Acides nucléiques

Introduction

Les acides nucléiques sont des macromolécules présentes dans tout le règne vivant et également les virus. Les acides nucléiques sont des polymères de nucléotides : en fonction du type de nucléotide, on distingue l’acide désoxyribonucléique ($\mathrm{ADN}$) et les acides ribonucléiques ($\mathrm{ARNs}$).

Les acides nucléiques sont soit le support de l’information génétique ($\mathrm{ADN}$), soit participent à son expression sous forme de protéine, ou à sa régulation ($\mathrm{ARNs}$).

Les nucléotides ont un rôle essentiel dans l’activité métabolique de la cellule : cofacteurs, transfert d’énergie, phosphorylation des protéines, régulation de canaux ioniques, …

Les bases azotées

Schéma général des nucléotides (voir figure).

Il existe $5$ bases impliquées dans les acides nucléiques. Elles sont réparties en deux familles (voir figure) :

• Les purines : adénine et guanine ;
• Les pyrimidines : cytosine, thymine (uniquement $\mathrm{ADN}$), uracile (uniquement $\mathrm{ARN}$).

Le sucre associé aux bases est le ribose ($\mathrm{ARNs}$) ou le désoxyribose ($\mathrm{ADN}$) (voir figure). Les fonctions chimiques du sucre, associées au carbone $3’$ (fonction alcool) et au carbone $5’$ (acide phosphorique) joueront un rôle essentiel dans la polymérisation des nucléotides pour construire les acides nucléiques.

$1$ à $3$ acides phosphoriques peuvent être associés à un nucléoside (base + sucre) pour former un nucléotide : $1$ acide phosphorique = nucléotide mono-phosphate (Ex. AMP) ; $2$ ac. phos. = nu. diphosphate (état transitoire) ; $3$ ac. phos. = nucléotide triphosphate ($\mathrm{NTP}$) (Ex. $\mathrm{ATP}$). Lors de leur intégration dans un acide nucléique, les nucléotides sont toujours sous forme $\mathrm{NTP}$.

L’ADN

Polymère de désoxyribonucléotides. Il est formé de deux brins positionnés de façon antiparallèle. Les polymères vont de quelques milliers de paires de bases (pb) (bactéries, virus) à $10^{11}$ pb chez les plantes.

Liaison intrabrin : liaison phosphodiester entre la fonction alcool en $3’$ du nucléotide $n$, avec l’acide phosphorique en $5’$ du nucléotide $n+1$. L’enchaînement entre les nucléotides est libre : c’est la séquence d’$\mathrm{ADN}$. Chaque individu, chaque espèce possède sa propre séquence d’$\mathrm{ADN}$ même si des sections sont conservées. Seuls les jumeaux homozygotes et les clones (bactérie, virus et plante) ont théoriquement exactement la même séquence en bases.

Liaison interbrin : l’$\mathrm{ADN}$ existe uniquement sous forme double-brin, dans les conditions naturelles. Des liaisons hydrogène entre les bases des deux brins permettent d’associer les deux brins. Seulement, tous les couples de bases ne sont pas possibles : $\mathrm{A}$ associé forcément à $\mathrm{T}$ et $\mathrm{G}$ associé forcément à $\mathrm{C}$. Les deux brins sont dits complémentaires.

Les brins ont une orientation, qui dépend des fonctions libres des nucléotides placés aux extrémités : fonction $3’$ ou $5’$. On indique à chaque extremité du brin, le caractère $5'$ ou $3'$ approprié.

La molécule d’$\mathrm{ADN}$ n’est pas linéaire dans la nature : c’est une double-hélice (deux brins enroulés). Les enroulements des deux brins provoquent deux « creux » : grand sillon et petit sillon. Ils sont essentiels pour les interactions avec les protéines. Le modèle de double-hélice le plus courant est le modèle $\mathrm{B}$ : hélice droite, $\mathrm{1.2~nm}$ de diamètre, $10$ nucléotides par tour, $\mathrm{0.34~nm}$ entre chaque nucléotide. Il existe également les formes $\mathrm{A}$ et la $\mathrm{Z}$.

