Objectifs d’apprentissage

Objectif principal

  • Expliquer le processus par lequel une cellule construit des protéines en utilisant le code d’ADN

À la fin de cette section, vous serez en mesure de:

  • Expliquer comment le code génétique de l’ADN détermine les protéines formées
  • Décrire le processus de transcription
  • Expliquer le processus de traduction
  • Discuter de la fonction des ribosomes

Il a été mentionné précédemment que l’ADN fournit un « modèle” pour la structure et la physiologie cellulaires. Cela fait référence au fait que l’ADN contient les informations nécessaires à la cellule pour construire un type de molécule très important: la protéine. La plupart des composants structurels de la cellule sont constitués, au moins en partie, par des protéines et pratiquement toutes les fonctions qu’une cellule remplit sont complétées à l’aide de protéines. L’une des classes de protéines les plus importantes est les enzymes, qui aident à accélérer les réactions biochimiques nécessaires qui se produisent à l’intérieur de la cellule. Certaines de ces réactions biochimiques critiques comprennent la construction de molécules plus grosses à partir de composants plus petits (comme ce qui se produit lors de la réplication de l’ADN ou de la synthèse de microtubules) et la décomposition de molécules plus grosses en composants plus petits (comme lors de la récolte d’énergie chimique à partir de molécules nutritives). Quel que soit le processus cellulaire, il est presque sûr d’impliquer des protéines. Tout comme le génome de la cellule décrit son complément complet d’ADN, le protéome d’une cellule est son complément complet de protéines. La synthèse des protéines commence par les gènes. Un gène est un segment fonctionnel de l’ADN qui fournit l’information génétique nécessaire à la construction d’une protéine. Chaque gène particulier fournit le code nécessaire à la construction d’une protéine particulière. L’expression génique, qui transforme l’information codée dans un gène en un produit génique final, dicte finalement la structure et la fonction d’une cellule en déterminant quelles protéines sont fabriquées.

L’interprétation des gènes fonctionne de la manière suivante. Rappelons que les protéines sont des polymères, ou des chaînes, de nombreux blocs constitutifs d’acides aminés. La séquence des bases d’un gène (c’est-à-dire sa séquence de nucléotides A, T, C, G) se traduit par une séquence d’acides aminés. Un triplet est une section de trois bases d’ADN dans une rangée qui code pour un acide aminé spécifique. Par exemple, le triplet d’ADN CAC (cytosine, adénine et cytosine) spécifie l’acide aminé valine. Par conséquent, un gène, qui est composé de plusieurs triplets dans une séquence unique, fournit le code pour construire une protéine entière, avec plusieurs acides aminés dans la séquence appropriée (Figure 3.4.1). Le mécanisme par lequel les cellules transforment le code d’ADN en produit protéique est un processus en deux étapes, avec une molécule d’ARN comme intermédiaire.

Ce diagramme montre la traduction de l'ARN en protéines. Il est démontré qu'un brin modèle d'ADN devient un brin d'ARN par transcription. Ensuite, le brin d'ARN subit une traduction et devient des protéines.
Figure 3.4.1 – Le Code génétique : L’ADN contient toutes les informations génétiques nécessaires à la construction des protéines d’une cellule. La séquence nucléotidique d’un gène est finalement traduite en une séquence d’acides aminés de la protéine correspondante du gène.

De l’ADN à l’ARN: Transcription

L’ADN est logé dans le noyau et la synthèse des protéines a lieu dans le cytoplasme, il doit donc y avoir une sorte de messager intermédiaire qui quitte le noyau et gère la synthèse des protéines. Ce messager intermédiaire est l’ARN messager (ARNm), (Figure 3.29), un acide nucléique monocaténaire qui transporte une copie du code génétique d’un seul gène hors du noyau et dans le cytoplasme où il est utilisé pour produire des protéines.

Il existe plusieurs types d’ARN différents, chacun ayant des fonctions différentes dans la cellule. La structure de l’ARN est similaire à celle de l’ADN à quelques petites exceptions près. D’une part, contrairement à l’ADN, la plupart des types d’ARN, y compris l’ARNm, sont monocaténaires et ne contiennent aucun brin complémentaire. Deuxièmement, le sucre ribose contenu dans l’ARN contient un atome d’oxygène supplémentaire par rapport à l’ADN. Enfin, au lieu de la thymine de base, l’ARN contient l’uracile de base. Cela signifie que l’adénine s’associera toujours à l’uracile pendant le processus de synthèse des protéines.

