrofolate r ductase (DHFR), n cessaire la synth se de la thymidine triphosphate (TTP) dans la voie de biosynth se de la pyrimidine (voir p. 303). Le TTP est essentiel la synth se de l'ADN. L'amplification g nique entra ne une augmentation du nombre de g nes DHFR et de la r sistance au m dicament, ce qui permet de fabriquer du TTP. 3. Arrangement de l'ADN : Le processus par lequel les immunoglobulines (anticorps) sont produites par les lymphocytes B implique des r arrangements permanents de l'ADN dans ces cellules. Les immunoglobulines (par exemple, les IgG) sont constitu es de deux cha nes l g res et de deux cha nes lourdes, chaque cha ne contenant des r gions de s quence d'acides amin s variables et constantes. La r gion variable est le r sultat d'une recombinaison somatique de segments au sein des g nes cha ne l g re et cha ne lourde. Au cours du d veloppement des lymphocytes B, les segments de g nes de la variable unique (V), de la diversit (D) et de la jonction (J) sont r unis par r arrangement g nique pour former une r gion variable unique (Fig. 33.18). Ce processus permet de g n rer 109 1011 immunoglobulines diff rentes partir d'un g ne unique, fournissant la diversit n cessaire la reconnaissance d'un grand nombre d'antig nes. [Remarque : Le r arrangement pathologique de l'ADN est observ avec la translocation, un processus par lequel deux chromosomes diff rents changent des segments d'ADN.] 4. l ments d'ADN mobiles : Les transposons (Tn) sont des segments mobiles d'ADN qui se d placent de mani re essentiellement al atoire d'un site un autre sur le m me chromosome ou sur un chromosome diff rent. Le mouvement est m di par la transposase, une enzyme cod e par le Tn lui-m me. Le mouvement peut tre direct, dans lequel la transposition d coupe puis ins re le Tn sur un nouveau site, ou r plicatif, dans lequel le Tn est copi et la copie ins r e ailleurs tandis que l'original reste en place. Chez les eucaryotes, y compris les humains, la transposition r plicative implique fr quemment un ARN interm diaire fabriqu par une transcriptase inverse (voir p. 424), auquel cas le Tn est appel r trotransposson. La transposition a contribu la variation structurelle du g nome, mais a galement le potentiel de modifier l'expression des g nes et m me de provoquer des maladies. Les Tn repr sentent ~50 % du g nome humain, les r trotransposons repr sentant 90 % des Tn. Bie |
Biochimie_Lippincott | n que la grande majorit de ces r trotransposons aient perdu la capacit de se d placer, certains sont toujours actifs. Leur transposition serait l'origine de quelques rares cas d'h mophilie A et de dystrophie musculaire de Duchenne. [Remarque : Le probl me croissant des bact ries r sistantes aux antibiotiques est une cons quence, au moins en partie, de l' change de plasmides entre les cellules bact riennes. Si les plasmides contiennent des g nes de r sistance aux antibiotiques porteurs de Tn, les bact ries r ceptrices acqui rent une r sistance un ou plusieurs m dicaments antimicrobiens.] V. R SUM DU CHAPITRE L'expression g nique entra ne la production d'un produit g nique fonctionnel (ARN ou prot ine) par les processus de transcription et de traduction (Fig. 33.19). Les g nes peuvent tre soit constitutifs (toujours exprim s, g nes de nettoyage), soit r gul s (exprim s uniquement dans certaines conditions dans toutes les cellules ou dans un sous-ensemble de cellules). La capacit d'induire (r guler positivement) ou de r primer (r guler n gativement) de mani re appropri e les g nes est essentielle dans tous les organismes. La r gulation de l'expression des g nes se produit principalement au niveau de la transcription chez les procaryotes et les eucaryotes et est m di e par des prot ines transagissant se liant des l ments d'ADN r gulateurs cis. Chez les eucaryotes, la r gulation se produit galement par des modifications de l'ADN et par un traitement post-transcriptionnel et post-traductionnel. Chez les procaryotes, tels qu'Escherichia coli, la r gulation coordonn e des g nes dont les produits prot iques sont n cessaires un processus particulier est r alis e par des op rons (groupes de g nes dispos s s quentiellement sur le chromosome avec les l ments r gulateurs qui d terminent leur transcription). L'op ron lac contient les g nes structurels Z, Y et A, dont les produits prot iques sont n cessaires au catabolisme du lactose. Il est soumis une r glementation n gative et positive. Lorsque le glucose est disponible, l'op ron est r prim par la liaison de la prot ine r pressive (le produit du g ne lacI) l'op rateur, emp chant ainsi la transcription. Lorsque seul le lactose est pr sent, l'op ron est induit par un isom re du lactose (allolactose) qui se lie la prot ine r pressive, l'emp chant de se lier l'op rateur. De plus, l'ad nosine monophosphate cyclique (AMPc) se lie la prot ine activatrice du catabolite (CAP), et le complexe se lie l'ADN au site de la CAP. Cela augmente l'efficacit du promoteur et entra ne l'expression des g nes structurels par la production d'un ARN messager polycistronique (ARNm). Lorsque le glucose et le lactose sont pr sents, le glucose emp che la formation d'AMPc et la transcription de ces g nes est n gligeable. L'op ron trp contient des g nes n cessaires la synth se du tryptophane (Trp) et, comme l'op ron lac, il est r gul par un contr le n gatif. Contrairement l'op ron lac, il est galement r gul par l'att nuation, dans laquelle la synth se de l'ARNm qui a chapp la r pression par Trp est termin e avant d' tre termin e. La transcription de l'ARN ribosomique et de l'ARN de transfert est inhib e de mani re s lective chez les procaryotes par la r ponse stricte la privation d'acides amin s. La traduction est galement un site de r gulation des g nes procaryotes : les prot ines ribosomiques en exc s se lient la s quence Shine-Dalgarno sur leur propre ARNm polycistronique, emp chant les ribosomes de se lier. La r gulation des g nes est plus complexe chez les eucaryotes. Les op rons ne sont pas pr sents, mais la r gulation coordonn e de la transcription des g nes situ s sur diff rents chromosomes peut tre r alis e par la liaison de prot ines trans-agissant des l ments cis-agissant comme on le voit dans le circuit du galactose chez la levure unicellulaire. Chez les organismes multicellulaires, les hormones peuvent provoquer une r gulation coordonn e, soit par la liaison du complexe r cepteur hormonal-hormone l'ADN (comme avec les hormones st ro des), soit par la liaison d'une prot ine qui est activ e en r ponse un deuxi me messager (comme avec le glucagon). Dans chaque , la liaison l'ADN est m di e par des motifs structurels tels que le doigt de zinc. La r gulation co-transcriptionnelle et post-transcriptionnelle est galement observ e chez les eucaryotes et comprend l' pissage et la polyad nylation alternatifs de l'ARNm, l' dition de l'ARNm et les variations de la stabilit de l'ARNm, comme on le voit avec la synth se des r cepteurs de la transferrine et avec l'interf rence de l'ARN. La r gulation au niveau traductionnel peut tre caus e par la phosphorylation et l'inhibition du facteur d'initiation eucaryote 2. L'expression des g nes chez les eucaryotes est galement influenc e par l'accessibilit de l'ADN l'appareil transcriptionnel (comme on le voit avec les changements pig n tiques des prot ines d'histones), la quantit d'ADN et l'arr |
Biochimie_Lippincott | angement de l'ADN. r ticulum. Choisissez UNE meilleure r ponse.3.1. Laquelle des mutations suivantes est la plus susceptible d'entra ner une r duction de l'expression de l'op ron lac ? A. cya (pas d'ad nylyl cyclase fabriqu e)B. i (pas de prot ine r pressive fabriqu e)C. Oc (l'op rateur ne peut pas lier la prot ine r pressive)D. L'un d'entre eux entra nant une alt ration de l'absorption du glucose Bonne r ponse = A. En l'absence de glucose, l'ad nylyl cyclase produit de l'ad nosine monophosphate cyclique (AMPc), qui forme un complexe avec la prot ine activatrice du catabolite (CAP). Le complexe AMPc-CAP se lie au site CAP sur l'ADN, ce qui permet l'ARN polym rase de se lier plus efficacement au promoteur de l'op ron lac, augmentant ainsi l'expression de l'op ron. Avec les mutations cya , l'ad nylyl cyclase n'est pas fabriqu e, et l'op ron ne peut donc pas tre exprim au maximum, m me lorsque le glucose est absent et que le lactose est pr sent. L'absence d'une prot ine r pressive ou la diminution de la capacit du r presseur se lier l'op rateur entra ne une expression constitutive (essentiellement constante) de l'op ron lac. 3.2. Lequel des l ments suivants est le mieux d crit comme cis-agissant ?A. Prot ine de liaison l' l ment de r ponse l'ad nosine monophosphate cyclique B. Op rateurC. Prot ine r pressiveD. R cepteur nucl aire de l'hormone thyro dienne Bonne r ponse = B. L'op rateur fait partie de l'ADN lui-m me, tout comme le cisgenre. La prot ine de liaison l' l ment de r ponse cyclique de l'ad nosine monophosphate, la prot ine r pressrice et la prot ine du r cepteur nucl aire de l'hormone thyro dienne sont des mol cules qui diffusent (transitent) vers l'ADN, se lient et affectent l'expression de cet ADN et sont donc trans-actantes. 3.3. Lequel des l ments suivants est la base de l'expression sp cifique de l'intestin de l'apolipoprot ine B-48 ? A. R arrangement et perte d'ADNB. Transposition de l'ADNC. pissage alternatif de l'ARN D. dition de l'ARNE. Interf rence ARN Bonne r ponse = D. La production d'apolipoprot ine (apo) B-48 dans l'intestin et d'apo B-100 dans le foie est le r sultat de l' dition de l'ARN dans l'intestin, o un codon sensoriel est transform en codon non-sens par d samination post-transcriptionnelle de la cytosine en uracile. Le r arrangement et la transposition de l'ADN, ainsi que l'interf rence de l'ARN et l' pissage alternatif, modifient l'expression des g nes mais ne sont pas la base de la production tissulaire sp cifique de l'apo B-48. 3.4. Laquelle des situations suivantes est la plus susceptible d' tre vraie dans l'h mochromatose, une maladie de l'accumulation de fer ? Un. L'ARN messager du r cepteur de la transferrine est stabilis par la liaison des prot ines r gulatrices du fer ses l ments sensibles au fer 3. B. L'ARN messager du r cepteur de la transferrine n'est pas li aux prot ines r gulatrices du fer et est d grad . C. L'ARN messager de la ferritine n'est pas li par des prot ines r gulatrices du fer au niveau de son l ment 5' sensible au fer et est traduit. D. L'ARN messager de la ferritine est li par des prot ines r gulatrices du fer et n'est pas traduit. E. B et C sont tous deux corrects. Bonne r ponse = E. Lorsque les niveaux de fer dans le corps sont lev s, comme on le voit avec l'h mochromatose, il y a une synth se accrue de la mol cule de stockage du fer, la ferritine, et une diminution de la synth se du r cepteur de la transferrine (TfR) qui m die l'absorption du fer par les cellules. Ces effets sont le r sultat du fait que les l ments sensibles au fer cis ne sont pas li s par les prot ines r gulatrices du fer transactantes, ce qui entra ne une d gradation de l'ARN messager (ARNm) pour TfR et une traduction accrue de l'ARNm pour la ferritine. 3.5. Les patientes atteintes d'un cancer du sein r cepteurs d' strog nes positifs (sensibles aux hormones) peuvent tre trait es avec le m dicament tamoxif ne, qui se lie au r cepteur nucl aire des strog nes sans l'activer. Laquelle des situations suivantes est l'issue la plus logique de l'utilisation du tamoxif ne ? A. Augmentation de l'ac tylation des g nes sensibles aux strog nesB. Augmentation de la croissance des cellules canc reuses du sein r cepteurs d' strog nes positifs C. Augmentation de la production d'ad nosine monophosphate cyclique. Inhibition de l' strog ne op ronE. Inhibition de la transcription des g nes sensibles aux strog nes Bonne r ponse = E. Le tamoxif ne entre en comp tition avec l' strog ne pour se lier au r cepteur nucl aire de l' strog ne. Le tamoxif ne ne parvient pas activer le r cepteur, emp chant sa liaison aux s quences d'ADN qui r gulent la hausse l'expression des g nes sensibles aux strog nes. Le tamoxif ne bloque alors les effets de croissance de ces g nes et entra ne l'inhibition de la croissance des cellules canc reuses du sein d pendantes des strog nes. L'ac tylation augmente la transcription en relaxant le nucl osome. L'ad n |