L’$\mathrm{ADN}$ se trouve dans le noyau de la cellule eucaryote : sous forme décondensé (euchromatine) ou sous forme condensée à différents degrés (hétérochromatine). La forme ultime de condensation de l’$\mathrm{ADN}$ est le chromosome (uniquement quand la cellule se divise). ATTENTION : le noyau humain contient $46$ molécules d’$\mathrm{ADN}$ chacune correspondant à un chromosome bien particulier.

Chez les bactéries (Procaryotes), l’$\mathrm{ADN}$ se trouve dans le cytoplasme, sous la forme d’une molécule circulaire = chromosome bactérien. Il peut être associé à d’autres molécules d’$\mathrm{ADN}$ circulaire mais qui contiennent uniquement une information génétique complémentaire (résistance aux métaux lourds, aux antibiotiques, possibilité de conjugaison) : ce sont des plasmides.

Les ARNs

Polymères de ribonucléotides. Ils sont simples brins, dans la Nature, mais peuvent présenter des zones doubles-brins, par repliement du brin sur lui-même, au niveau de séquences complémentaires ($\mathrm{ARN_{transfert}}$ et $\mathrm{ARN_{ribosomique}}$). Les $\mathrm{ARN_{messager}}$ ne présentent pas de repliement.

Dans les $\mathrm{ARNs}$, le nucléotide $\mathrm{T}$ est remplacé par le nucléotide $\mathrm{U}$, sans que la complémentarité avec $\mathrm{A}$ ne soit affectée.

Les $\mathrm{ARNs}$ sont beaucoup plus courts que l’$\mathrm{ADN}$ et leur stabilité est réduite, en raison de la structure simple brin.

La réplication de l’$\mathrm{ADN}$ consiste à produire une copie de l’$\mathrm{ADN}$ existant. Cette réaction est réalisée en amont de la division cellulaire : la cellule va former deux cellules-filles, chacune possédant une copie du pool d’$\mathrm{ADN}$ de la cellule-mère.

Modélisation

Les travaux de Meselson et Stahl (utilisation d’azote lourd) ont montré que la réplication est semi-conservative : les deux brins d’$\mathrm{ADN}$ sont séparés et chacun des brins sert de matrice à la synthèse d’un nouveau brin. À la fin, les deux molécules d’$\mathrm{ADN}$ produites sont constituées chacune d’un brin ancien et d’un brin nouveau.

Les travaux de Cairns ont confirmé les travaux précédents : il a observé, chez E. coli, le déroulement de la réplication du chromosome bactérien. Pour cela, il a fourni de la thymine marquée, puis a figé les cellules à différents temps. Après révélation par autoradiographie, il a observé que le chromosome bactérien se séparait progressivement en deux molécules et que chacune d’elle servait de matrice à la synthèse d’un nouveau brin.

Les travaux de Cairns ont montré une zone de séparation des deux brins d’$\mathrm{ADN}$ à répliquer : l’œil de réplication. Cette zone s’agrandit au cours du temps, jusqu’à séparer les deux brins. Cette zone s’agrandit vers la droite et la gauche : la réplication est bidirectionnelle.

Les acteurs de la réplication

Ils sont fondamentalement les mêmes chez les Procaryotes ($\mathrm{ProK}$) et les Eucaryotes ($\mathrm{EuK}$), seules les structures changent ou le nombre d’intervenants :

• Brin d’ADN : le brin d’$\mathrm{ADN}$ orienté $3’ \rightarrow 5’$ sert de matrice ;
  
  
• ADNpolymérase : elle synthétise le nouveau brin d’$\mathrm{ADN}$ en utilisant l’un des anciens brins comme matrice. Elle respecte le principe de complémentarité des bases. Il en existe trois modèles chez les $\mathrm{ProK ~(ADNpol ~I, ~II ~et ~III)}$ et douze chez les $\mathrm{EuK}$. Elle nécessite une zone double-brin sur le brin à répliquer (amorce d’$\mathrm{ARN}$), et ajoute des nucléotides triphosphates libres, dans le sens $5’ \rightarrow 3’ =$ elle fixe le $\mathrm{5’-phosphate}$ d’un nucléotide libre sur le $\mathrm{3’-OH}$ d’un nucléotide déjà en place. La libération de pyrophosphate ($\mathrm{PP}$) libère l’énergie nécessaire à cette liaison ester-phosphorique ;
  
