Pour construire des protéines, on part du plan qui se trouve dans l’ADN. Pour reprendre la métaphore de la bibliothèque de notre introduction, l’ADN est un document précieux auquel il est interdit de sortir du noyau. Il va donc d’abord falloir synthétiser un ARN, une sorte de copie fidèle des informations contenues dans l’ADN, et c’est à partir de cet ARN, qui peut lui quitter le noyau, que les protéines sont synthétisées. Il s’agit donc d’un mécanisme en plusieurs étapes:

  • La transcription. Pour démarrer le processus, il faut copier le plan initial, contenu dans la séquence d’ADN. Pour ce travail de reproduction, les cellules utilisent une enzyme (encore une protéine donc): l’ARN polymérase (littéralement l’enzyme qui synthétise un polymère d’ARN). Les ARN ainsi synthétisés sont dits « messagers » (ARNm), car ils peuvent eux sortir du noyau et se déplacer dans le cytoplasme jusqu’aux appareils de productions des protéines. Ils sont une copie du plan initial et peuvent donc varier d’un individu à l’autre. Ils vont servir de support à l’étape de traduction.
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L’ARN polymérase en action : La protéine (en bleu et vert) se déplace le long de la double hélice d’ADN (en saumon) et produit un ARN (en rose). Image de David Goodsell pour MOTM
  • La traduction. Ensuite les choses se compliquent un peu. Cette deuxième étape repose sur un très grand ensemble moléculaire, formé d’ARN et de protéines, qui va catalyser la synthèse des protéines: le ribosome. La traduction repose sur le code génétique qui fait correspondre chaque acide aminé à un codon, une séquence de 3 bases de l’ARN. Le code génétique est universel, tous les organismes vivants ont le même! C’est d’ailleurs un des arguments pour dire que tous les êtres vivants ont un ancêtre unique (LUCA, que nous avons évoqué dans le chapitre inaugural).

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La grande sous unité du ribosome (par David Goodsell pour MOTM), l’étude de cet énorme complexe s’est vue récompensée par un Prix Nobel de chimie en 2009

Une observation qui suggère que les protéines seraient apparues après l’ARN est le fait que le cœur du ribosome ne contient que de l’ARN. On peut donc envisager que le ribosome primitif n’ait été constitué que d’ARN.

Un détail d’importance qui a des conséquences très concrètes dans notre vie quotidienne est que les ribosomes des humains et des bactéries sont différents. C’est ce qui permet à certains antibiotiques d’agir en bloquant les ribosomes bactériens tout en laissant nos petites cellules humaines tranquilles. Les virus quant à eux sont des parasites: ils n’ont pas leurs propres ribosomes mais viennent squatter ceux de leur hôte ! Et c’est pour cela qu’il est inutile de tenter de lutter contre un virus à coups d’antibiotiques.

  • Le repliement. une fois la séquence primaire obtenue il faut encore que la protéine prenne la bonne forme en trois dimensions, c’est le repliement, dont nous vous parlerons plus en détail la semaine prochaine.

Tout le processus dépend du plan initial, une modification de la séquence d’ADN peut donc induire une modification de la protéine, ce qui peut avoir des conséquences sur son fonctionnement (ce que nous détaillerons plus dans un billet ultérieur).
Au laboratoire, on peut introduire des modifications volontairement et l’on parlera alors d’évolution dirigée. Nous verrons quelques applications de cette approche dans deux billets programmés un peu plus tard.

Les experts à l’assaut de l’ADN !

Ou comment le système de copie de l’ADN est utilisé par la police scientifique…

La copie de l’ARN repose sur la complémentarité des bases, à chaque base de l’ADN correspond une base de l’ARN. Quelles sont les conséquences?

  • Sélection naturelle. La complémentarité permet la copie de l’ADN, et donc la transmission de l’information génétique d’une génération à la suivante.
  • Police scientifique. Copier l’ADN les humains ont aussi appris à le faire! En utilisant une ADN polymérase on peut copier de l’ADN. Si on le fait plusieurs fois, on effectue une réaction en chaîne (PCR, polymerase chain reaction, en anglais) un peu comme une photocopieuse à ADN. Cela multiplie les traces d’ADN d’un échantillon et permet donc de l’analyser. La méthode a valu le prix Nobel de Chimie à leurs inventeurs en 1993.
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Avec l’ADN polymérase c’est sur que les parties de Cluedo durent nettement moins longtemps… (image de Natacha Gillet)

Jouer avec le code génétique

Le code génétique est un point important du programme de SVT il a donc attiré l’attention de nombreux enseignants dont certains ont conçu des séquences pédagogiques autour d’escape games qui utilisent le code génétique. Nous vous recommandons notamment code Nobel, qui pourra être utilisé en classe ou à la maison!