L’expression du gène commence par le processus appelé transcription, qui est la synthèse d’un brin d’ARNm complémentaire au gène d’intérêt. Ce processus est appelé transcription parce que l’ARNm est comme une transcription, ou une copie, du code d’ADN du gène. La transcription commence d’une manière un peu semblable à la réplication de l’ADN, en ce sens qu’une région de l’ADN se déroule et que les deux brins se séparent, cependant, seule cette petite partie de l’ADN sera séparée. Les triplets à l’intérieur du gène sur cette section de la molécule d’ADN sont utilisés comme modèle pour transcrire le brin complémentaire d’ARN (Figure 3.4.2). Un codon est une séquence à trois bases d’ARNm, appelée ainsi parce qu’ils codent directement les acides aminés. Comme la réplication de l’ADN, la transcription comporte trois étapes : l’initiation, l’élongation et la terminaison.

Dans ce diagramme, l'ARN polymérase est représentée transcrivant un brin de matrice d'ADN dans sa transcription d'ARN correspondante.
Figure 3.4.2 – Transcription : de l’ADN à l’ARNm : Dans la première des deux étapes de fabrication de la protéine à partir de l’ADN, un gène de la molécule d’ADN est transcrit en une molécule d’ARNm complémentaire.

Dans la première des deux étapes de fabrication de la protéine à partir de l’ADN, un gène de la molécule d’ADN est transcrit en une molécule d’ARNm complémentaire.

Étape 1 : Initiation. Une région au début du gène appelée promoteur — une séquence particulière de nucléotides – déclenche le début de la transcription.

Étape 2 : Élongation. La transcription commence lorsque l’ARN polymérase déroule le segment d’ADN. Un brin, appelé brin codant, devient le modèle avec les gènes à coder. La polymérase aligne ensuite l’acide nucléique correct (A, C, G ou U) avec sa base complémentaire sur le brin codant de l’ADN. L’ARN polymérase est une enzyme qui ajoute de nouveaux nucléotides à un brin d’ARN en croissance. Ce processus construit un brin d’ARNm.

Étape 3 : Résiliation. Lorsque la polymérase a atteint la fin du gène, l’un des trois triplets spécifiques (UAA, UAG ou UGA) code un signal « stop”, qui déclenche la fin de la transcription des enzymes et libère le transcription de l’ARNm.

Le processus de transcription est régulé par une classe de protéines appelées facteurs de transcription, qui se lient à la séquence du gène et favorisent ou inhibent leur transcription. (déplacez la figure 3.35 ici).

Avant que la molécule d’ARNm ne quitte le noyau et passe à la synthèse des protéines, elle est modifiée de plusieurs manières. Pour cette raison, on l’appelle souvent un pré-ARNm à ce stade. Par exemple, votre ADN, et donc votre ARNm complémentaire, contient de longues régions appelées régions non codantes qui ne codent pas pour les acides aminés. Leur fonction est encore un mystère, mais le processus appelé épissage supprime ces régions non codantes de la transcription pré-ARNm (Figure 3.4.3). Un spliceosome – une structure composée de diverses protéines et d’autres molécules – se fixe à l’ARNm et « épisse” ou découpe les régions non codantes. Le segment supprimé de la transcription s’appelle un intron. Les exons restants sont collés ensemble. Un exon est un segment d’ARN qui reste après l’épissage. Fait intéressant, certains introns retirés de l’ARNm ne sont pas toujours non codants. Lorsque différentes régions codantes de l’ARNm sont épissées, différentes variations de la protéine finiront par en résulter, avec des différences de structure et de fonction. Ce processus se traduit par une plus grande variété de protéines et de fonctions protéiques possibles. Lorsque la transcription de l’ARNm est prête, elle sort du noyau et pénètre dans le cytoplasme.

Site Web externe

Cette vidéo vous montrera les enzymes et biomolécules importantes impliquées dans le processus de transcription, le processus de fabrication d’une molécule d’ARNm à partir de l’ADN.

Dans ce diagramme, une transcription pré-ARNm est affichée en haut d'un organigramme. Cette transcription pré-ARNm contient des introns et des exons. Dans l'étape suivante, l'intron se trouve dans une structure appelée spliceosome. Dans la dernière étape, l'intron est montré séparé de l'ARN épissé.
Figure 3.4.3 – Épissage de l’ADN: Dans le noyau, une structure appelée spliceosome coupe les introns (régions non codantes) dans une transcription pré-ARNm et reconnecte les exons.