  
• Désoxyribonucléotides ($\mathrm{dnt}$) libres : $\mathrm{dATP, dGTP, dTTP ~et ~dCTP}$ sont les briques de la nouvelle molécule. Lors de leur incorporation, ils perdent deux phosphate (=pyrophosphate), ce qui est très énergétique ;
  
  
• Hélicase : enzyme hexamèrique qui sépare les deux brins d’$\mathrm{ADN}$ à répliquer. Elle se place à la fourche de réplication et se fixe sur l’un des brins : elle hydrolyse de l’$\mathrm{ATP}$ pour pouvoir séparer les deux brins au cours de la progression de l’ADNpolymérase ;
  
  
• Primase : enzyme qui met en place l’amorce d’$\mathrm{ARN}$ sur le brin matrice, afin que l’ADNpolymérase puisse s’installer. Elle reconnait les yeux de réplication et synthétise de petits $\mathrm{ARN ~(15-30 ~nt) =}$ cela forme localement un hétéroduplex $\mathrm{ADN-ARN}$. Il sera éliminé ultérieurement et remplacé par de l’$\mathrm{ADN}$ ;
  
  
• Topoisomérase : enzyme placée au niveau de la fourche qui permet le débobinage de la molécule d’$\mathrm{ADN}$ à répliquer, en consommant de l’$\mathrm{ATP}$. Faites l’expérience chez vous : essayer de séparer en deux un ruban de papier, très enroulé (type ruban de cadeau). Les deux rubans vont se pelotonner et bloquer la séparation. La topoisomérase permet de couper temporairement un des brins, de le faire tourner librement autour de l’autre pour limiter la formation de la pelote. Elle ressoude ensuite le brin.
  
  
• Protéines stabilisatrices ($\mathrm{SSB =}$ single-strand binding proteins) : enzymes qui se placent entre la fourche et l’ADNpolymérase pour stabiliser la section de brin matrice encore simple brin.

Déroulement de la réplication chez les Procaryotes (voir figure)

Initiation : ouverture du chromosome bactérien au niveau d’une séquence bien définie (oriC). Mise en place de l’hélicase qui sépare les deux brins et des $\mathrm{SSB}$ qui empêche leur réunion ;

Élongation : mise en place des amorces d’$\mathrm{ARN}$ par la primase. Installation de l’ADNpolymérase qui synthétise alors deux types de brins :

• Brin direct (précoce) : brin synthétisé à partir du brin matrice $3’ \rightarrow 5’$. Il s’agit d’une synthèse continue, comme présentée précédemment ;
• Brin retardé (tardif) : multiples petits brins (fragments d’Okazaki), synthétisés sur le brin matrice orienté $5’ \rightarrow 3’$. À la fin de l’élongation les brins seront réunis entre eux grâce à une ADNligase, pour former un brin continu.

Dans chaque œil de réplication, on trouve $4$ ADNpolymérases : deux par fourche = une pour le brin direct et une pour le brin retardé de chaque côté de l’œil.

Une $\mathrm{RNase ~H}$ va éliminer le brin d’$\mathrm{ARN}$ ayant servi d’amorce et il sera remplacé par un brin d’$\mathrm{ADN}$ équivalent.

Terminaison : mécanisme mal-connu, impliquant un complexe de terminaison (non-élucidé).

Déroulement de la réplication chez les Eucaryotes

Le déroulement de la réplication est sensiblement le même. Quelques différences sont notables :

• La réplication n’a lieu que durant la phase $\mathrm{S}$ du cycle cellulaire chez les $\mathrm{EuK}$, alors qu’elle dure quasiment tout le cycle chez les $\mathrm{ProK}$ ;
• L’$\mathrm{ADN}$ des $\mathrm{Euk}$ étant beaucoup plus long, il existe plusieurs sites d’initiation et donc de très nombreux yeux de réplication ($1$ pour $\mathrm{100 ~000 ~nt}$). Il est unique chez les ProK. Les multiples yeux se rejoignent et séparent la molécule-mère en deux molécules-filles ;
• Au fur et à mesure de la synthèse des nouveaux brins d’$\mathrm{ADN}$, les histones se mettent en place pour former la chromatine.

