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Transcription et traduction (synthèse des protéines)

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Objectif :

L'ADN contient l'information nécessaire à la synthèse des protéines. Pourtant la relation entre ADN et protéine n'est pas directe. Elle fait intervenir une molécule informative intermédiaire, l'ARN messager, ainsi que des « ateliers d'assemblage » des acides aminés. Quelles étapes permettent de passer de l'ADN aux protéines dans une cellule ? Quels sont les mécanismes mis en œuvre ?

1. De l'ADN à l'ARN messager : la transcription

a. Un brin d'ADN sert de matrice

La transcription se déroule dans le noyau. Elle consiste en la copie d'une information codée contenue dans la molécule d'ADN en information codée contenue dans une molécule d'ARN messager.

b. Une opération catalysée par l'ARN-polymérase

La transcription commence par l'ouverture et le déroulement d'une portion de la molécule en double hélice d'ADN. Au fur et à mesure de sa progression le long de l'ADN, le complexe enzymatique que constitue l'ARN-polymérase incorpore des nucléotides présents dans le milieu cellulaire. Cette incorporation s'effectue par complémentarité des bases azotées avec l'un des brins de la molécule d'ADN : l'adénine (A) se place en face de la thymine (T) et l'uracile (U) se place en face de l'adénine (A), la cytosine(C) se place en face de la guanine (G) et inversement.

Le brin d'ARN messager ainsi synthétisé est complémentaire du brin d'ADN transcrit. L'information contenue dans l'ARN messager est identique à celle du brin d'ADN non transcrit. Le nucléotide uracile (U) occupe dans l'ARN la place du nucléotide thymine (T) de l'ADN.

L'ARN-polymérase se déplace toujours dans le même sens sur un brin et dans le sens opposé sur l'autre brin. Elle se détache sur un site présentant des caractéristiques particulières signalant la fin du gène. Ensuite, lorsque l'ARN-polymérase s'est détachée, les deux brins d'ADN s'associent de nouveau au fur et à mesure de l'avancé de l'enzyme, et se retrouvent comme ils étaient avant la synthèse d'ARN.

c. Un processus d'amplification

De l'ARN est produit très rapidement et en grande quantité : plusieurs molécules d'ARN-polymérase effectuent simultanément la transcription du même gène.
Plusieurs gènes peuvent être transcrits simultanément dans le noyau d'une même cellule.

2. De l'ARN à la protéine : la traduction

L'ARN messager produit dans le noyau passe dans le cytoplasme pour y être traduit : c'est la synthèse des protéines.

Elle se déroule en trois étapes :

Initiation : Le ribosome, petit organite cytoplasmique (« atelier d'assemblage des protéines ») commence la lecture du gène dont la séquence est copiée sur l'ARN messager. Il reconnaît un endroit de la molécule appelé codon initiateur. Chaque ribosome est formé de deux sous-unités : la petite sous-unité porte un site de lecture de l'ARN messager et la grosse sous-unité présente un site catalytique. Un ribosome se comporte par conséquent comme une enzyme caractérisée par un site actif. Il catalyse la polymérisation des acides aminés de la protéine qui est en train de se former.
Élongation : Le déplacement relatif du ribosome et de l'ARN messager s'accompagne de l'allongement progressif de la chaîne polypeptidique ; à chaque triplet de nucléotides de l'ARN messager correspond un acide aminé précis qui s'incorpore à la chaîne polypeptidique en formation. La correspondance entre les triplets de nucléotides de l'ARN messager et les acides aminés s'effectue selon les principes du code génétique. La prise en charge de chacun des 20 acides aminés s'effectue grâce à des ARN_t (ARN transfert) spécifiques dont une partie se fixe sur chaque codon. Une liaison peptidique permet l'accrochage de chaque nouvel acide aminé (apporté par un ARN transfert) au dernier acide aminé de la chaîne en cours d'élongation. Le nouvel acide aminé arrivant devient provisoirement à son tour le dernier.
Terminaison : Le ribosome parvient sur un des trois codons « stop » ou « non sens », codon auquel ne correspond aucun acide aminé. La dissociation entre l'ARN messager et la chaîne polypeptidique terminée s'effectue alors.

L'essentiel

L'expression de l'information génétique contenue dans l'ADN comporte deux étapes à l'intérieur des cellules :
- la transcription aboutissant à la production d'une série de copies éphémères du gène, les ARN messagers ;
- la traduction consistant en un décodage de l'information contenue dans les ARN messagers sous forme d'un assemblage d'acides aminés. Les ribosomes, organites globuleux formés de deux sous-unités, sont les « ateliers d'assemblage » des protéines.

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