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L’expression du matériel génétique : de l’ADN aux protéines
Auteurs : C. Dubois, A.C. Grison
Octobre 2011
L’ADN, présent dans chaque cellule de l’organisme, est à l’origine de toutes les caractéristiques d’un individu : couleur de la robe, taille, morphologie, etc. L’expression du matériel génétique afin de définir toutes ces caractéristiques passe par la production des protéines.
Que sont les protéines ?
Les protéines sont des macromolécules constituées d’un enchaînement de quelques à plusieurs centaines d’acides aminés. Vingt acides aminés entrent dans la composition des protéines et leur ordre est codé par le génome. Les chaînes d’acides aminés se replient sur elles-mêmes pour adopter une structure tridimensionnelle et peuvent s’assembler entre elles, ce qui leur confère leurs propriétés fonctionnelles.
Les protéines sont les molécules les plus complexes et les plus variées des êtres vivants et le génome des mammifères en coderait près de 100 000 différentes. Elles remplissent de nombreux rôles :
- Structure, pour permettre par exemple à la cellule de maintenir son organisation dans l'espace ;
- Transport, afin d’assurer le transfert des différentes molécules dans et en dehors des cellules ;
- Communication, les hormones par exemple ou d’autres protéines captent les signaux extérieurs, et assurent leur transmission dans la cellule ou l'organisme ;
- Défense, comme par exemple les anticorps qui lutte contre les éléments étrangers à l’organisme ;
- Enzyme, pour catalyser l'essentiel des réactions chimiques de la cellule et de l’organisme (digestion).
En fait, l'immense majorité des fonctions cellulaires sont assurées par des protéines. Elles ont donc un rôle primordial pour l’organisme.
La synthèse des protéines
La transcription : élaboration de l’ARN messager
L’ADN est responsable de la synthèse de protéines par l’intermédiaire d’un messager qui lui est chimiquement proche : l’acide ribonucléique ou ARN. La synthèse des protéines débute ainsi par la création de plusieurs «copies de travail» des gènes : c’est la transcription de l’ADN en ARN, qui se déroule dans le noyau de la cellule.
L’ARN est composé d’une unique chaîne de nucléotides. Celle ci est très semblable à chaque chaîne de l’ADN, à la différence que :
- le sucre en C5 de l’ARN est le ribose (d’où le nom acide ribonucléique) et non le désoxyribose qui entre dans la constitution de l’ADN ;
- dans l’ARN, il n’y a pas de thymine, elle est remplacée par l’uracile.
Il existe différents types d’ARN. Celui faisant l’intermédiaire pour la création des protéines est l’ARN messager ou ARNm.
L’ARNm est créé par complémentarité avec une partie codante d’un des brins de l’ADN, c’est à dire à partir d’un part de l’ADN constituant un gène (Figure 1). Les nucléotides composant la chaîne de l’ARNm viennent s’associer à ceux de la chaîne d’ADN. L’appariement des bases azotées est donc : adénine-uracile (A-U), thymine-adénine (T-A), guanine-cytosine (G-C) et cytosine-guanine (C-G). Ces nucléotides se lient aussi entre eux, créant ainsi la chaîne d’ARNm, qui se dissocie alors de l’ADN.
L’ARNm ainsi formé va sortir du noyau : il rejoint le cytoplasme, où se déroulera la synthèse protéique (Figure 1).
- Figure 1 : Synthèse des protéines dans la cellule. (Crédit : IFCE)
La traduction : synthèse de la protéine
La traduction est l’étape de création de la protéine par décodage de l’ARNm. Elle a lieu dans le cytoplasme de la cellule.
L’information génétique des ARNm, codée par la succession des 4 bases composant la chaîne de nucléotides, est alors traduite en une chaîne d’acides aminés constituant la protéine.
Le code génétique définit la correspondance entre les successions de nucléotides et les acides aminés. En fait, chaque combinaison de 3 nucléotides successifs de la chaîne de l’ARNm correspond à 1 acide aminé donné.
L’ensemble constitué par les 3 nucléotides est appelé codon. Un même acide aminé peut être codé par plusieurs codons.
La traduction repose sur l’intervention de structures nommées ribosomes, présentes dans le cytoplasme cellulaire (Figure 1). Ces structures effectuent la traduction de l’ARNm en protéine, avec l’intervention des ARN de transfert (ARNt). Ceux ci ont en effet un rôle essentiel dans l’application du code génétique : ils servent d’intermédiaire entre l’ARNm et la protéine synthétisée.
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