Vérification de la réplication

Au cours de la réplication, il peut y avoir des erreurs. Elles sont liées au comportement des base qui peuvent former des tautomères (voir figure). La thymine, guanine et adénine peuvent s’apparier différemment :

• Le tautomère de thymine peut s’apparier avec la guanine ;
• Le tautomère de guanine peut s’apparier avec la thymine ;
• Le tautomère de l’adénine peut s’apparier avec la cytosine.

Ce mésappariement va introduire des changements ponctuels dans la séquence, ce qui peut modifier le sens de l’information génétique (mutation). Il existe des mécanismes de correction : chez les $\mathrm{ProK}$, l’ADNpolymérase I se place à l’extrémité $3’$ du brin néoformé. Elle possède :

• • Une activité exonucléasique $3’ \rightarrow 5’$, qui remonte la séquence et élimine les mésappariements ;
  • Une activité polymérase $5’ \rightarrow 3’$ qui remplace les mésappariements éliminés.

Les ARNs

Les $\mathrm{ARNs}$ sont la seconde grande famille des acides nucléiques : ils se différencient de l’$\mathrm{ADN}$ par la nature du sucre, par le remplacement de la thymine par l’uracile et par le statut simple-brin. Les $\mathrm{ARNs}$ participent activement dans les processus d’expression de l’information génétique :

• $\mathrm{ARN_{messager}}$ ($\mathrm{ARNm}$): copie transitoire de l’information génétique. Il permet de protéger l’$\mathrm{ADN}$ en servant de matrice à la machinerie cellulaire. Il est également le reflet des commandes envoyés de l’$\mathrm{ADN}$ vers le cytoplasme = activité de la cellule. Le transcriptome (= ensemble de tous les $\mathrm{ARNm}$) est le reflet de l’activité biologique de la cellule, au temps $t$. En fonction de l’environnement, le transcriptome de la cellule est amené à être modifié ;
• $\mathrm{ARN_{transfert}}$ : ils permettent de faire correspondre les acides aminés avec la séquence de l’$\mathrm{ARNm}$ au cours de la traduction ;
• $\mathrm{ARN_{ribosomaux}}$ : ils sont inclus dans un assemblage nucléoprotéique qui constituent les ribosomes.

Dans notre cas, on s’intéresse uniquement à la transcription des $\mathrm{ARNm}$.

La notion de gène

L’$\mathrm{ARNm}$ est la copie d’une information génétique, qui aboutit généralement à la synthèse d’une protéine. Si on considère qu’une grande partie de l’$\mathrm{ADN}$ ne code pour rien, alors l’information codante est dispersée dans les séquences non-codantes. Il faut donc un moyen pour repérer ces séquences codantes et les utiliser comme matrice pour produire un $\mathrm{ARNm}$.

Il existe des séquences d’$\mathrm{ADN}$ particulières qui sont des signaux de la présence d’une séquence codante. Il y a des séquences-signal :

• Avant la partie codante : c’est le promoteur. Il est constitué de différents éléments, chez les Procaryotes ($\mathrm{ProK}$) et les Eucaryotes ($\mathrm{EuK}$) (voir figure) ;
• Après la partie codante : c’est le terminateur. Il s’agit de séquences qui déstabilisent le complexe de synthèse de l’$\mathrm{ARNm}$ (cas « épingle à cheveux ») ou qui attirent des enzymes qui stoppent la production d’$\mathrm{ARNm}$ (cas « ρ-dépendant »).

On peut considérer qu’entre ces deux types de séquence se trouve un gène = information codante délimitée par un promoteur et un terminateur.

Les acteurs de la transcription

Brin d’$\mathrm{ADN}$ : un des deux brins d’$\mathrm{ADN}$ sert de matrice. Ce n’est pas toujours le même brin qui sert de matrice. On appelle ce brin : brin transcrit ou brin matrice. L’autre brin est appelé brin non-transcrit ou brin codant ;

ARNpolymérase :

• Chez les ProK : unique et constituée de $5$ sous-unités ($\mathrm{\alpha_2\beta\beta'\sigma}$). L’enzyme progresse sur le brin matrice dans le sens $3’ \rightarrow 5’$ et synthétise l’$\mathrm{ARNm}$ dans le sens $5’ \rightarrow 3’$ ;
• Chez les EuK : il en existe 3 type (ARNpol I, II et III). L’ARNpol II est celle qui synthétise les ARNm. Elle progresse de la même façon que la forme procaryotique.