Biochimie_Lippincott | osine monophosphate cyclique est un signal r gulateur m di par les r cepteurs la surface des cellules plut t que par les r cepteurs nucl aires. Les cellules de mammif res n'ont pas d'op rons. 3.6. La r gion ZYA de l'op ron lac sera exprim e au maximum si : A. les taux d'ad nosine monophosphate cyclique sont faibles.B. le glucose et le lactose sont tous deux disponibles.C. la boucle de tige d'att nuation est capable de se former. D. le site de la PAC est occup . Bonne r ponse = D. Ce n'est que lorsque le glucose a disparu, que les taux d'ad nosine monophosphate cyclique (AMPc) sont augment s, que le complexe AMPc-prot ine activatrice du catabolite (CAP) est li au site CAP et que le lactose est disponible que l'op ron est exprim au maximum (induit). Si du glucose est pr sent, l'op ron est d sactiv la suite de la r pression des catabolites. L'op ron lac n'est pas r gul par l'att nuation, un m canisme d'arr t de la transcription chez certains op rons tels que l'op ron trp. 3.7. L'inactivation du chromosome X est un processus par lequel l'un des deux chromosomes X chez les femelles mammif res est condens et inactiv pour emp cher la surexpression des g nes li s l'X. Qu'est-ce qui serait le plus probablement vrai propos du degr de m thylation de l'ADN et d'ac tylation des histones sur le chromosome X inactiv ? Les cytosines dans les lots CpG seraient hyperm thyl es et les prot ines histones seraient d sac tyl es. Les deux conditions sont associ es une diminution de l'expression des g nes, et les deux sont importantes dans le maintien de l'inactivation de X. Pour obtenir d'autres documents auxiliaires relatifs ce chapitre, veuillez consulter le site thePoint. I. APER U Dans le pass , les efforts pour comprendre les g nes et leur expression ont t confondus par l'immensit et la complexit de l'acide d soxyribonucl ique (ADN) humain. Le g nome humain contient ~3 milliards (109) de paires de bases (pb) qui codent pour 20 000 25 000 g nes codant pour des prot ines situ s sur 23 chromosomes dans le g nome haplo de. Il est maintenant possible de d terminer la s quence nucl otidique de longs segments d'ADN, et l'ensemble du g nome humain a t s quenc . Cet effort (appel Human Genome Project et achev en 2003) a t rendu possible gr ce plusieurs outils qui ont d j contribu notre compr hension de nombreuses maladies g n tiques (Fig. 34.1). Il s'agit notamment de 1) la d couverte d'endonucl ases de restriction qui permettent le clivage d' normes mol cules d'ADN en fragments d finis, 2) le d veloppement de techniques de clonage qui fournissent un m canisme d'amplification de s quences nucl otidiques sp cifiques, et 3) la capacit de synth tiser des sondes sp cifiques, ce qui a permis l'identification et la manipulation de s quences nucl otidiques d'int r t. Ces approches exp rimentales et d'autres ont permis d'identifier des s quences nucl otidiques normales et mutantes dans l'ADN. Ces connaissances ont conduit au d veloppement de m thodes de diagnostic des maladies g n tiques et certains succ s dans le traitement des patients par th rapie g nique. [Remarque : Les g nomes de plusieurs virus, procaryotes et eucaryotes non humains ont galement t s quenc s.] II. ENDONUCL ASES DE RESTRICTION L'un des principaux obstacles l'analyse mol culaire de l'ADN g nomique est l'immense taille des mol cules impliqu es. La d couverte d'un groupe sp cial d'enzymes bact riennes, appel es endonucl ases de restriction (enzymes de restriction), qui clivent l'ADN double brin (ADNdb) en fragments plus petits et plus faciles g rer, a ouvert la voie l'analyse de l'ADN. Parce que chaque enzyme clive l'ADNdb au niveau d'une s quence nucl otidique sp cifique (site de restriction), les enzymes de restriction sont utilis es exp rimentalement pour obtenir des segments d'ADN d finis avec pr cision appel s fragments de restriction. A. Sp cificit Les endonucl ases de restriction reconnaissent de courts segments d'ADNdb (4 8 pb) qui contiennent des s quences nucl otidiques sp cifiques. Ces s quences, qui diff rent pour chaque enzyme de restriction, sont des palindromes, c'est- -dire qu'elles pr sentent une double sym trie de rotation (Fig. 34.2). Cela signifie que, dans une courte r gion de l'ADNdb, la s quence nucl otidique sur les deux brins est identique si chacun est lu dans la direction 5' 3. Par cons quent, si vous retournez la page (c'est- -dire que vous la faites pivoter de 180 autour de son axe de sym trie), la s quence reste la m me. Chez les bact ries, les endonucl ases de restriction limitent (restreignent) l'expression de l'ADN non bact rien ( tranger) par clivage. L'ADN bact rien est prot g du clivage par la m thylation de l'ad nine au site de restriction. B. Nomenclature Une enzyme de restriction est nomm e d'apr s l'organisme dont elle a t isol e. La premi re lettre du nom provient du genre de la bact rie. Les deux lettres suivantes proviennent du nom de l'esp ce. Une lettre sup |
Biochimie_Lippincott | pl mentaire indique le type ou la souche (au besoin), et un chiffre (en chiffres romains) est ajout pour indiquer l'ordre dans lequel l'enzyme a t d couverte dans cet organisme particulier. Par exemple, HaeIII est la troisi me endonucl ase de restriction isol e de la bact rie Haemophilus aegyptius. C. Extr mit s collantes et mouss es Les enzymes de restriction clivent l'ADNdb de mani re produire un groupe 3-hydroxyle une extr mit et un groupe 5-phosphate l'autre. Certaines endonucl ases de restriction, telles que TaqI, forment des coupes d cal es qui produisent des extr mit s collantes ou coh sives (c'est- -dire que les fragments d'ADN r sultants ont des r gions monocat naires qui sont compl mentaires les unes des autres), comme le montre la figure 34.3. D'autres endonucl ases de restriction, telles que HaeIII, produisent des fragments dont les extr mit s sont mouss es et qui sont enti rement double brin et, par cons quent, ne forment pas de liaisons hydrog ne entre elles. En utilisant l'enzyme ADN ligase (voir p. 418), les extr mit s collantes d'un fragment d'ADN d'int r t peuvent tre jointes de mani re covalente avec d'autres fragments d'ADN qui ont des extr mit s collantes produites par un clivage avec la m me endonucl ase de restriction (Fig. 34.4). [Remarque : Une ligase cod e par le bact riophage T4 peut joindre de mani re covalente des fragments extr mit mouss e.] D. Sites de restriction Une s quence d'ADN qui est reconnue et coup e par une enzyme de restriction est appel e un site de restriction. Les endonucl ases de restriction clivent l'ADNdb en fragments de tailles diff rentes selon la taille de la s quence reconnue. Par exemple, une enzyme qui reconna t une s quence sp cifique de 4 pb produit de nombreuses coupures dans la mol cule d'ADN, une tous les 44 pb. En revanche, une enzyme n cessitant une s quence unique de 6 pb produit moins de coupures (une tous les 46 pb) et, par cons quent, des morceaux plus longs. Des centaines de ces enzymes, chacune ayant des sp cificit s de clivage diff rentes (variant la fois dans les s quences nucl otidiques et la longueur des sites de reconnaissance), sont disponibles dans le commerce. III. CLONAGE DE L'ADN L'introduction d'une mol cule d'ADN trang re dans une cellule r plicative permet le clonage ou l'amplification (c'est- -dire la production de nombreuses copies identiques) de cet ADN. [Remarque : L'ADN humain pour le clonage peut tre obtenu partir de sang, de salive et de tissus solides.] Dans certains cas, un seul fragment d'ADN peut tre isol et purifi avant le clonage. Plus fr quemment, pour cloner une s quence nucl otidique d'int r t, l'ADN cellulaire total est d'abord cliv avec une enzyme de restriction sp cifique, cr ant des centaines de milliers de fragments. Chacun des fragments d'ADN r sultants est li une mol cule de vecteur d'ADN (appel e vecteur de clonage) pour former une mol cule d'ADN hybride, ou recombinante. Chaque mol cule recombinante transporte son fragment d'ADN ins r dans un seul cellule h te (par exemple, une bact rie), o elle est r pliqu e. [Remarque : Le processus d'introduction d'ADN tranger dans une cellule est appel transformation pour les bact ries et les levures et transfection pour les eucaryotes sup rieurs.] Au fur et mesure que la cellule h te se multiplie, elle forme un clone dans lequel chaque bact rie contient des copies du m me fragment d'ADN ins r , d'o le nom de clonage . L'ADN clon peut tre lib r de son vecteur par clivage ( l'aide de l'endonucl ase de restriction appropri e) et isol . Gr ce ce m canisme, de nombreuses copies identiques de l'ADN d'int r t peuvent tre produites. [Remarque : Une alternative l'amplification par clonage biologique, la r action en cha ne par polym rase (PCR), est d crite la page 495.] A. Vecteurs Un vecteur est une mol cule d'ADN laquelle est joint le fragment d'ADN cloner. Les propri t s essentielles d'un vecteur comprennent 1) la capacit de r plication autonome au sein d'une cellule h te, 2) la pr sence d'au moins une s quence nucl otidique sp cifique reconnue par une endonucl ase de restriction, et 3) la pr sence d'au moins un g ne (tel qu'un g ne de r sistance aux antibiotiques) qui conf re la capacit de s lectionner le vecteur. Les vecteurs couramment utilis s sont les plasmides et les virus. 1. Plasmides procaryotes : Les organismes procaryotes contiennent g n ralement des chromosomes uniques, grands et circulaires. De plus, la plupart des esp ces de bact ries contiennent normalement de petites mol cules d'ADN extrachromosomiques circulaires appel es plasmides (Fig. 34.5). L'ADN plasmidique subit une r plication qui peut ou non tre synchronis e avec la division chromosomique. Les plasmides peuvent porter des g nes qui transmettent la r sistance aux antibiotiques la bact rie h te et peuvent faciliter le transfert de l'information g n tique d'une bact rie une autre. Ils peuvent tre facilement isol s partir de ce |