De l’ARN à la protéine: Traduction

Comme pour traduire un livre d’une langue à une autre, les codons d’un brin d’ARNm doivent être traduits dans l’alphabet des acides aminés des protéines. La traduction est le processus de synthèse d’une chaîne d’acides aminés appelée polypeptide. La traduction nécessite deux aides majeures: premièrement, un « traducteur », la molécule qui effectuera la traduction, et deuxièmement, un substrat sur lequel le brin d’ARNm est traduit en une nouvelle protéine, comme le « bureau » du traducteur. »Ces deux exigences sont remplies par d’autres types d’ARN. Le substrat sur lequel la traduction a lieu est le ribosome.

Rappelez-vous que de nombreux ribosomes d’une cellule sont associés à l’ER rugueux, et effectuent la synthèse de protéines destinées à l’appareil de Golgi. L’ARN ribosomique (ARNr) est un type d’ARN qui, avec les protéines, compose la structure du ribosome. Les ribosomes existent dans le cytoplasme sous la forme de deux composants distincts, une petite et une grande sous-unité. Lorsqu’une molécule d’ARNm est prête à être traduite, les deux sous-unités se rejoignent et se fixent à l’ARNm. Le ribosome fournit un substrat pour la traduction, réunissant et alignant la molécule d’ARNm avec les « traducteurs” moléculaires qui doivent déchiffrer son code.

L’autre exigence majeure pour la synthèse des protéines est les molécules traductrices qui « lisent » physiquement les codons d’ARNm. L’ARN de transfert (ARNt) est un type d’ARN qui transporte les acides aminés correspondants appropriés au ribosome et attache chaque nouvel acide aminé au dernier, construisant la chaîne polypeptidique un par un. Ainsi, l’ARNt transfère des acides aminés spécifiques du cytoplasme à un polypeptide en croissance. Les molécules d’ARNt doivent être capables de reconnaître les codons sur l’ARNm et de les associer au bon acide aminé. L’ARNt est modifié pour cette fonction. À une extrémité de sa structure se trouve un site de liaison pour un acide aminé spécifique. À l’autre extrémité se trouve une séquence de base qui correspond au codon spécifiant son acide aminé particulier. Cette séquence de trois bases sur la molécule d’ARNt est appelée anticodon. Par exemple, un ARNt responsable de la navette de l’acide aminé glycine contient un site de liaison pour la glycine à une extrémité. À l’autre extrémité, il contient un anticodon qui complète le codon glycine (GGA est un codon pour la glycine, et donc l’anticodon tRNAs lirait CCU). Équipée de sa cargaison particulière et de son anticodon correspondant, une molécule d’ARNt peut lire son codon d’ARNm reconnu et amener l’acide aminé correspondant à la chaîne en croissance (Figure 3.4.4).

La partie supérieure de cette figure montre une grande sous-unité ribosomique entrant en contact avec l'ARNm qui a déjà la petite sous-unité ribosomique attachée. Un ARNt et un anticodon sont à proximité. Dans le deuxième panneau, l'ARNt se lie également au même site que les sous-unités ribosomiques. Dans le panneau inférieur, une chaîne polypeptidique est représentée émergeant du complexe.
Figure 3.4.4 – Traduction de l’ARN en Protéine : Lors de la traduction, le transcription de l’ARNm est « lu” par un complexe fonctionnel constitué des molécules du ribosome et de l’ARNt. Les ARNT apportent les acides aminés appropriés en séquence à la chaîne polypeptidique en croissance en faisant correspondre leurs anti-codons avec des codons sur le brin d’ARNm.

Tout comme les processus de réplication et de transcription de l’ADN, la traduction comprend trois étapes principales: l’initiation, l’élongation et la terminaison. L’initiation a lieu avec la liaison d’un ribosome à un transcrit d’ARNm. L’étape d’élongation implique la reconnaissance d’un anticodon d’ARNt avec le codon d’ARNm suivant dans la séquence. Une fois que les séquences anticodon et codon sont liées (rappelez-vous, ce sont des paires de bases complémentaires), l’ARNt présente sa cargaison d’acides aminés et le brin polypeptidique en croissance est attaché à cet acide aminé suivant. Cette fixation a lieu à l’aide de diverses enzymes et nécessite de l’énergie. La molécule d’ARNt libère ensuite le brin d’ARNm, le brin d’ARNm déplace un codon dans le ribosome et l’ARNt approprié suivant arrive avec son anticodon correspondant. Ce processus se poursuit jusqu’à ce que le codon final sur l’ARNm soit atteint, ce qui fournit un message d' »arrêt” qui signale la fin de la traduction et déclenche la libération de la protéine complète nouvellement synthétisée. Ainsi, un gène de la molécule d’ADN est transcrit en ARNm, qui est ensuite traduit en un produit protéique (Figure 3.4.5).