Ribonucléotides ($\mathrm{nt}$) libres : $\mathrm{ATP, GTP, UTP}$ et $\mathrm{CTP}$ sont les briques de la nouvelle molécule. Lors de leur incorporation, ils perdent deux phosphates (= pyrophosphate), ce qui est très énergétique ;

Facteurs de transcription (TF) : molécules qui se fixent au niveau du promoteur et qui influencent la réalisation de la transcription.

• Chez les ProK : l’ARNpol n’a pas besoin de facteurs de transcription pour fonctionner (reconnaissance directe du
  promoteur). Mais leur présence peut bloquer son fonctionnement (répression dans les opérons) ;
• Chez les EuK : l’ARNpol nécessite la présence de facteurs de la transcription, car elle ne peut pas reconnaître directement le promoteur. Les TFII (transcription factors II) se fixent sur les séquences conservées des promoteurs ($\mathrm{TATAbox, CAAT ~et ~GCbox}$) et forment un point d’ancrage pour l’$\mathrm{ARNpol ~II}$. Certains $\mathrm{TF}$ restent durant la transcription, d’autres sont relargués.

Déroulement de la transcription chez les Procaryotes

Initiation : fixation de l’$\mathrm{ARNpol}$ au niveau de la séquence promotrice, grâce à la sous-unité $\sigma$ : déroulement et ouverture de la molécule d’$\mathrm{ADN}$ ;

Élongation : relargage de la sous-unité $\sigma$, puis synthèse du brin d’$\mathrm{ARNm}$ complémentaire du brin transcrit, dans le sens $5’ \rightarrow 3’$. L’$\mathrm{ARNm}$ se décroche au fur et à mesure (seulement une dizaine de bases reste fixée). L’$\mathrm{ARNpol}$ ouvre l’$\mathrm{ADN}$ devant elle et le referme derrière elle.

Terminaison : deux modes de terminaison sont possibles. Le terminateur contient :

• Soit une séquence riche en palindromes (séquence symétrique = $\mathrm{XYYX}$) et en adénine qui provoquent la formation d’une épingle à cheveux sur l’$\mathrm{ARNm}$ formé. Cette boucle déstabilise l’$\mathrm{ARNpol}$ qui se détache ;
• Des séquences riches en cytosine qui attirent le facteur $\rho$ (exonucléase). Ce facteur se fixe alors sur la molécule d’$\mathrm{ARN}$, remonte jusqu’à l’$\mathrm{ARNpol}$ et la déstabilise : elle se détache.

L’ARN est utilisable immédiatement, car la transcription a lieu dans le cytoplasme. Il n'est pas modifié !

Déroulement de la transcription chez les Eucaryotes

Initiation : fixation de nombreux $\mathrm{TF}$ (reconnaissance des séquences du promoteur) avant que l’$\mathrm{ARNpol~II}$ puisse se fixer ;

Élongation : identique au processus procaryotique ;

Terminaison : fixation d’un facteur de terminaison qui reconnaît une séquence spécifique ($\mathrm{TTATTT}$). Le facteur provoque le décrochage de l’$\mathrm{ARNpol~II}$.

La transcription ayant lieu dans le noyau, l’$\mathrm{ARNm}$ doit sortir vers le cytoplasme, lieu de la synthèse des protéines. Il est également modifié (modifications post-transcriptionnelles) :

• Ajout d’une tête $\mathrm{7-méthylguanosine}$ sur l’acide phosphorique libre du premier nucléotide : site de reconnaissance pour la fixation du ribosome, pendant la traduction ;
• Ajout d’une queue $\mathrm{poly-A}$ : fixation de $250$ adénines après le signal $\mathrm{AAUAAA}$, complémentaire du signal de terminaison de la transcription. C’est une protection contre la dégradation (exonucléase $3’ \rightarrow 5’$) ;
• Épissage : les gènes eucaryotes ont la particularité d’être morcelés (une très grande majorité). Dans la séquence comprise entre le promoteur et le terminateur (= gène), se trouvent des séquences codantes (exons) et des séquences non-codantes (introns). Avant de pouvoir être utilisable, l’$\mathrm{ARNm}$ doit être débarrassé de ses introns. Intervient alors le splicéosome, contenant des $\mathrm{ARN}$ et des protéines : il reconnait des séquences situées aux limites des exons et raboute les exons entre eux, en éliminant les introns (voir figure).