Biochimie_Lippincott | llules bact riennes, leur ADN circulaire cliv des sites sp cifiques par des endonucl ases de restriction, et jusqu' 15 kb (kilobases) d'ADN tranger (coup avec la m me enzyme de restriction) ins r . Le vecteur plasmidique recombinant peut tre introduit dans une bact rie, produisant un grand nombre de copies du plasmide. Les bact ries sont cultiv es en pr sence d'antibiotiques, s lectionnant ainsi des cellules contenant les plasmides hybrides, qui fournissent une r sistance aux antibiotiques (Fig. 34.6). Des plasmides artificiels sont r guli rement construits. Un exemple est le pBR322 classique (voir Fig. 34.5), qui contient une origine de r plication, deux g nes de r sistance aux antibiotiques et >40 sites de restriction uniques. L'utilisation des plasmides est limit e par la taille de l'ADN qui peut tre ins r . 2. Autres vecteurs : La mise au point de vecteurs am lior s capables d'accueillir plus efficacement de plus grands segments d'ADN, ou d'exprimer les g nes passagers dans diff rents types de cellules, a contribu la recherche en g n tique mol culaire et aux th rapies. En plus des plasmides procaryotes d crits ci-dessus, les virus naturels qui infectent les bact ries (bact riophage , par exemple) ou les cellules de mammif res (r trovirus, par exemple), ainsi que les constructions artificielles telles que les cosmides et les chromosomes artificiels de bact ries ou de levures (BAC ou YAC, respectivement), sont actuellement utilis s comme vecteurs de clonage. [Remarque : BAC et YAC peuvent accepter des insertions d'ADN de 100 300 kb et de 250 1 000 kb, respectivement.] B. Banques d'ADN Une banque d'ADN est une collection de fragments de restriction clon s de l'ADN d'un organisme. Deux types de banques sont couramment utilis s : les banques g nomiques et les banques d'ADN compl mentaire (ADNc). Les banques g nomiques contiennent id alement une copie de chaque s quence nucl otidique d'ADN dans le g nome. En revanche, les banques d'ADNc contiennent des s quences d'ADN qui n'apparaissent que sous forme de mol cules d'ARN messager trait (ARNm), et celles-ci diff rent selon le type de cellule et les conditions environnementales. [Remarque : l'ADNc n'a pas d'introns et les r gions de contr le des g nes, alors que ceux-ci sont pr sents dans l'ADN g nomique.] 1. Banques d'ADN g nomique : Une banque g nomique est cr e par digestion de l'ADN total d'un organisme avec une endonucl ase de restriction et par ligature ult rieure un vecteur appropri . L'ADN recombinant Les mol cules se r pliquent au sein des bact ries h tes. Ainsi, les fragments d'ADN amplifi s repr sentent collectivement l'ensemble du g nome de l'organisme et sont appel s une biblioth que g nomique. Quelle que soit l'enzyme de restriction utilis e, il y a de fortes chances que le g ne d'int r t contienne plus d'un site de restriction reconnu par cette enzyme. Si c'est le cas, et si l'on laisse la digestion aller jusqu'au bout, le g ne d'int r t est fragment (c'est- -dire qu'il n'est contenu dans aucun clone de la biblioth que). Pour viter ce r sultat g n ralement ind sirable, une digestion partielle est effectu e dans laquelle la quantit ou le temps d'action de l'enzyme est limit . Il en r sulte que le clivage ne se produit qu' une fraction des sites de restriction sur une mol cule d'ADN, produisant ainsi des fragments de ~20 kb. Les enzymes qui coupent tr s fr quemment (c'est- -dire celles qui reconnaissent les s quences de 4 pb) sont g n ralement utilis es cette fin, de sorte que le r sultat est une collection presque al atoire de fragments. Cela garantit un haut degr de probabilit que le g ne d'int r t soit contenu, intact, dans un fragment. 2. Banques d'ADN compl mentaires : Si un g ne codant pour une prot ine d'int r t est exprim un niveau lev dans un tissu particulier, l'ARNm transcrit partir de ce g ne est probablement galement pr sent des concentrations lev es dans les cellules de ce tissu. Par exemple, l'ARNm des r ticulocytes est compos en grande partie de mol cules qui codent pour les cha nes -globine et -globine de l'h moglobine A (HbA). Cet ARNm peut tre utilis comme matrice pour fabriquer une mol cule d'ADNc l'aide de l'enzyme transcriptase inverse (Fig. 34.7). Par cons quent, l'ADNc r sultant est une copie double brin de l'ARNm. [Remarque : L'ARNm matrice est isol de l'ARN de transfert et de l'ARN ribosomique par la pr sence de sa queue poly-A.] L'ADNc peut tre amplifi par clonage biologique ou par PCR. Il peut tre utilis comme sonde pour localiser le g ne qui code l'ARNm original (ou des fragments du g ne) dans des m langes contenant de nombreux fragments d'ADN non apparent s. Si l'ARNm utilis comme matrice est un m lange de nombreuses esp ces de tailles diff rentes, l'ADNc r sultant est h t rog ne. Ces m langes peuvent tre clon s pour former une banque d'ADNc. Comme l'ADNc n'a pas d'introns, il peut tre clon en un vecteur d'expression pour la synth se de prot ines eucaryotes |
Biochimie_Lippincott | par les bact ries (Fig. 34.8). Ces plasmides sp ciaux contiennent un promoteur bact rien pour la transcription de l'ADNc et une s quence de Shine-Dalgarno (SD) (voir p. 454) qui permet au ribosome bact rien d'initier la traduction de la mol cule d'ARNm r sultante. L'ADNc est ins r en aval du promoteur et l'int rieur d'un g ne d'une prot ine exprim e dans la bact rie (par exemple, lacZ ; voir p. 466), de sorte que l'ARNm produit contient une s quence SD, quelques codons pour la prot ine bact rienne et tous les codons pour la prot ine eucaryote. Cela permet une expression plus efficace et aboutit la production d'une prot ine de fusion. [Remarque : L'insuline humaine th rapeutique est fabriqu e dans des bact ries gr ce cette technologie. Cependant, les modifications co-traductionnelles et post-traductionnelles tendues requises pour la plupart des autres prot ines humaines (par exemple, les facteurs de coagulation sanguine) n cessitent l'utilisation d'h tes eucaryotes, voire mammif res.] S quen age de fragments d'ADN clon s La s quence de base des fragments d'ADN clon s peut tre d termin e. La proc dure originale cet effet tait la m thode de terminaison de la cha ne did soxy de Sanger illustr e la figure 34.9. Dans cette m thode, l'ADN simple brin (ADNsb) s quencer est utilis comme matrice pour la synth se de l'ADN par l'ADN polym rase (ADN pol). Une amorce radiomarqu e compl mentaire l'extr mit 3 de l'ADN cible est ajout e, ainsi que les quatre d soxyribonucl osides triphosphates (dNTP). L' chantillon est divis en quatre tubes r actionnels, et une petite quantit de l'un des quatre did soxyribonucl osides triphosphates (ddNTP) est ajout e chaque tube. Parce qu'il ne contient pas de groupe 3'-hydroxyle, l'incorporation d'un ddNMP met fin l'allongement ce point. Les produits de cette r action sont donc constitu s d'un m lange de brins d'ADN de diff rentes longueurs, chacun se terminant une base sp cifique. La s paration des diff rents produits de l'ADN par taille dans un champ lectrique l'aide de l' lectrophor se sur gel de polyacrylamide, suivie d'une autoradiographie, permet d'obtenir un mod le de bandes partir duquel la s quence de base de l'ADN peut tre lue. [Remarque : Plus le fragment est court, plus il se d place loin sur le gel, le fragment le plus court repr sentant celui qui a t fabriqu en premier (c'est- -dire l'extr mit 5).] Au lieu d'un appr t marqu , un m lange des quatre ddNTP li diff rents colorants fluorescents et dans un Le tube r action unique est maintenant couramment utilis . Le m lange est s par par lectrophor se capillaire, les marqueurs fluorescents sont d tect s et une lecture couleur de la s quence est g n r e (Fig. 34.10). [Remarque : Le Projet G nome Humain a utilis des variantes de cette technique pour s quencer le g nome humain.] Les progr s de la technologie de s quen age, ce que l'on appelle la prochaine g n ration, ou s quen age haut d bit, permettent d sormais le s quen age rapide d'un g nome entier avec une fid lit accrue et un co t r duit gr ce au s quen age simultan (parall le) de nombreux morceaux d'ADN. [Remarque : Le s quen age de l'exome, cette partie du g nome qui code pour les prot ines, est maintenant possible.] IV. ENQU TES Le clivage de grandes mol cules d'ADN par des enzymes de restriction produit un norme ventail de fragments. Comment la s quence d'ADN d'int r t peut-elle tre choisie dans un tel m lange ? La r ponse r side dans l'utilisation d'une sonde, un court morceau d'ADNsb ou d'ARN, marqu avec un radio-isotope, comme le 32P, ou avec une mol cule non radioactive, comme la biotine ou un colorant fluorescent. La s quence d'une sonde est compl mentaire une s quence de l'ADN d'int r t, appel e ADN cible. Les sondes sont utilis es pour identifier quelle bande d'un gel ou quel clone d'une banque contient l'ADN cible, un processus appel criblage. A. Hybridation l'ADN L'utilit des sondes d pend du processus d'hybridation (ou recuit) dans lequel une sonde contenant une s quence compl mentaire se lie une s quence monocat naire d'un ADN cible. L'ADNsb, produit par d naturation alcaline de l'ADNdb, est d'abord li un support solide, tel qu'une membrane de nitrocellulose. Les brins d'ADN immobilis s ne peuvent pas s'auto-recuitr, mais sont disponibles pour l'hybridation avec la sonde exog ne, radiomarqu e et monocat naire. L' tendue de l'hybridation est mesur e par la r tention de la radioactivit sur la membrane. Les mol cules de sonde en exc s qui ne s'hybrident pas sont limin es par lavage de la membrane. B. Sondes oligonucl otidiques synth tiques Si la s quence de tout ou partie de l'ADN cible est connue, de courtes sondes oligonucl otidiques simple brin peuvent tre synth tis es qui sont compl mentaires une petite r gion du g ne d'int r t. Si la s quence du g ne est inconnue, la s quence d'acides amin s de la prot ine, le produit final du g ne, peut tre utilis e pour construire une sonde d'a |
