La synthèse des protéines

Les protéines jouent un rôle biologique très important. Elles occupent des fonctions structurales, enzymatiques et de transport de substances. Pour synthétiser des protéines, il faut de l’ADN et de l’ARN. L’ADN sera transcrit en ARN (ARNm en particulier), qui sera à son tour traduit suivant un code génétique, pour donner des protéines.

I. Localisation des acides nucléiques 

L’ADN se trouve dans la chromatine du noyau. L’ARN se trouve dans le nucléole et le cytoplasme.

II. Structure des acides nucléiques 

La structure de l’ADN en double hélice de l’ADN a été décrite par Watson et Crick en 1953. Cette double hélice est constituée de deux brins antiparallèles, c'est-à-dire que ces brins sont parallèles, et en plus un brin est orienté dans le sens 5’-3’ et l’autre 3’-5’.  Déplié, l’ADN se présente comme une échelle dont les deux montants sont constitués de désoxyriboses et d’acides phosphoriques. Les barreaux sont constitués de bases azotées des deux brins qui sont reliés par des liaisons hydrogènes.

Chargaffe établit que dans une molécule d’ADN, la quantité de Thymine est égale à celle d’Adénine et la quantité de Cytosine est égale à celle de Guanine. Il a tiré la conclusion à travers la relation suivante : A/T = C/G =1.

L’ARN est constitué d’un seul brin plus petit que l’ADN. Il existe trois types d’ARN : l’ARN de transfert (ARNt) replié sur lui-même et en forme de feuille de trèfle, présente deux sites essentiels (le site de fixation de l’acide aminé et le site de reconnaissance appelé anticodon), l’ARN ribosomal (ARNr) et l’ARN messager (ARNm) qui est filiforme.

Réplication de l’ADN

Pendant la vie cellulaire, la quantité d’ADN se dédouble avant chaque division cellulaire, c’est la réplication. Pendant la réplication, la molécule d’ADN s’ouvre par rupture des liaisons hydrogènes sous l’action de l’hélicase. Sur chaque base libérée se fixe une base libre qui lui est complémentaire, et ceci grâce à l’ADN polymérase (enzyme). À la fin, il se forme un nouveau brin complémentaire au brin matrice. Donc, on obtient deux molécules filles d’ADN identiques entre elles et à l’ADN mère, ayant chacune un brin de l’ADN mère et un brin nouvellement synthétisé, c’est la semi-conservation.

III. Étapes de la synthèse des protéines

Transcription (synthèse d’ARNm à partir d’ADN)

Elle est réalisée grâce à l’ARN polymérase (enzyme). Cette enzyme ouvre la molécule d’ADN au niveau d’un point précis, le promoteur, progresse le long du brin d’ADN à transcrire et assure la liaison des ribonucléotides pour donner l’ARNm complémentaire au brin d’ADN transcrit. Les deux brins d’ADN se referment au fur et à mesure que l’ARN polymérase avance. Arrivé au niveau à la fin de la transcription l’ARN polymérase se détache et l’ARNm est libéré. 

L’ARNm ainsi obtenu migre du noyau vers le cytoplasme en passant par les pores nucléaires.

Code génétique : système de correspondance entre la séquence (succession des bases azotées) de l’ARNm et les 20 acides aminés. Les nucléotides de l’ARNm sont organisés en triplets, chaque triplet est un codon correspondant à un acide aminé, mais certains triplets n’ont pas d’acide aminé correspondant, ce sont des codons stop ou codons non-sens (UAA, UAG, UGA).

Le code génétique est redondant, car plusieurs codons peuvent coder pour un même acide aminé. Cependant, deux acides aminés ne peuvent pas correspondre à un codon. 

Le code génétique est universel, parce qu’il est le même pour tous les êtres vivants. 

Traduction : elle se fait en trois phases : l’initiation, l’élongation et la terminaison.

1. Initiation : la traduction débute toujours au niveau du codon initiateur AUG de l’ARNm. La petite sous-unité ribosomale se fixe sur l’ARNm, l’ARNt portant comme acide aminé la méthionine et dont l’anticodon UAC est complémentaire au codon initiateur AUG, vient s’y fixer. La grande sous-unité se fixe ensuite sur ce complexe et le premier ARNt occupe le site P. Le ribosome complet est prêt à fonctionner.
   
   
2. Élongation : un deuxième ARNt dont l’anticodon correspond au deuxième codon de l’ARNm vient occuper le site A. Il se forme une liaison peptidique entre le premier acide aminé et le second, on note également une rupture de liaison entre le premier acide aminé et son ARNt. Le ribosome se déplace ensuite d’un codon libérant ainsi le site A au niveau duquel le troisième ARNt se fixera. C’est l’élongation de la molécule de protéine qui est en train de se réaliser.
   
   
3. Terminaison : elle se produit quand le site A du ribosome arrive au niveau d’un codon stop (UAA, UAG, UGA) qui ne correspond à aucun acide aminé. À ce moment précis, il se produit deux phénomènes : les sous-unités du ribosome se détachent ; la molécule de protéine est libérée et la méthionine est coupée.

IV. Les mutations génétiques 

Toute modification (accidentelle ou provoquée par un agent) de la succession de nucléotides d’un gène est appelée mutation. Elle peut se traduire sous forme d’une substitution, une insertion ou d’une délétion. 

1. Substitution 

C’est un remplacement d’une base ou de plusieurs bases d’un brin d’ADN par une autre base ou plusieurs bases. Elle peut entraîner :

• un remplacement d’un codon sens par un autre sans provoquer de changement d’acide aminé, c’est une mutation silencieuse.
• un remplacement d’un codon sens correspondant à un acide aminé par un autre correspondant à un acide aminé différent. Donc, la séquence des acides aminés change, c’est une mutation faux-sens.
• Un remplacement d’un codon sens correspondant à un acide aminé par un codon stop, c’est une mutation non-sens.

2. Insertion et délétion

L’insertion est une addition de nucléotides, alors que la délétion est une suppression de nucléotides d’un gène initial. Elles ont pour conséquences de changer la séquence des acides aminés ou l’apparition d’un codon stop.