La traduction est l’ultime étape de l’expression du génome et consiste en la production d’une protéine à partir d’une matrice constituée d’$\mathrm{ARNm}$. Elle se déroule dans le cytoplasme des Procaryotes, dans le cytoplasme ou le réticulum endoplasmique rugueux pour les Eucaryotes.

Le code génétique

Le mot « traduction » est à prendre au sens littéral : on transforme un langage en un autre langage. Concrètement, on passe d’un message en nucléotides (la séquence de l’$\mathrm{ARNm}$) à un message en acides aminés (la séquence de la protéine). Il existe donc un code qui fait correspondre à chaque nucléotide le bon acide aminé.

Il faut pouvoir coder les $20$ acides aminés différents, donc il faut une combinaison de nucléotides qui permet d’obtenir au moins $20$ solutions. Si on considère un nucléotide, on ne peut coder que $4$ solutions. Si on considère $2$ nucléotides, on ne peut coder que $4_2$ solutions, soit $16$ acides aminés. Si on prend $3$ nucléotides (triplet), on peut coder $4_3$, soit $64$ solutions, ce qui est supérieur au nombre d’acides aminés. Chaque triplet est appelé codon. La Nature ayant horreur du vide, et pour éviter les ambiguïtés, les acides aminés sont codés par plusieurs triplets différents. Aucun triplet n’a pas de code associé. Il existe également trois triplets spéciaux qui sont des non-sens = codon stop : ils signifient au ribosome que la traduction s’arrête et que la protéine est terminée.

Le code génétique est universel : tous les organismes (des virus à H.sapiens) utilisent le même.

Les $\mathrm{ARN_{transfert}}$

Les $\mathrm{ARN_{transfert}}$ ($\mathrm{ARNt}$) sont les molécules qui font le lien entre les deux langages (nucléotides et acides aminés). Ils possèdent deux sites majeurs (voir figure) :

• Un site de fixation de l’acide aminé, sur l’extrémité $\mathrm{3'-OH}$ ;
• Une boucle anti-codon (complémentaire du codon correspondant à l’acide aminé).

Lors de la lecture de la séquence en nucléotides de l’$\mathrm{ARNm}$, la machinerie cellulaire (ribosome) fait correspondre le codon lu et l’anticodon porté par l’$\mathrm{ARNt}$. Ainsi, l’acide aminé mis en place respectera le sens de l’information génétique.

La synthèse des $\mathrm{ARNt}$ est extrêmement complexe et mobilise les aminoacyl-ARNt-synthétases.

Les ribosomes

Complexes nucléoprotéiques, constitués de $65\%$ d’$\mathrm{ARN_{ribosomaux}}$ ($\mathrm{ARNr}$) et de $35\%$ de protéines. Ils sont définis en fonction de leur constante de sédimentation : grandeur en svedberg (S). Les complexes sont dissociables en deux particules :

• Procaryotes : ribosome $\mathrm{70~S}$, dissocié en particules $\mathrm{50 ~S}$ et $\mathrm{30 ~S}$ ;
• Eucaryotes : ribosome $\mathrm{80 ~S}$, dissocié en particules $\mathrm{60 ~S}$ et $\mathrm{40 ~S}$.

Les $\mathrm{ARNr}$ sont généralement très conservés et permettent de réaliser des analyses de phylogénie entre les espèces : on parle souvent des $\mathrm{ARNr~ 16~S}$ chez les Procaryotes (il en existe d’autres).

Le ribosome possède deux chambres (voir figure) : site A et site P. Le site A est le site qui accueille le nouvel $\mathrm{ARNt}$ associé à son acide aminé. Le site P contient le dernier $\mathrm{ARNt}$ dont l’acide aminé a été fixé au peptide en production. Le peptide est d’ailleurs fixé sur l’acide aminé de cet $\mathrm{ARNt}$.

Déroulement de la traduction chez les Procaryotes

Chez les Procaryotes, un $\mathrm{ARNm}$ est transcrit et traduit en même temps, par plusieurs ribosomes.