Biochimie_Lippincott | cide nucl ique en utilisant le code g n tique comme guide. En raison de la d g n rescence du code g n tique (voir p. 449), il est n cessaire de synth tiser plusieurs oligonucl otides. [Remarque : Les oligonucl otides peuvent tre utilis s pour d tecter les changements de base unique dans la s quence laquelle ils sont compl mentaires. En revanche, les sondes d'ADNc contiennent plusieurs milliers de bases, et leur liaison un ADN cible avec un changement de base unique n'est pas affect e.] 1. D tection de la mutation de la S-globine : Une sonde synth tique d'oligonucl otide sp cifique de l'all le (ASO) peut tre utilis e pour d tecter la pr sence de la mutation dr panocytaire dans le g ne de la -globine (Fig. 34.11). L'ADN, isol des globules blancs (GB) et amplifi , est d natur et appliqu sur une membrane. Une sonde oligonucl otidique radiomarqu e, compl mentaire la mutation ponctuelle (GAG GTG, glutamate valine) au niveau du codon 6 chez les patients porteurs du g ne S, est appliqu e sur la membrane. L'ADN isol d'un individu h t rozygote (trait dr panocytaire) ou d'un patient homozygote (an mie falciforme) contient une s quence compl mentaire la sonde et une forme hybride double brin peut tre d tect e. En revanche, l'ADN obtenu partir d'individus normaux n'est pas compl mentaire cette position et, par cons quent, ne forme pas d'hybride (voir Fig. 34.11). L'utilisation d'une paire de ces sondes ASO (l'une sp cifique de l'all le normal et l'autre sp cifique de l'all le mutant) permet de distinguer les trois g notypes possibles (homozygote normal, h t rozygote et homozygote mutant) (Fig. 34.12). [Remarque : les sondes ASO ne sont utiles que si la mutation et son emplacement sont connus.] C. Sondes biotinyl esParce que l' limination des d chets radioactifs devient de plus en plus co teuse, les sondes non radiomarqu es ont t d velopp s. L'un des plus r ussis est bas sur la vitamine biotine (voir p. 385), qui peut tre chimiquement li e aux nucl otides utilis s pour synth tiser la sonde. La biotine a t choisie parce qu'elle se lie tr s tenace l'avidine, une prot ine facilement disponible contenue dans les blancs d' ufs de poule. Avidin peut tre fix un colorant fluorescent d tectable optiquement avec une grande sensibilit . Ainsi, un fragment d'ADN (mis en vidence, par exemple, par lectrophor se sur gel) qui s'hybride avec la sonde biotinyl e peut tre rendu visible en immergeant le gel dans une solution d'avidine coupl e un colorant. Apr s avoir limin l'exc s d'avidine, le fragment d'ADN qui lie la sonde est fluorescent. [Remarque : Les sondes marqu es peuvent permettre la d tection et la localisation de s quences d'ADN ou d'ARN dans des pr parations cellulaires ou tissulaires, un processus appel hybridation in situ (ISH). Si la sonde est fluorescente (F), la technique est appel e FISH.] D. Anticorps Si aucune information sur la s quence d'acides amin s n'est disponible pour guider la synth se d'une sonde pour la d tection directe de l'ADN d'int r t, un g ne peut tre identifi indirectement en clonant de l'ADNc dans un vecteur d'expression qui permet de transcrire et de traduire l'ADNc clon . Un anticorps marqu est utilis pour identifier quelle colonie bact rienne produit la prot ine et, par cons quent, contient l'ADNc d'int r t. V. TRANSFERT DE SOUTHERN Le transfert de Southern est une technique qui combine l'utilisation d'enzymes de restriction, d' lectrophor se et de sondes d'ADN pour g n rer, s parer et d tecter des morceaux d'ADN. A. Proc dure Cette m thode, du nom de son inventeur, Edward Southern, comporte les tapes suivantes (Fig. 34.13). Tout d'abord, l'ADN est extrait de cellules, par exemple, les globules blancs d'un patient. Deuxi mement, l'ADN est cliv en de nombreux fragments l'aide d'une enzyme de restriction. Troisi mement, les fragments r sultants (qui sont tous charg s n gativement) sont s par s en fonction de leur taille par lectrophor se. [Remarque : Parce que les gros fragments se d placent plus lentement que les plus petits, la longueur des fragments, g n ralement exprim e en nombre de paires de bases, peut tre calcul e en comparant la position de la bande par rapport aux fragments standard de taille connue.] Les fragments d'ADN contenus dans le gel sont d natur s et transf r s (tamponn s) sur une membrane de nitrocellulose pour analyse. Si l'ADN d'origine repr sente l'ensemble du g nome de l'individu, la digestion enzymatique contient 106 fragments. Le g ne d'int r t se trouve sur un seul (ou quelques-uns si le g ne lui-m me tait fragment ) de ces morceaux d'ADN. Si tous les fragments d'ADN taient visualis s par une technique non sp cifique, ils appara traient comme un flou non r solu de bandes qui se chevauchent. Pour viter cela, la derni re tape du transfert Southern utilise une sonde pour identifier les fragments d'ADN d'int r t. Les mod les observ s lors de l'analyse par transfert de Southern d pendent la fois de l'endonuc |
Biochimie_Lippincott | l ase de restriction sp cifique et de la sonde utilis e pour visualiser les fragments de restriction. [Note : Les variantes du transfert de Southern ont t fac tieusement nomm es nord si l'ARN est tudi (voir p. 499) et ouest si la prot ine est tudi e (voir p. 500), ce qui ne se rapporte ni au nom de qui que ce soit ni des points cardinaux.] B. D tection des mutations Le transfert de Southern peut d tecter des mutations de l'ADN telles que de grandes insertions ou d l tions de trinucl otides, des expansions r p t es de trinucl otides et des r arrangements de nucl otides. Il peut galement d tecter des mutations ponctuelles (remplacement d'un nucl otide par un autre ; voir p. 449) qui causent la perte ou le gain de sites de restriction. De telles mutations font que le motif des bandes diff re de ceux observ s avec un g ne normal. Des fragments plus longs sont g n r s si un site de restriction est perdu. Par exemple, dans la Figure 34.13, la personne 2 n'a pas de site de restriction pr sent chez la personne 1. Alternativement, la mutation ponctuelle peut cr er un nouveau site de clivage avec la production de fragments plus courts. [Remarque : La plupart des diff rences de s quence aux sites de restriction sont des variations inoffensives de l'ADN.] VI. POLYMORPHISME DE LONGUEUR DE FRAGMENT DE RESTRICTION On estime que les g nomes de deux personnes non apparent es sont identiques 99,5 %. Avec 6 milliards de pb dans le g nome humain diplo de, cela repr sente une variation de ~30 millions de pb. Ces variations g nomiques sont le r sultat de mutations qui conduisent des polymorphismes. Un polymorphisme est un changement de g notype qui peut entra ner aucun changement de ph notype ou un changement de ph notype qui est inoffensif, provoque une susceptibilit accrue une maladie ou, rarement, provoque la maladie. Elle est traditionnellement d finie comme une variation de s quence un locus donn (all le) chez >1 % d'une population. Les polymorphismes se produisent principalement dans les 98 % du g nome qui ne codent pas pour les prot ines (c'est- -dire dans les introns et les r gions interg niques). Un polymorphisme de longueur de fragment de restriction (RFLP) est une variante g n tique qui peut tre observ e en clivant l'ADN en fragments (fragments de restriction) avec une endonucl ase de restriction. La longueur des fragments de restriction est modifi e si le variant modifie l'ADN de mani re cr er ou abolir un site de restriction. La RFLP peut tre utilis e pour d tecter des variations g n tiques humaines, par exemple, chez les parents potentiels ou dans les tissus f taux. A. Variations de l'ADN entra nant une RFLP Deux types de variations de l'ADN entra nent g n ralement une RFLP : les modifications d'une seule base dans la s quence d'ADN et les r p titions en tandem des s quences d'ADN. 1. Changements base unique : Environ 90 % de la variation du g nome humain se pr sente sous la forme de polymorphismes nucl otidiques simples (SNP, prononc s snips ), c'est- -dire des variations qui n'impliquent qu'une seule base (Fig. 34.14). La substitution d'un nucl otide sur un site de restriction peut rendre le site m connaissable par une endonucl ase de restriction particuli re. Un nouveau site de restriction peut galement tre cr par le m me m canisme. Dans les deux cas, le clivage avec une endonucl ase donne des fragments de longueurs diff rentes de la normale et pouvant tre d tect s par hybridation de l'ADN (voir Fig. 34.13). Le site de restriction alt r peut se trouver soit sur le site d'une mutation causant la maladie (rare), soit sur un site situ une certaine distance de la mutation. [Remarque : Le HapMap, d velopp par l'International Haplotype Map Project, est un catalogue de SNP communs dans le g nome humain. Les donn es sont utilis es dans des tudes d'association pang nomique (GWAS) pour identifier les all les qui affectent la sant et la maladie.] 2. R p titions en tandem : Les polymorphismes dans l'ADN chromosomique peuvent galement r sulter de la pr sence d'un nombre variable de r p titions en tandem (VNTR), comme le montre la figure 34.15. Il s'agit de courtes s quences d'ADN des endroits dispers s dans le g nome, r p t es en tandem (l'une apr s l'autre). Le nombre de ces unit s r p t es varie d'une personne l'autre, mais il est unique pour chaque individu donn et, par cons quent, sert d' empreinte digitale mol culaire. Le clivage par les enzymes de restriction produit des fragments dont la longueur varie en fonction du nombre de segments r p t s contenus dans le fragment (voir Fig. 34.15). De nombreux loci VNTR diff rents ont t identifi s et sont extr mement utiles pour l'analyse des empreintes g n tiques, par exemple dans les affaires m dico-l gales et de paternit . Il est important de souligner que ces polymorphismes, qu'il s'agisse de SNP ou de VNTR, sont simplement des marqueurs qui, dans la plupart des cas, n'ont aucun effet connu sur la structure, la foncti |
