Basophilie et ribosomes

Introduction

Un cytoplasme basophile est un cytoplasme qui contient une quantité plus ou moins importante de molécules acides capables de fixer des colorants basiques. En pratique, l'importance de la basophilie est en rapport avec la quantité d'ARN cytoplasmique : elle peut être diffuse ou se présenter sous forme de structures individualisées. La majeure partie de cet ARN cytoplasmique appartient à des particules appelées RIBOSOMES, sièges de la synthèse protéique. Leur intérêt médical est immédiat : la différence de structure entre ribosomes procaryotes et eucaryotes est le fondement même de l'antibiothérapie par les macrolides, les aminosides, les cyclines et le chloramphénicol, dont la toxicité sélective repose entièrement sur cette distinction. Nous étudierons la morphologie des ribosomes, leurs caractères biochimiques, leur biogenèse, puis leur fonction — le déroulement de la traduction — et enfin les inhibiteurs de la synthèse protéique.

I. Morphologie

• Les ribosomes sont de forme légèrement elliptique, ont un diamètre de 20 nm et un aspect dense en MET.
• Ils sont soit LIBRES, soit attachés aux membranes du réticulum endoplasmique rugueux (RER).
• Ils sont soit isolés, soit groupés en POLYSOMES.
• Sur du matériel éclaté par choc hypotonique et après coloration négative, les polysomes apparaissent reliés par un fin filament d'ARNm, et les ribosomes se révèlent constitués de DEUX sous-unités de tailles inégales.

II. Caractères biochimiques

A. Coefficients de sédimentation

Déterminés par ultracentrifugation différentielle (ou zonale). En solution pauvre en Mg²⁺ et en Ca²⁺, les ribosomes se dissocient en leurs deux sous-unités.

B. Composition chimique

C. Signification des ARN ribosomiques

Leur rôle est mal connu. Néanmoins on leur reconnaît :

• Un rôle dans la structure du ribosome.
• Un rôle d'adaptateur, facilitant la fixation des ARNm et des ARNt.
• Chez les bactéries, un rôle de reconnaissance du codon d'initiation AUG.
• Une possible fonction CATALYTIQUE — on parle alors de RIBOZYME.

III. Biogenèse des ribosomes

• Les ARNr sont synthétisés dans le NOYAU, au niveau du NUCLÉOLE, dans des régions chromosomiques particulières, les organisateurs nucléolaires — à l'exception de l'ARN 5S.
• Les protéines ribosomales sont d'origine CYTOSOLIQUE.
• L'association ARNr-protéines a lieu dans le NOYAU.

IV. La traduction

A. Les acteurs

La synthèse protéique se déroule au cours d'un processus appelé traduction, qui nécessite, outre les ribosomes : un ARNm, des ARNt, des acides aminés, des enzymes et facteurs, et de l'énergie fournie par l'hydrolyse du GTP — ainsi que de l'ATP pour la formation de l'aminoacyl-ARNt.

• Le ribosome est un « petit atelier » contenant des ARNr et des protéines catalytiques ; il a besoin de protéines annexes : facteurs d'initiation, d'élongation et de terminaison. Il possède DEUX sites de liaison pour les ARNt : le site P (peptidyl-ARNt) et le site A (aminoacyl-ARNt) ; il existe en fait un 3e site, le site E (exit), de sortie de l'ARNt débarrassé de son acide aminé.
• L'ARNm. À partir de l'ADN, l'information est copiée sous forme de codons (transcription), qui dirigent la synthèse protéique (traduction). Chez les eucaryotes UNIQUEMENT, les ARNm subissent des modifications post-transcriptionnelles, la maturation : l'ARN est d'abord transcrit en une très longue molécule, le transcrit primaire ou prémessager, qui subit différentes transformations dans le noyau avant de devenir ARNm et d'être exporté dans le cytosol.
• Les ARNt. Il y a autant d'ARNt différents que de codons, soit 64. Ils comportent 75 à 85 nucléotides formant 3 boucles, d'où leur image en forme de trèfle. Les aminoacyl-ARNt synthases — une différente pour chaque couple ARNt/acide aminé — attachent les acides aminés à leur ARNt et activent leur extrémité COOH. La boucle 2 contient l'ANTICODON, qui reconnaît l'ARNm lié au ribosome.

B. L'initiation

• Les deux sous-unités sont séparées l'une de l'autre.
• Le méthionyl-ARNt, dit initiateur, se place au site P de la sous-unité 40 S, en présence des facteurs d'initiation (IF). Il apporte le premier acide aminé.
• Chez les procaryotes, c'est le FORMYL-méthionyl-ARNt qui est l'initiateur.
• L'ARNm se lie à la petite sous-unité, qui se déplace jusqu'à ce que le codon AUG se trouve face à son anticodon UAC.
• Puis dissociation des IF et liaison de la sous-unité 60 S à la sous-unité 40 S.

C. L'élongation — trois étapes

• Le 2e aminoacyl-ARNt se place dans le site A, avec intervention des facteurs d'élongation (EF).
• L'extrémité C du 1er acide aminé est détachée de l'ARNt du site P et ajoutée par liaison peptidique au 2e acide aminé porté par l'ARNt du site A. Cette réaction est catalysée par la PEPTIDYLTRANSFÉRASE.
• Expulsion du 1er ARNt et déplacement du ribosome d'un codon, faisant passer le 2e aminoacyl-ARNt du site A au site P. Un 3e acide aminé est alors apporté, et le cycle recommence.

D. La terminaison

• Un facteur de terminaison RF (release factor) se place dans le site A, face au codon STOP.
• La peptidyltransférase ajoute une molécule d'eau pour former l'extrémité COOH du peptide.
• Le peptide achevé est libéré et l'ensemble du complexe se dissocie.

E. Amplification et vitesse

• Un ARNm est traduit SIMULTANÉMENT par plusieurs ribosomes (polysome), dont le nombre dépend de la longueur de l'ARNm. Ainsi la molécule d'hémoglobine est traduite par 5 ribosomes.
• La vitesse d'élongation est de 10 à 20 acides aminés par seconde.

V. Les inhibiteurs de la synthèse protéique

Du fait des différences de structure entre ribosomes procaryote (70 S) et eucaryote (80 S), certains antibiotiques sont actifs sur l'un, d'autres sur l'autre, d'autres sur les deux. C'est le principe même de la toxicité sélective en antibiothérapie : bloquer le ribosome bactérien sans toucher le ribosome humain.

Conclusion

La basophilie cytoplasmique est le reflet en microscopie optique de la richesse en ARN, donc en ribosomes. Ces particules de 20 nm, faites de deux sous-unités inégales, sont libres — pour les protéines destinées au cytosol, au noyau, aux mitochondries et aux peroxysomes — ou liées au RER — pour les protéines destinées au système endomembranaire et à l'exportation. Leur composition diffère selon le règne : 70 S chez les procaryotes (50 S + 30 S), 80 S chez les eucaryotes (60 S + 40 S). La traduction se déroule en trois temps — initiation, élongation, terminaison — entre les sites P et A du ribosome, la peptidyltransférase catalysant la liaison peptidique. Cette machinerie, remarquablement conservée mais suffisamment différente d'un règne à l'autre, est la cible privilégiée des antibiotiques. Le chapitre suivant suivra le devenir des protéines synthétisées sur les ribosomes liés : le réticulum endoplasmique.