Initiation : reconnaissance par la petite sous-unité du ribosome $\mathrm{(30 ~S)}$ d’une séquence signal située en amont du codon initiateur = séquence Shine-Dalgarno (voir figure). La petite sous-unité est fixée de telle sorte que :

• Le site $\mathrm{P}$ soit placé sur le codon initiateur de la traduction ;
• Le site $\mathrm{A}$ soit placé sur le codon suivant.

Le codon initiateur est toujours le codon AUG, il correspond à la méthionine : une méthionine modifiée (formyl-méthionine) se fixe en acide aminé $\mathrm{1 ~(AA_1)}$. Une fois l’$\mathrm{ARNt}$ de la méthionine fixé dans le site $\mathrm{P}$, la grosse sous-unité $\mathrm{(50 ~S)}$ se fixe à son tour sur la petite sous-unité : le ribosome est complet.

Ces étapes nécessitent des facteurs d’initiation (Initiation Factors) et de l’énergie sous forme de $\mathrm{GTP}$.

Élongation : succession de trois étapes qui se répètent jusqu’à l’arrivé du site $\mathrm{A}$ au codon « $\mathrm{STOP}$ » ;

1. Fixation de l’$\mathrm{ARNt}$ correspondant au codon faisant face au site $\mathrm{A}$ ;
2. Fixation de l’acide aminé (ou peptide en formation) de l’$\mathrm{ARNt}$ du site $\mathrm{P}$ sur l’acide aminé de l’$\mathrm{ARNt}$ du site $\mathrm{A}$. Cette réaction est catalysée par la peptidyl-transférase, située dans $\mathrm{50 ~S}$ (on déplace bien un peptide !). L’enzyme forme une liaison peptidique ;
3. Translocation du ribosome de $3$ nucléotides vers $3’ (= 1$ codon), avec éjection de l’$\mathrm{ARNt}$ du site $\mathrm{P}$, remplacé par l’$\mathrm{ARNt}$ du site $\mathrm{A}$. Le site $\mathrm{A}$ se retrouve vide. Retour à l’étape 1.

Ces étapes consomment de l’énergie, deux $\mathrm{GTP}$ par cycle, et mobilisent des facteurs protéiques de l’élongation : Elongation Factors.

Terminaison : lorsque le site $\mathrm{A}$ se trouve en face du codon « $\mathrm{STOP}$ », aucun $\mathrm{ARNt}$ ne peut se fixer dans le site $\mathrm{A}$. Cette situation, reconnue par des facteurs de terminaison (Release Factors) provoque la libération de la protéine et le décrochage du ribosome.

La méthionine initiale peut être excisée si la séquence finale de la protéine ne comporte pas de méthionine en position $1$.

Déroulement de la traduction chez les Eucaryotes

Initiation : il n’existe pas de séquence Shine-Dalgarno chez les Eucaryotes. La tête de $\mathrm{7-méthylguanosine}$, fixée en $5’$ de l’$\mathrm{ARNm}$, fait office de rail pour la petite sous-unité du ribosome.

Élongation : elle se déroule soit dans le cytoplasme, soit dans le réticulum endoplasmique ($\mathrm{RE}$). Dans ce cas ($\mathrm{RE}$), la séquence de la protéine présente, dès le début de sa formation, une succession d’acides aminés reconnus par la $ \mathrm{PRS}$ (particule de reconnaissance du signal). $\mathrm{PRS}$ se fixe sur la séquence, et « force » le ribosome à se rapprocher du $\mathrm{RE}$, en se fixant sur un récepteur à $\mathrm{PRS ~(RPRS)}$. À ce moment-là, le peptide produit est libéré, au fur et à mesure de sa formation, dans la lumière du $\mathrm{RE}$, grâce à un pore. Les protéines produites dans le $\mathrm{RE}$ sont destinées au $\mathrm{RE}$, Golgi, lysosomes ou voie de sécrétion. 

Les étapes d’élongation et de terminaison sont identiques à celles observées chez les Procaryotes.

Adressage : pour les protéines produites dans le cytoplasme, des séquences signal permettent de les diriger vers leur compartiment de travail (noyau, mitochondries, chloroplastes ou peroxysomes).

Modifications post-traductionnelles : excision de la méthionine initiale, ajout de glycosylations sur les protéines, mise en place de la structure tertiaire assistée par des protéines chaperonnes.