Biochimie_Lippincott | on ou le taux de production d'une prot ine particuli re. B. Tra age des chromosomes du parent la prog niture Si l'ADN d'un individu a gagn un site de restriction par substitution de bases, alors le clivage enzymatique produit au moins un fragment suppl mentaire. l'inverse, si une mutation entra ne la perte d'un site de restriction, moins de fragments sont produits par clivage enzymatique. Un individu h t rozygote pour un polymorphisme a une variation de s quence dans l'ADN d'un chromosome et non dans le chromosome homologue. Chez de tels individus, chaque chromosome peut tre retrac du parent la prog niture en d terminant la pr sence ou l'absence du polymorphisme. Diagnostic pr natal Les familles ayant des ant c dents de maladie g n tique grave, comme un enfant pr c dent atteint ou un parent proche, peuvent souhaiter d terminer la pr sence de la maladie chez un f tus en d veloppement. Diagnostic pr natal, en association Avec le conseil g n tique, permet une d cision reproductive clair e si le f tus est affect . 1. M thodes disponibles : Les m thodes de diagnostic disponibles varient en sensibilit et en sp cificit . La visualisation du f tus, par exemple l'aide d'appareils ultrasons ou fibre optique (f toscopie), n'est utile que si l'anomalie g n tique entra ne des anomalies anatomiques macroscopiques (par exemple, des anomalies du tube neural [ATN]). La composition chimique du liquide amniotique peut galement fournir des indices diagnostiques. Par exemple, la pr sence de niveaux lev s d' f toprot ine est associ e aux MTN. Les cellules f tales obtenues partir de liquide amniotique ou d'une biopsie des villosit s choriales peuvent tre utilis es pour le caryotype, qui value la morphologie des chromosomes en m taphase. Les techniques de coloration et de tri cellulaire permettent d'identifier rapidement les trisomies et les translocations qui produisent un chromosome suppl mentaire ou des chromosomes de longueurs anormales. Cependant, l'analyse mol culaire de l'ADN f tal fournit l'image g n tique la plus d taill e. 2. Sources d'ADN : L'ADN peut tre obtenu partir de cellules sanguines, de liquide amniotique ou de villosit s choriales (Fig. 34.16). Pour le liquide amniotique, il tait auparavant n cessaire de cultiver des cellules pendant 2 3 semaines afin d'avoir suffisamment d'ADN pour l'analyse. La possibilit d'amplifier l'ADN par PCR a consid rablement raccourci le temps n cessaire une analyse de l'ADN. 3. Diagnostic direct de la dr panocytose l'aide de la RFLP : Les troubles g n tiques de l'Hb sont les maladies g n tiques les plus courantes chez l'homme. Dans le cas de la dr panocytose (Fig. 34.17), la mutation ponctuelle l'origine de la maladie (voir p. 35) est en fait une seule et m me mutation qui donne naissance au polymorphisme. Cependant, la d tection directe par RFLP des maladies r sultant de mutations ponctuelles est limit e quelques maladies g n tiques. un. Efforts de diagnostic pr coce : Dans le pass , le diagnostic pr natal de la dr panocytose impliquait de d terminer la quantit et les types d'Hb synth tis s dans les globules rouges nucl s obtenus partir du sang f tal. Cependant, les proc dures invasives pour obtenir du sang f tal ont un taux de mortalit lev (~5%), et l'analyse ne peut tre effectu e que tard dans le deuxi me trimestre de la grossesse, lorsque l'HbA (et sa variante HbS) commence tre produite. Dans l'an mie falciforme, l'alt ration de la s quence provoqu e par la mutation ponctuelle abolit le site de reconnaissance de l'endonucl ase de restriction MstII : CCTNAGG (o N est un nucl otide ; voir Fig. 34.17). Ainsi, la mutation A-to-T dans le codon 6 du g ne de la S-globine limine un site de clivage pour l'enzyme. L'ADN normal dig r avec MstII produit un fragment de 1,15 kb, tandis qu'un fragment de 1,35 kb est g n r partir du g ne S la suite de la perte d'un site de clivage de MstII. Les techniques de diagnostic qui permettent l'analyse de l'ADN f tal partir de cellules amniotiques ou le pr l vement de villosit s choriales plut t que de sang f tal se sont av r es pr cieuses car elles permettent une d tection s re et pr coce de l'an mie falciforme ainsi que d'autres maladies g n tiques. [Remarque : Les troubles g n tiques caus s par des insertions ou des d l tions entre deux sites de restriction, plut t que par la cr ation ou la perte de sites de clivage, afficheront galement la RFLP.] 4. Diagnostic indirect de la ph nylc tonurie l'aide de la RFLP : Le g ne de la ph nylalanine hydroxylase (HAP), l'enzyme d ficiente en ph nylc tonurie ([PKU] voir p. 270), est situ sur le chromosome 12. Il s' tend sur ~90 kb d'ADN g nomique et contient 13 exons s par s par des introns (Fig. 34.18 ; voir p. 442 pour une description des exons et des introns). Les mutations du g ne de l'HTAP n'affectent g n ralement pas directement le site de reconnaissance des endonucl ases de restriction. Afin d' tablir un protocole de diagnostic de |
Biochimie_Lippincott | la PCU, l'ADN des membres de la famille de la personne affect e doit tre analys . L'objectif est d'identifier des marqueurs g n tiques (RFLP) qui sont troitement li s au trait de la maladie. Une fois ces marqueurs identifi s, l'analyse RFLP peut tre utilis e pour effectuer un diagnostic pr natal. un. Identification du g ne mutant : D terminer la pr sence du g ne mutant en identifiant le marqueur de polymorphisme peut tre effectu si deux conditions sont remplies. Tout d'abord, si le polymorphisme est troitement li une mutation productrice de la maladie, le g ne d fectueux peut tre retrac par d tection du RFLP. Par exemple, si l'ADN d'une famille porteuse d'un g ne pathog ne est examin par clivage de l'enzyme de restriction et transfert de Southern, il est parfois possible de trouver un RFLP qui est syst matiquement associ ce g ne (c'est- -dire qu'ils pr sentent un lien troit et sont coh r ditaires). Il est alors possible de retracer l'h r dit du g ne au sein d'une famille sans conna tre la nature du d faut g n tique ni sa localisation pr cise dans le g nome. [Remarque : Le polymorphisme peut tre connu de l' tude d'autres familles atteintes de la maladie ou peut tre d couvert comme tant unique dans la famille tudi e.] Deuxi mement, pour les troubles autosomiques r cessifs, tels que la PCU, la pr sence d'un individu affect dans la famille aiderait au diagnostic. Cet individu aurait la mutation pr sente sur les deux chromosomes, permettant l'identification de la RFLP associ e la maladie g n tique. b. Analyse RFLP : La pr sence de g nes anormaux pour l'HTAP peut tre mise en vidence l'aide de polymorphismes d'ADN comme marqueurs pour distinguer les g nes normaux et mutants. Par exemple, la figure 34.19 montre un motif typique obtenu lorsque l'ADN des membres d'une famille affect e est cliv avec une enzyme de restriction appropri e et soumis une lectrophor se. Les fl ches verticales repr sentent les sites de clivage de l'enzyme de restriction utilis e. La pr sence d'un site polymorphe cr e le fragment b dans l'autoradiogramme (apr s hybridation avec une sonde d'ADNc-HAP marqu e), alors que l'absence de ce site ne donne que le fragment a . Notons que le sujet II-2 d montre que le polymorphisme, comme le montre la pr sence du fragment b , est associ au g ne mutant. Par cons quent, dans cette famille particuli re, l'apparition du fragment b correspond la pr sence d'un site polymorphe qui marque le g ne anormal de l'HTAP. L'absence du fragment b correspond n'avoir que le g ne normal. Dans la Figure 34.19, l'examen de l'ADN f tal montre que le f tus a h rit de deux g nes anormaux des parents et, par cons quent, est atteint de PCU. c. Valeur des tests ADN : Les tests bas s sur l'ADN sont utiles non seulement pour d terminer si un f tus na tre est affect par la PCU, mais aussi pour d tecter les porteurs non affect s du g ne mut afin de faciliter la planification familiale. [Remarque : La PCU peut tre trait e par une restriction alimentaire de ph nylalanine. Un diagnostic et un traitement pr coces sont essentiels pour pr venir les l sions neurologiques graves chez les personnes touch es.] VII. R ACTION EN CHA NE PAR POLYM RASE La PCR est une m thode in vitro d'amplification d'une s quence d'ADN s lectionn e qui ne repose pas sur la m thode de clonage biologique (in vivo) d crite la p. 483. La PCR permet de synth tiser des millions de copies d'une s quence nucl otidique sp cifique en quelques heures. Il peut amplifier la s quence, m me lorsque la s quence cibl e repr sente moins d'une partie sur un million de l' chantillon initial total. La m thode peut tre utilis e pour amplifier des s quences d'ADN de n'importe quelle source, y compris virale, bact rienne, v g tale ou animale. Les tapes de la PCR sont r sum es dans les figures 34.20 et 34.21. A. Proc dure La PCR utilise l'ADN pol pour amplifier de mani re r p titive des parties cibl es de l'ADN g nomique ou de l'ADNc. Chaque cycle d'amplification double la quantit d'ADN dans l' chantillon, ce qui entra ne une augmentation exponentielle (2n, o n = num ro de cycle) de l'ADN avec des cycles d'amplification r p t s. Les produits d'ADN amplifi s peuvent ensuite tre s par s par lectrophor se sur gel, d tect s par transfert de Southern et hybridation, et s quenc s. 1. Construction de l'amorce : Il n'est pas n cessaire de conna tre la s quence nucl otidique de l'ADN cible dans la m thode PCR. Cependant, il est n cessaire de conna tre la s quence nucl otidique de segments courts de chaque c t de l'ADN cible. Ces tirements, appel s s quences flanquantes, encadrent la s quence d'ADN d'int r t. Les s quences nucl otidiques des r gions flanquantes sont utilis es pour construire deux oligonucl otides simple brin, g n ralement de 20 35 nucl otides de long, qui sont compl mentaires aux s quences flanquantes respectives. L'extr mit 3'-hydroxyle de chaque oligonucl otide pointe vers la s quence cible (v |
Biochimie_Lippincott | oir Fig. 34.20). Ces oligonucl otides synth tiques fonctionnent comme des amorces dans la PCR. 2. D naturation de l'ADN : L'ADN cible amplifier est chauff ~95 C pour s parer l'ADNdb en brins uniques. 3. Amorces de recuit : Les brins s par s sont refroidis ~50 C et les deux amorces (une pour chaque brin) sont recuites en une s quence compl mentaire sur l'ADNsb. 4. Amorces d'extension : de l'ADN pol et dNTP (en exc s) sont ajout s au m lange (~72 C) pour initier la synth se de deux nouveaux brins compl mentaires aux brins d'ADN d'origine. L'ADN pol ajoute des nucl otides l'extr mit 3-hydroxyle de l'amorce, et la croissance des brins s' tend dans la direction 5' 3' travers l'ADN cible, faisant des copies compl mentaires de la cible. [Remarque : les produits PCR peuvent comporter plusieurs milliers de paires de bases.] la fin d'un cycle de r plication, le m lange r actionnel est nouveau chauff pour s parer les brins (il y en a maintenant quatre). Chaque brin lie un appr t compl mentaire, et l' tape d'extension de l'appr t est r p t e. En utilisant un ADN poli thermostable (par exemple, Taq de la bact rie Thermus aquaticus qui vit normalement des temp ratures lev es), la polym rase n'est pas d natur e et, par cons quent, n'a pas besoin d' tre ajout e chaque cycle successif. Cependant, Taq manque d'activit de relecture. En r gle g n rale, 20 30 cycles sont ex cut s au cours de ce processus, amplifiant l'ADN d'un million de fois (220) un milliard de fois (230). [Remarque : Chaque produit d'extension comprend une s quence son extr mit 5 qui est compl mentaire l'amorce (voir Fig. 34.20). Ainsi, chaque brin nouvellement synth tis peut servir de mod le pour les cycles successifs (voir Fig. 34.21). Cela conduit une augmentation exponentielle de la quantit d'ADN cible chaque cycle, d'o le nom de r action en cha ne par polym rase . Des sondes peuvent tre r alis es pendant la PCR en ajoutant des nucl otides marqu s aux derniers cycles. B. Avantages Les principaux avantages de la PCR par rapport au clonage biologique en tant que m canisme d'amplification d'une s quence d'ADN sp cifique sont la sensibilit et la rapidit . Les s quences d'ADN pr sentes l' tat de traces peuvent tre amplifi es pour devenir la s quence pr dominante. La PCR est si sensible que les s quences d'ADN pr sentes dans une cellule individuelle peuvent tre amplifi es et tudi es. L'isolement et l'amplification d'une s quence d'ADN sp cifique par PCR sont plus rapides et moins difficiles techniquement que les m thodes de clonage traditionnelles utilisant des techniques d'ADN recombinant. C. ApplicationsLa PCR est devenue un outil tr s courant dans la recherche, la m decine l gale et le diagnostic clinique.1.Comparaison d'un g ne normal sa forme mutante : la PCR permet la synth se de l'ADN mutant en quantit suffisante quantit s pour un protocole de s quen age sans clonage biologique laborieux de l'ADN. 2. Analyse m dico-l gale d' chantillons d'ADN : La prise d'empreintes g n tiques par PCR a r volutionn l'analyse des preuves sur les sc nes de crime. L'ADN isol d'un seul cheveu humain, d'une minuscule tache de sang ou d'un chantillon de sperme est suffisant pour d terminer si l' chantillon provient d'un individu sp cifique. Les marqueurs d'ADN analys s pour une telle prise d'empreintes sont le plus souvent un type de polymorphisme connu sous le nom de courtes r p titions en tandem. Ceux-ci sont tr s similaires l'VNTR d crit pr c demment (voir p. 10). 