Site Web externe

Cette vidéo vous montrera les enzymes et biomolécules importantes impliquées dans le processus de traduction, qui utilise l’ARNm pour coder une protéine.

Cette figure montre un schéma d'une cellule où la transcription de l'ADN en ARNm a lieu à l'intérieur du noyau et la traduction de l'ARNm en protéine a lieu dans le cytoplasme.
Figure 3.4.5 – De l’ADN à la Protéine : Transcription par Traduction: La transcription dans le noyau cellulaire produit une molécule d’ARNm, qui est modifiée puis envoyée dans le cytoplasme pour être traduite. Le transcrit est décodé en une protéine à l’aide d’un ribosome et de molécules d’ARNt.

Généralement, une transcription d’ARNm sera traduite simultanément par plusieurs ribosomes adjacents. Cela augmente l’efficacité de la synthèse des protéines. Un ribosome unique peut traduire une molécule d’ARNm en environ une minute; ainsi, plusieurs ribosomes à bord d’un seul transcrit pourraient produire plusieurs fois le nombre de la même protéine dans la même minute. Un polyribosome est une chaîne de ribosomes traduisant un seul brin d’ARNm.

Site Web externe

Code QR représentant une URL

Regardez cette vidéo pour en savoir plus sur les ribosomes. Le ribosome se lie à la molécule d’ARNm pour commencer la traduction de son code en une protéine. Qu’advient-il des petites et grandes sous-unités ribosomiques à la fin de la traduction?

Revue de chapitre

L’ADN stocke les informations nécessaires pour ordonner à la cellule de remplir toutes ses fonctions. Les cellules utilisent le code génétique stocké dans l’ADN pour construire des protéines, qui déterminent finalement la structure et la fonction de la cellule. Ce code génétique réside dans la séquence particulière de nucléotides qui composent chaque gène le long de la molécule d’ADN. Pour ”lire » ce code, la cellule doit effectuer deux étapes séquentielles. Dans la première étape, la transcription, le code ADN est converti en un code ARN. Une molécule d’ARN messager complémentaire à un gène spécifique est synthétisée dans un processus similaire à la réplication de l’ADN. La molécule d’ARNm fournit le code pour synthétiser une protéine. En cours de traduction, l’ARNm se fixe à un ribosome. Ensuite, les molécules d’ARNt transfèrent les acides aminés appropriés au ribosome, un par un, codés par des codons triplets séquentiels sur l’ARNm, jusqu’à ce que la protéine soit entièrement synthétisée. Une fois terminé, l’ARNm se détache du ribosome et la protéine est libérée. Typiquement, plusieurs ribosomes s’attachent à une seule molécule d’ARNm à la fois de sorte que plusieurs protéines peuvent être fabriquées à partir de l’ARNm simultanément.

Questions de révision

Les questions de pensée critique

Expliquent brièvement les similitudes entre la transcription et la réplication de l’ADN.

La transcription et la réplication de l’ADN impliquent toutes deux la synthèse d’acides nucléiques. Ces processus partagent de nombreuses caractéristiques communes, en particulier les processus similaires d’initiation, d’allongement et de terminaison. Dans les deux cas, la molécule d’ADN doit être détordue et séparée, et le brin codant (c’est-à-dire sens) sera utilisé comme modèle. De plus, les polymérases servent à ajouter des nucléotides au brin d’ADN ou d’ARNm en croissance. Les deux processus sont signalés pour se terminer une fois terminés.

Transcription et traduction contrastées. Nommez au moins trois différences entre les deux processus.

La transcription est vraiment un processus de « copie » et la traduction est vraiment un processus d’”interprétation », car la transcription consiste à copier le message d’ADN dans un message d’ARN très similaire alors que la traduction implique de convertir le message d’ARN en un message d’acides aminés très différent. Les deux processus diffèrent également par leur localisation: la transcription se produit dans le noyau et la traduction dans le cytoplasme. Les mécanismes par lesquels les deux processus sont effectués sont également complètement différents: la transcription utilise des enzymes de polymérase pour construire l’ARNm tandis que la traduction utilise différents types d’ARN pour construire la protéine.

Laisser un commentaire

Votre adresse e-mail ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *