Les ribosomes

1. Définition et découverte

Un ribosome est un petit organite sans membrane, présent dans toutes les cellules vivantes (bactéries, champignons, plantes, animaux), qui assure la traduction de l'ARN messager en protéine.

Les ribosomes ont été observés au microscope électronique dans les années 1950, notamment par George Palade, sous la forme de petits grains denses d'environ 20 à 30 nm de diamètre. Ils sont trop petits pour être vus au microscope optique. Une cellule active en contient des millions.

2. Structure : deux sous-unités

Chaque ribosome est formé de deux sous-unités de tailles différentes, qui ne s'assemblent qu'au moment de la traduction :

• une petite sous-unité, qui se fixe sur l'ARNm et assure sa bonne lecture (appariement codon-anticodon) ;
• une grande sous-unité, qui forme les liaisons peptidiques entre les acides aminés.

Quand les deux sous-unités sont assemblées sur l'ARNm, on distingue trois emplacements pour les ARN de transfert :

• le site A (comme « acide aminé », ou « accueil ») : il reçoit l'ARNt chargé qui correspond au codon lu ;
• le site P (comme « peptide ») : il tient l'ARNt qui porte la chaîne en cours de construction ;
• le site E (comme « exit », sortie) : l'ARNt vide quitte le ribosome par ce site.

3. Composition chimique

Un ribosome est un complexe formé de :

• ARN ribosomiques (ARNr), qui en constituent une grande partie ;
• protéines ribosomiques, nombreuses et différentes.

Les ARNr ne sont pas de simples « supports » : dans la grande sous-unité, c'est un ARNr qui catalyse la formation de la liaison peptidique. Le ribosome est donc une machine où l'ARN joue le rôle d'une enzyme.

4. Ribosomes des eucaryotes et des procaryotes

On caractérise les ribosomes par leur vitesse de sédimentation dans une ultracentrifugeuse, exprimée en unités Svedberg (S). Plus une particule est grosse et dense, plus elle sédimente vite et plus son coefficient S est élevé. Attention : les coefficients S ne s'additionnent pas, car la vitesse de sédimentation dépend aussi de la forme.

Ces différences expliquent l'action de certains antibiotiques : ils se fixent sur les ribosomes 70S des bactéries et bloquent leur traduction, sans gêner les ribosomes 80S de nos cellules.

Les mitochondries et les chloroplastes possèdent leurs propres ribosomes, plus petits, qui ressemblent à ceux des bactéries. C'est l'un des arguments en faveur de l'idée que ces organites descendent d'anciennes bactéries installées dans une cellule ancestrale.

5. Où se trouvent les ribosomes et que deviennent leurs protéines ?

Dans une cellule eucaryote, on trouve les ribosomes :

• libres dans le cytosol, isolés ou en polysomes : ils fabriquent les protéines qui restent dans la cellule (enzymes du cytoplasme, protéines du noyau, protéines des mitochondries…) ;
• fixés sur la face externe du réticulum endoplasmique, qui prend alors un aspect granuleux (REG) : ils fabriquent les protéines destinées à être sécrétées (hormones, enzymes digestives, anticorps), à être insérées dans la membrane plasmique ou à rejoindre certains organites (lysosomes) ;
• dans les mitochondries et les chloroplastes, où ils fabriquent quelques protéines de ces organites.

Un même ribosome n'est pas « libre » ou « fixé » pour toujours : c'est la protéine qu'il commence à fabriquer qui décide. Si le début de la chaîne porte un signal d'adressage vers le réticulum, le ribosome s'y fixe ; sinon, il reste libre.

Les cellules qui fabriquent beaucoup de protéines, comme les cellules du pancréas qui sécrètent les enzymes digestives ou les plasmocytes qui produisent les anticorps, sont très riches en ribosomes et en réticulum granuleux.

6. Le cycle d'un ribosome et les polysomes

Les deux sous-unités sont séparées dans le cytoplasme. Elles s'assemblent sur l'ARNm au codon AUG (initiation), lisent l'ARNm de 5' vers 3' en avançant d'un codon à la fois (élongation), puis se séparent au codon stop (terminaison). Elles peuvent ensuite être réutilisées sur un autre ARNm.

Plusieurs ribosomes lisent le même ARNm en même temps : ils forment un polysome. Le premier ribosome entré (près de l'extrémité 3') porte la chaîne la plus longue.