491) mais sont de plus petite taille. [Remarque : le test de paternit utilise les m mes techniques.] 3. D tection de s quences d'acides nucl iques de faible abondance : Les virus qui ont une longue p riode de latence, comme le virus de l'immunod ficience humaine (VIH), sont difficiles d tecter au stade pr coce de l'infection l'aide des m thodes conventionnelles. La PCR offre une m thode rapide et sensible pour d tecter les s quences d'ADN viral, m me lorsque seule une petite proportion de cellules h berge le virus. [Remarque : La PCR quantitative (qPCR), galement connue sous le nom de PCR en temps r el, permet de quantifier la quantit (nombre de copies) de l'acide nucl ique cible apr s chaque cycle d'amplification (c'est- -dire en temps r el) plut t qu' la fin et est utile pour d terminer la charge virale (la quantit de virus).] 4. Diagnostic pr natal et d tection des porteurs de la mucoviscidose : La mucoviscidose est une maladie g n tique autosomique r cessive r sultant de mutations dans le g ne de la prot ine r gulatrice de la conductance transmembranaire de la mucoviscidose (CFTR). La mutation la plus courante est une d l tion trois bases qui entra ne la perte d'un r sidu de ph nylalanine de la prot ine CFTR (voir p. 450). Parce que l'all le mutant est plus court de trois bases que l'all le normal, il est possible de les distinguer les uns des autres par la taille des produits PCR obtenus en amplifiant cette partie de l'ADN. La |
Biochimie_Lippincott | figure 34.22 illustre comment les r sultats d'un tel test PCR permettent de distinguer les individus homozygotes normaux, h t rozygotes (porteurs) et homozygotes mutants (affect s). L'amplification simultan e de plusieurs r gions d'un ADN cible l'aide de plusieurs paires d'amorces est connue sous le nom de PCR multiplexe. Il permet de d tecter la perte d'exons 1 dans un g ne plusieurs exons comme le g ne de CFTR, qui a 27 exons. VIII. ANALYSE DE L'EXPRESSION G NIQUE Les outils de la biotechnologie permettent non seulement d' tudier la structure des g nes, mais aussi d'analyser l'ARNm et les produits prot iques de l'expression des g nes. Les niveaux d'ARNm sont g n ralement d termin s par l'hybridation de sondes marqu es soit avec l'ARNm lui-m me, soit avec de l'ADNc produit partir de l'ARNm. [Remarque : L'amplification par PCR d'ADNc fabriqu partir d'ARNm par transcriptase inverse (RT) r trovirale est appel e RT-PCR.] 1. Transferts de Northern Les transferts de Northern sont similaires aux transferts de Southern (voir la figure 34.13), sauf que l' chantillon contient un m lange de mol cules d'ARNm qui sont s par es par lectrophor se, puis transf r es sur une membrane et hybrid es avec une sonde radiomarqu e. Les bandes obtenues par autoradiographie donnent une mesure de la quantit et de la taille des mol cules d'ARNm dans l' chantillon. 2. Micror seaux : Les micror seaux d'ADN contiennent des milliers de s quences d'ADNsb immobilis es organis es dans une zone pas plus grande qu'une lame de microscope. Ces micror seaux sont utilis s pour analyser un chantillon afin de d tecter la pr sence de variations ou de mutations g n tiques (g notypage) ou pour d terminer les mod les de production d'ARNm (analyse de l'expression g nique), en analysant des milliers de g nes en m me temps. Pour l'analyse de g notypage, l' chantillon provient de l'ADN g nomique. Pour l'analyse de l'expression, la population de mol cules d'ARNm d'un type cellulaire particulier est converti en ADNc et marqu l'aide d'une tiquette fluorescente (Fig. 34.23). Ce m lange est ensuite expos une puce de g ne (ou d'ADN), qui est une lame de verre ou une membrane contenant des milliers de minuscules taches d'ADN, chacune correspondant un g ne diff rent. La quantit de fluorescence li e chaque point est une mesure de la quantit de cet ARNm particulier dans l' chantillon. Les micror seaux d'ADN sont utilis s pour d terminer les diff rents mod les d'expression g nique dans deux types de cellules diff rents (par exemple, les cellules normales et canc reuses ; voir Fig. 34.23). Ils peuvent galement tre utilis s pour sous-classer les cancers, tels que le cancer du sein, afin d'optimiser le traitement. [Remarque : Les micror seaux impliquant des prot ines et les anticorps ou d'autres prot ines qui les reconnaissent sont utilis s pour identifier des biomarqueurs afin d'aider au diagnostic, au pronostic et au traitement de la maladie en fonction du profil d'expression des prot ines d'un patient. Les puces prot ines (et ADN) sont des outils importants dans le d veloppement d'une m decine personnalis e (de pr cision) dans laquelle les strat gies de traitement et/ou de pr vention tiennent compte des variations g n tiques, environnementales et du mode de vie entre les individus.] B. Analyse des prot ines Les types et les quantit s de prot ines dans les cellules ne correspondent pas toujours directement aux quantit s d'ARNm pr sentes. Certains ARNm sont traduits plus efficacement que d'autres, et certaines prot ines subissent une modification post-traductionnelle. Lors de l'analyse de l'abondance et des interactions d'un grand nombre de prot ines, des m thodes automatis es impliquant diverses techniques, telles que la spectrom trie de masse et l' lectrophor se bidimensionnelle, sont utilis es. Lors de l' tude d'une ou d'un nombre limit de prot ines, les anticorps marqu s (Ab) sont utilis s pour d tecter et quantifier des prot ines sp cifiques et pour d terminer les modifications post-traductionnelles. 1. Tests immuno-enzymatiques : Ces tests (connus sous le nom d'ELISA) sont effectu s dans les puits d'une bo te de microtitration. L'antig ne (prot ine) est li au plastique de la bo te. La sonde utilis e est constitu e d'un Ab sp cifique de la prot ine (comme la troponine, voir p. 66) mesurer. L'Ab est li de mani re covalente une enzyme, qui produira un produit color lorsqu'il est expos son substrat. La quantit de couleur produite est proportionnelle la quantit d'Ab pr sente et, indirectement, la quantit de prot ines dans un chantillon de test. 2. Western blots : Les Western blots (aussi appel s immunoblots) sont semblables aux Southern blots, sauf que ce sont les mol cules de prot ines de l' chantillon qui sont s par es par lectrophor se et transf r es une membrane. La sonde est un Ab marqu , qui produit une bande l'emplacement de son antig ne. 3. D tection de l'exposition au virus de l'immunod fi |
Biochimie_Lippincott | cience humaine : Les tests ELISA et Western blot sont couramment utilis s pour d tecter l'exposition au VIH en mesurant la quantit d'anticorps anti-VIH pr sents dans l' chantillon de sang d'un patient. Les tests ELISA sont utilis s comme principal outil de d pistage car ils sont tr s sensibles. Cependant, comme ces tests donnent parfois des faux positifs, les transferts Western, qui sont plus sp cifiques, sont souvent utilis s comme test de confirmation (Fig. 34.24). [Remarque : L'ELISA et le western blot ne peuvent d tecter l'exposition au VIH qu'apr s l'apparition d'anticorps anti-VIH dans la circulation sanguine. Le d pistage du VIH bas sur la PCR est plus utile dans les premiers mois suivant l'exposition.] C. Prot omique L' tude du prot ome, ou de toutes les prot ines exprim es par un g nome, y compris leur abondance relative, leur distribution, leurs modifications post-traductionnelles, leurs fonctions et leurs interactions avec d'autres macromol cules, est connue sous le nom de prot omique. Les 20 000 25 000 g nes codant pour les prot ines du g nome humain se traduisent par bien plus de 100 000 prot ines lorsque l'on consid re les modifications post-transcriptionnelles et post-traductionnelles. Bien qu'un g nome reste essentiellement inchang , les quantit s et les types de prot ines dans une cellule particuli re changent radicalement lorsque les g nes sont activ s et d sactiv s. [Remarque : La prot omique (et la g nomique) a n cessit le d veloppement parall le de la bio-informatique, de l'organisation informatis e, du stockage et de l'analyse des donn es biologiques.] La figure 34.25 compare certaines des techniques d'analyse examin es dans ce chapitre. IX. TH RAPIE G NIQUE L'objectif de la th rapie g nique est de traiter la maladie en d livrant l'ADN clon normal d'un g ne dans les cellules somatiques d'un patient qui pr sente un d faut dans ce g ne la suite d'une mutation causant la maladie. tant donn que la th rapie g nique somatique ne modifie que les cellules somatiques cibl es, le changement n'est pas transmis la g n ration suivante. [Remarque : Dans la th rapie g nique germinale, les cellules germinales sont modifi es, et donc le changement est transmis. Un moratoire de longue date sur la th rapie g nique germinale est en vigueur dans le monde entier.] Il existe deux types de transfert de g nes : 1) ex vivo, dans lequel les cellules du patient sont retir es, transduites et renvoy es, et 2) in vivo, dans lequel les cellules sont directement transduites. Les deux types n cessitent l'utilisation d'un vecteur viral pour d livrer l'ADN. Les d fis de la th rapie g nique comprennent le d veloppement de vecteurs, l'obtention d'une expression longue dur e de vie et la pr vention des effets secondaires tels qu'une r ponse immunitaire. La premi re th rapie g nique r ussie a impliqu deux patients atteints d'une immunod ficience combin e s v re (DICS) caus e par des mutations du g ne de l'ad nosine d saminase (ADA, voir p. 301). Il a utilis des lymphocytes T matures transduits ex vivo avec un vecteur r troviral (Fig. 34.26). [Remarque : L'ADNc ADA humain est maintenant utilis .] Depuis 1990, seul un petit nombre de patients (atteints de divers troubles, tels que l'h mophilie, les cancers et certains types de c cit ) ont t trait s par th rapie g nique, avec plus ou moins de succ s. L' dition de g nes, par opposition l'ajout de g nes, permet de r parer un g ne mut . Des combinaisons de mol cules de liaison l'ADN (prot ines ou ARN) et d'endonucl ases sont utilis es pour identifier et cliver la s quence mut e. Le clivage active la r paration par recombinaison homologue des cassures de l'ADNdb (voir p. 429) qui int gre l'ADN contenant la s quence correcte dans le g ne. [Remarque : Une endonucl ase guid e vers une s quence d'ADN sp cifique par un ARN con u sur mesure a t utilis e dans l' dition de g nes dans des lign es cellulaires humaines. La technique est bas e sur le syst me procaryote CRISPR-Cas9 (prot ine associ e CRISPR) qui identifie et clive l'ADN tranger dans les cellules bact riennes. CRISPR est actuellement utilis en laboratoire, mais pas en clinique.] X. ANIMAUX TRANSG NIQUES Les animaux transg niques peuvent tre produits en injectant un g ne tranger clon (un transg ne) dans un ovule f cond . Si le g ne s'int gre de mani re al atoire et stable dans un chromosome, il sera pr sent dans la lign e germinale de l'animal r sultant et pourra tre transmis de g n ration en g n ration. Une souris g ante appel e Supermouse a t produite de cette mani re en injectant le g ne de l'hormone de croissance du rat dans un uf de souris f cond . [Remarque : Des animaux transg niques ont t con us pour produire des prot ines humaines th rapeutiques dans leur lait, un processus appel pharming . L'antithrombine, une prot ine anticoagulante (voir en ligne le chapitre 35), a t produite par des ch vres transg niques et approuv e pour un usage clinique en 2009.] Si le transg |
Biochimie_Lippincott | ne fonctionnel subit une insertion cibl e (et non al atoire), une souris knockin (KI) qui exprime le g ne est cr e. L'insertion cibl e d'une version non fonctionnelle du transg ne cr e une souris knock-out (KO) qui n'exprime pas le g ne. De tels animaux g n tiquement modifi s peuvent servir de mod les pour l' tude d'une maladie humaine correspondante. XI. R SUM DU CHAPITRE Les endonucl ases de restriction sont des enzymes bact riennes qui clivent l'ADN double brin (ADNdb) en fragments plus petits. Chaque enzyme se clive au niveau d'une s quence sp cifique de 4 8 paires de bases (un site de restriction), produisant des segments d'ADN appel s fragments de restriction. Les s quences reconnues sont palindromiques. Les enzymes de restriction forment soit des coupes d cal es (extr mit s collantes), soit des coupes extr mit mouss e sur l'ADN. Les ligases d'ADN bact riennes peuvent joindre deux fragments d'ADN provenant de sources diff rentes s'ils ont t coup s par la m me endonucl ase de restriction. Cette combinaison hybride de deux fragments s'appelle une mol cule d'ADN recombinant. L'introduction d'une mol cule d'ADN trang re dans une cellule en r plication permet l'amplification (production de nombreuses copies) de l'ADN, un processus appel clonage. Un vecteur est une mol cule d'ADN laquelle est joint le fragment d'ADN cloner. Les vecteurs doivent tre capables de se r pliquer de mani re autonome au sein de la cellule h te, doivent contenir au moins une s quence nucl otidique sp cifique reconnue par une endonucl ase de restriction et doivent tre porteurs d'au moins un g ne qui conf re la capacit de s lectionner le vecteur, tel qu'un g ne de r sistance aux antibiotiques. Les organismes procaryotes contiennent normalement de petites mol cules d'ADN extrachromosomiques circulaires appel es plasmides qui peuvent servir de vecteurs. Ils peuvent tre facilement isol s de la bact rie (ou construits artificiellement), joints l'ADN d'int r t et r introduits dans la bact rie, qui se r pliquera, faisant ainsi de multiples copies du plasmide hybride. Une banque d'ADN est une collection de fragments de restriction clon s de l'ADN d'un organisme. Une banque g nomique est une collection de fragments d'ADNdb obtenus par digestion de l'ADN total de l'organisme avec une endonucl ase de restriction et la ligature ult rieure un vecteur appropri . Id alement, il contient une copie de chaque s quence de nucl otides d'ADN dans le g nome. En revanche, les banques d'ADN compl mentaire (ADNc) ne contiennent que les s quences d'ADN qui sont compl mentaires aux mol cules d'ARN messager trait (ARNm) pr sentes dans une cellule et diff rent selon le type de cellule et les conditions environnementales. Comme l'ADNc n'a pas d'introns, il peut tre clon en un vecteur d'expression pour la synth se de prot ines humaines par des bact ries ou des eucaryotes. Clon s, puis purifi s, des fragments d'ADN peuvent tre s quenc s, par exemple, l'aide de la m thode de terminaison de la cha ne did soxy de Sanger. Une sonde est un petit morceau d'ARN ou d'ADN simple brin (g n ralement marqu avec un radio-isotope, tel que le 32P, ou un autre compos identifiable, tel que la biotine ou un colorant fluorescent) qui a une s quence nucl otidique compl mentaire la mol cule d'ADN d'int r t (ADN cible). Les sondes peuvent tre utilis es pour identifier quel clone d'une banque ou quelle bande d'un gel contient l'ADN cible. Le transfert de Southern est une technique qui peut tre utilis e pour d tecter des s quences sp cifiques pr sentes dans l'ADN. L'ADN est cliv l'aide d'une endonucl ase de restriction, apr s quoi les morceaux sont s par s par lectrophor se sur gel et sont d natur s et transf r s (tamponn s) sur une membrane de nitrocellulose pour analyse. Le fragment d'int r t est d tect l'aide d'une sonde. Le g nome humain contient plusieurs milliers de polymorphismes (variations de s quences d'ADN un locus donn ). Les polymorphismes peuvent r sulter de changements de base unique et de r p titions en tandem. Un polymorphisme peut servir de marqueur g n tique qui peut tre suivi travers les familles. Un polymorphisme de longueur de fragment de restriction (RFLP) est une variante g n tique qui peut tre observ e en clivant l'ADN en fragments de restriction l'aide d'une enzyme de restriction. Une substitution de base dans un ou plusieurs nucl otides sur un site de restriction peut rendre le site m connaissable par une endonucl ase de restriction particuli re. Un nouveau site de restriction peut galement tre cr par le m me m canisme. Dans les deux cas, le clivage avec l'endonucl ase donne des fragments de longueurs diff rentes de la normale qui peuvent tre d tect s par hybridation avec une sonde. L'analyse RFLP peut tre utilis e pour diagnostiquer des maladies g n tiques au d but de la gestation d'un f tus. La r action en cha ne par polym rase (PCR), une autre m thode d'amplification d'une s quence d'ADN s lectionn e, |
Biochimie_Lippincott | ne repose pas sur la m thode de clonage biologique. La PCR permet de synth tiser des millions de copies d'une s quence nucl otidique sp cifique en quelques heures. Il peut amplifier la s quence, m me lorsque la s quence cibl e repr sente moins d'une partie sur un million de l' chantillon initial total. La m thode peut tre utilis e pour amplifier des s quences d'ADN partir de n'importe quelle source. Les applications de la technique PCR comprennent 1) la comparaison efficace d'un g ne normal avec une forme mutante du g ne, 2) l'analyse m dico-l gale d' chantillons d'ADN, 3) la d tection de s quences d'acides nucl iques de faible abondance et 4) le diagnostic pr natal et la d tection de porteurs (par exemple, de la fibrose kystique). Les produits de l'expression g nique (ARNm et prot ines) peuvent tre mesur s par des techniques telles que les transferts de Northern, qui sont comme les transferts de Southern, sauf que l' chantillon contient un m lange de mol cules d'ARNm qui sont s par es par lectrophor se, puis hybrid es une sonde radiomarqu e ; Les micror seaux sont utilis s pour d terminer les diff rents mod les d'expression g nique dans deux types de cellules diff rentes (par exemple, les cellules normales et canc reuses) ; tests immuno-enzymatiques (ELISA) ; et les Western Blots (immunoblots) sont utilis s pour d tecter des prot ines sp cifiques. La prot omique est l' tude de l'ensemble des prot ines exprim es par un g nome. L'objectif de la th rapie g nique est l'insertion d'un g ne clon normal pour remplacer un g ne d fectueux dans une cellule somatique, tandis que l'objectif de l' dition de g nes est la r paration d'un g ne mut . L'insertion d'un g ne tranger (transg ne) dans la lign e germinale d'un animal cr e un animal transg nique qui peut produire des prot ines th rapeutiques ou servir de mod les de g nes knock-in ou knock-out pour les maladies humaines. Choisissez UNE meilleure r ponse. 4.1. HindIII est une endonucl ase de restriction. Laquelle des s quences suivantes est la plus susceptible d' tre la s quence de reconnaissance de cette enzyme ? A. AAGAAG B. AAGAGA C. AAGCTT D. AAGGAA E. AAGTTC Bonne r ponse = C. La grande majorit des endonucl ases de restriction reconnaissent les palindromes dans l'ADN double brin, et l'AAGCTT est le seul palindrome parmi les choix. tant donn que la s quence d'un seul brin d'ADN est donn e, la s quence de base du brin compl mentaire doit tre d termin e. Pour tre un palindrome, les deux brins doivent avoir la m me s quence lorsqu'ils sont lus dans la direction 5' 3. Ainsi, le compl ment de 5'-AAGCTT-3' est aussi 5'-AAGCTT-3'. 4.2. Un couple juif ashk naze fait valuer son fils de 6 mois pour son apathie, son mauvais contr le de la t te et son regard fixe. La maladie de Tay-Sachs, une maladie autosomique r cessive de d gradation des lipides, est diagnostiqu e. Le couple a galement une fille. Le pedigree de la famille est montr droite, ainsi que les transferts de Southern d'un polymorphisme de longueur de fragment de restriction tr s troitement li au g ne de l'hexosaminidase A, qui est d fectueux dans la maladie de Tay-Sachs. Laquelle des affirmations ci-dessous est la plus exacte en ce qui concerne la fille ? Un. Elle a 25% de chances d'avoir la maladie de Tay-Sachs. B. Elle a 50% de chances d'avoir la maladie de Tay-Sachs. C. Elle est atteinte de la maladie de Tay-Sachs.D. Elle est porteuse de la maladie de Tay-Sachs. E. Elle est homozygote normale. Bonne r ponse = E. Parce qu'ils ont un fils atteint, le p re et la m re biologiques doivent tre porteurs de cette maladie. Le fils affect doit avoir h rit d'un all le mutant de chaque parent. Parce qu'il ne montre que la bande 3 kilobases (kb) sur le transfert Southern, l'all le mutant de cette maladie doit tre li la bande 3 kb. L'all le normal doit tre li la bande 4-kb, et parce que la fille n'a h rit que de la bande 4-kb, elle doit tre homozygote normale pour le g ne de l'hexosaminidase A. 4.3. Un m decin souhaite d terminer les mod les globaux d'expression g nique dans deux types diff rents de cellules tumorales afin de d velopper la forme de chimioth rapie la plus appropri e pour chaque patient. Laquelle des techniques suivantes serait la plus appropri e cette fin ? A. Dosage immuno-enzymatique B. MicroarrayC. Transfert de Northern D. Transfert de Southern E. Transfert de Western Bonne r ponse = B. L'analyse des micror seaux permet de d terminer la production d'ARN messager (ARNm) (expression g nique) partir de milliers de g nes la fois. Un transfert de Northern ne mesure la production d'ARNm qu' partir d'un g ne la fois. Les transferts Western et les tests immuno-enzymatiques mesurent la production de prot ines ( galement l'expression g nique), mais seulement partir d'un g ne la fois. Les transferts de Southern sont utilis s pour analyser l'ADN, et non les produits de l'expression de l'ADN. 4.4. Un nourrisson de 2 semaines est diagnostiqu avec une anomal |
Biochimie_Lippincott | ie du cycle de l'ur e. L'analyse enzymatique n'a montr aucune activit pour l'ornithine transcarbamoylase (OTC), une enzyme du cycle. L'analyse mol culaire a r v l que le produit de l'ARN messager (ARNm) du g ne pour l'OTC tait identique celui d'un contr le. Laquelle des techniques num r es ci-dessous a t la plus susceptible d' tre utilis e pour analyser l'ARNm ? A. Terminaison de la cha ne did soxy B. Transfert de NorthernC. R action en cha ne par polym rase D. Transfert de Southern E. Transfert Western Bonne r ponse = B. Le transfert de Northern permet d'analyser l'ARN messager pr sent (exprim ) dans une cellule ou un tissu particulier. Le transfert de Southern est utilis pour l'analyse de l'ADN, tandis que le transfert de Western est utilis pour l'analyse des prot ines. La terminaison de la cha ne did soxy est utilis e pour s quencer l'ADN. La r action en cha ne par polym rase est utilis e pour g n rer plusieurs copies identiques d'une s quence d'ADN in vitro. 4.5. Pour le patient ci-dessus, quelle phase du dogme central a t la plus susceptible d' tre affect e ? Bonne r ponse = Traduction. Le g ne est pr sent et peut tre exprim , comme en t moigne la production normale d'ARN messager. L'absence d'activit enzymique signifie qu'un aspect de la synth se des prot ines est affect . Pour obtenir d'autres documents auxiliaires relatifs ce chapitre, veuillez consulter le site thePoint. I. APER U La coagulation sanguine est con ue pour arr ter rapidement le saignement d'un vaisseau sanguin endommag afin de maintenir un volume sanguin constant (h mostase). La coagulation est r alis e par vasoconstriction et la formation d'un caillot (thrombus) qui se compose d'un bouchon de plaquettes (h mostase primaire) et d'un r seau de fibrine prot ique (h mostase secondaire) qui stabilise le bouchon plaquettaire. La coagulation se produit en association avec les membranes la surface des plaquettes et des vaisseaux sanguins endommag s (Fig. 35.1). [Remarque : Si la coagulation se produit dans un vaisseau intact de sorte que la lumi re est occluse et que la circulation sanguine est entrav e, une condition connue sous le nom de thrombose, de graves l sions tissulaires et m me la mort peuvent survenir. C'est ce qui se passe, par exemple, lors d'un infarctus du myocarde (IM).] Les processus visant limiter la formation de caillots la zone endommag e et liminer le caillot une fois la r paration du vaisseau en cours jouent galement un r le essentiel dans l'h mostase. [Remarque : Des discussions s par es sur la formation du bouchon plaquettaire et du r seau de fibrine facilitent la pr sentation de ces processus plusieurs tapes et plusieurs composants. Cependant, les deux travaillent ensemble pour maintenir l'h mostase.] II. FORMATION DU MAILLAGE DE FIBRINE La formation du r seau de fibrine implique deux voies uniques qui convergent pour former une voie commune (Fig. 35.2). Dans chaque voie, les principaux composants sont des prot ines (appel es facteurs [F]) d sign es par des chiffres romains. Les facteurs sont des glycoprot ines qui sont synth tis es et s cr t es par le foie, principalement. [Remarque : Plusieurs facteurs sont galement d sign s par d'autres noms. Par exemple, le facteur X (FX), le point de convergence du chemin, est galement connu sous le nom de facteur de Stuart.] A. Cascade prot olytique Dans les voies, une cascade se met en place dans laquelle les prot ines sont converties d'une forme inactive, ou zymog ne, une forme active par clivage prot olytique dans lequel le produit prot ique d'une r action d'activation en initie une autre. La forme active d'un facteur est indiqu e par un a minuscule apr s le chiffre. Les prot ines actives FIIa, FVIIa, FIXa, FXa, FXIa et FXIIa sont des enzymes qui fonctionnent comme des prot ases s rine avec une sp cificit semblable celle de la trypsine et, par cons quent, clivent une liaison peptidique du c t carboxyle d'un r sidu d'arginine ou de lysine dans un polypeptide. Par exemple, le FIX (facteur de No l) est activ par le clivage au niveau de l'arginine 145 et de l'arginine 180 par le FXIa (Fig. 35.3). La cascade prot olytique entra ne une acc l ration norme de la vitesse, car une prot ase active peut produire de nombreuses mol cules de produit actif dont chacune, son tour, peut activer de nombreuses mol cules de la prot ine suivante dans la cascade. Dans certains cas, l'activation peut tre caus e par un changement de conformation de la prot ine en l'absence de prot olyse. [Remarque : Les prot ines non prot olytiques jouent un r le en tant que prot ines accessoires (cofacteurs) dans les voies. FIII, FV et FVIII sont les prot ines accessoires.] B. R le de la phosphatidyls rine et du calcium La pr sence de phospholipides charg s n gativement, la phosphatidyls rine (PS) et d'ions calcium charg s positivement (Ca2+) acc l re le rythme de certaines tapes de la cascade de coagulation. 1. Phosphatidyls rine : La SP est situ |
Biochimie_Lippincott | e principalement sur la face intracellulaire (cytosolique) de la membrane plasmique. [Remarque : Les flippases cr ent l'asym trie (voir p. 205).] Son exposition signale une l sion des cellules endoth liales qui tapissent les vaisseaux sanguins. Le PS est galement expos la surface des plaquettes activ es. 2. Ions calcium : Le Ca2+ se lie aux r sidus de -carboxyglutamate (Gla) charg s n gativement pr sents dans quatre des prot ases s rine de la coagulation (FII, FVII, FIX et FX), facilitant la liaison de ces prot ines aux phospholipides expos s (Fig. 35.4). Les r sidus Gla sont de bons ch lateurs de Ca2+ en raison de leurs deux groupes carboxylates adjacents charg s n gativement (Fig. 35.5). [Remarque : L'utilisation d'agents ch lateurs tels que le citrate de sodium pour lier le Ca2+ dans les tubes ou les poches de collecte de sang emp che le sang de coaguler.] C. Formation de r sidus de -carboxyglutamate -carboxylation est une modification post-traductionnelle dans laquelle 9 12 r sidus de glutamate ( l'extr mit amino [N]-terminale de la prot ine cible) sont carboxyl s au carbone , formant ainsi des r sidus Gla. Le processus se produit dans le r ticulum endoplasmique rugueux (RER) du foie. 1. -carboxylation : Cette r action de carboxylation n cessite un substrat prot ique, de l'oxyg ne (O2), du dioxyde de carbone (CO2), de la -glutamyl carboxylase et de la forme hydroquinone de la vitamine K en tant que coenzyme (Fig. 35.6). Dans la r action, la forme hydroquinone de la vitamine K s'oxyde sa forme poxyde lorsque l'O2 est r duit en eau. [Remarque : La vitamine K alimentaire, une vitamine liposoluble (voir p. 393), est r duite de la forme quinone la forme hydroquinone coenzyme par la vitamine K r ductase (Fig. 35.7).] 2. Inhibition par la warfarine : La formation de r sidus de Gla est sensible l'inhibition par la warfarine, un analogue synth tique de la vitamine K qui inhibe le enzyme vitamine K poxyde r ductase (VKOR). La r ductase, une prot ine int grale de la membrane RER, est n cessaire pour r g n rer la forme hydroquinone fonctionnelle de la vitamine K partir de la forme poxyde g n r e dans la r action de -carboxylation. Ainsi, la warfarine est un anticoagulant qui inhibe la coagulation en fonctionnant comme un antagoniste de la vitamine K. Les sels de warfarine sont utilis s des fins th rapeutiques pour limiter la formation de caillots. [Remarque : La warfarine est utilis e commercialement comme agent de lutte antiparasitaire, comme dans la mort-aux-rats. Il a t d velopp par la Wisconsin Alumni Research Foundation, d'o son nom.] Les diff rences g n tiques (g notypes) dans le g ne de la sous-unit catalytique 1 de VKOR (VKORC1) influencent la r ponse du patient la warfarine. Par exemple, un polymorphisme (voir p. 491) dans la r gion promotrice du g ne diminue l'expression du g ne, ce qui entra ne une diminution de la production de VKOR, ce qui n cessite une dose plus faible de warfarine pour atteindre un niveau th rapeutique. Les polymorphismes de l'enzyme cytochrome P450 (CYP2C9) qui m tabolise la warfarine sont galement connus. En 2010, la Food and Drug Administration des tats-Unis a ajout un tableau de doses bas sur le g notype l' tiquette de la warfarine (notice). L'influence de la g n tique sur la r ponse d'un individu aux m dicaments est connue sous le nom de pharmacog n tique. D. Parcours Trois voies distinctes sont impliqu es dans la formation du r seau de fibrine : la voie extrins que, la voie intrins que et la voie commune. La production de FXa par les voies extrins que et intrins que initie la voie commune (voir Fig. 35.2). 1. Extrins que : Cette voie implique une prot ine, le facteur tissulaire (TF), qui n'est pas dans le sang mais qui est expos e lorsque les vaisseaux sanguins sont bless s. La TF (ou FIII) est une glycoprot ine transmembranaire abondante dans le sous-endoth lium vasculaire. Il s'agit d'une prot ine accessoire extravasculaire et non d'une prot ase. Toute blessure qui expose le FIII au sang rapidement (en quelques secondes) initie la voie extrins que (ou TF). Une fois expos , le TF se lie une prot ine circulante contenant du Gla, le FVII, en l'activant par un changement de conformation. [Remarque : le FVII peut galement tre activ prot olytiquement par la thrombine (voir 3. ci-dessous).] La liaison du FVII au TF n cessite la pr sence de Ca2+ et de phospholipides. Le complexe TF-FVIIa se lie ensuite et active le FX par prot olyse (Fig. 35.8). Par cons quent, l'activation des FX par la voie extrins que se produit en association avec la membrane cellulaire. La voie extrins que est rapidement inactiv e par l'inhibiteur de la voie du facteur tissulaire (TFPI) qui, dans un processus d pendant du FXa, se lie au complexe TF-FVIIa et emp che la production ult rieure de FXa. [Remarque : TF et FVII sont uniques la voie extrins que.] 2. Intrins que : Tous les facteurs prot iques impliqu s dans la voie intrins que sont pr sents dans l |
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