محاضرات لطلبة البيولوجيا سنة أولى lmd

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هذه عبارة عن مجموعة من المحاضرات المتعلقة بمقياس Biologie cellulaire

Organisation cellulaire

Contrairement à ce que l'on
pense, les cellules ne sont pas toutes construites sur le même schéma.
Bien sûr, elles se ressemblent, elles sont toute constitué d'un
cytoplasme entouré d'une membrane, contiennent un génome à base d'ADN
et les même règles physiologiques peuvent dans la plupart des cas,
s'appliquer à toutes. Mais au delà de ces ressemblances, il existe des
différences fondamentales. Il ne s'agit pas de simples différences
morphologique, mais des architectures cellulaires fondamentalement
différentes. Ces différences permettent de différencier deux types de
base d'organisation cellulaires et trois grandes branches dans l'arbre
généalogique de la vie. Ces types sont disjoints, il n'y a aucun
intermédiaires entre eux.
Les domaines du vivant

Les scientifiques du passé
avaient divisé le monde en 3 règnes : animal, végetal et minéral. Cette
description, basée sur ce qui était visible à l'oeil nu était inexacte
parce qu'elle oubliait tout un pan de la vie tout en lui reliant le
monde non-vivant. La découverte des cellules au XVIIeme sciecle puis
celle des organismes unicellulaires ne va pas modifier cet état de
chose; en se basant sur l'autotrophie et l'hétérotrophie de ces
organismes unicellulaires, ils seront répartis entre végétaux et
animaux. C'est ainsi que les bactéries sont classées dans les végétaux.
En 1866, Haeckel estime que cette répartition est inadaptée, il
regroupe les unicellulaires dans un nouveau regne, les protistes. La
decouverte du microscope électronique au debut du sciecle va permettre
de découvrir la différence fondamentale entre les bactéries et les
autres cellules. Cela abouti en 1938 à la séparation du règne des
monères (ou procaryote) depuis les protistes par Copeland. En 1969,
Whittaker sépare les champignon des végétaux et crée le régne des
fongidés. 9 ans plus tard, avec Margulis, il effectue un ultime
remaniement de la classification en séparant les algues
pluricellulaires des végétaux et en les regroupant avec les protistes.
L'ensemble est renommé proctociste.
Dans les années 70, le
monde vivant comportait donc deux grands types cellulaires, les
procaryotes et les eucaryotes, le second ayant connu une évolution
variée lui ayant permis de générer 4 régnes alors que les procaryotes
semblaient moins diversifiés. Plus récemment, les progrés de la
biologie moléculaire vont permettre d'effectuer une nouvelle
découverte. Les procaryotes peuvent être divisée en deux groupes
cellulaires aussi fondamentalement différents que le sont les bactéries
des eucaryotes : les eubactéries et les archéobactéries. Cette
decouverte abouti à la proposition par Woese en 1990 d'une division du
monde vivant en 3 domaines basés sur la structure cellulaire:
eubactéries, archéobactéries et eucaryotes.
Les eucaryotes

Les Eucaryotes sont les
cellules qui constituent tout l'environnement que nous voyons, les
plantes, les animaux et champignons ainsi que divers espèces
unicellulaires tels que les amibes ou les paramécies. Ils sont
caractérisées par la présence d'organites, sortes d'organes
intracellulaire. Parmi eux, un organite est toujours présent : le
noyau, qui contient l'information génétique de la cellule. Il est
d'ailleurs à l'origine du nom de ce type (eucaryote = vrai noyau en
latin). La structure génétique de ces cellules est constituée de
plusieurs brins linéaire d'ADN (les chromosomes) et par des gènes en
"mosaique", c'est à dire que les zones codantes du gène sont découpées
en morceaux qui sont séparés par des zones non codantes.
Les originalités des eucaryotes ne se limitent pas à des considérations
génétiques. Celles-ci sont souvent de grande taille, ce qui les
fragilise et diminue leur surface d'échange avec le milieu extérieur.
Mais surtout, elles vont développer un cytosquelette, sorte de
charpente intracellulaire mobile qui va permettre à la fois de se
rigidifier (et de compenser leur fragilité) et de se déformer de façon
contrôlée, phénomène qui est à l'origine du mouvement des animaux, mais
aussi des cellules phagocytaire et qui est donc directement responsable
de la grande variété des formes animales qui existent.
Les procaryotes

Par opposition, les
procaryotes sont les cellules sans noyau. Ces cellules sont de petites
tailles et sans organites intracellulaires. Leur matériel est constitué
d'un unique chromosome circulaire et de divers morceaux d'ADN également
circulaires mais beaucoup plus petit et en nombres variables (meme
entre les individus d'une meme espèce, voire à des moments différents
de la vie d'un meme individu) , les plasmides. En effet, alors que le
chromosome se duplique de façon synchronisée avec la division
cellulaire, les plasmides se repliquent de façon indépendante et sont
répartis au hasard entre les deux cellules filles lors d'une division.
De plus, certains plasmides ont la capacité de s'intégrer
provisoirement au chromosome. Enfin, ces cellules ne contiennent pas de
cytosquelette. Elles sont en général rigidifiées par un revetement
externe et sont indeformables sauf chez les plus petites espèces). La
structure des gènes différe également de ceux des eucaryotes, chez les
procaryotes, ils sont continus et plusieurs d'entre eux sont regroupés
au sein d'un meme ensemble fonctionnel, l'operon.
Eubactéries et archéobactéries

Pendant longtemps,
procaryote a été synonyme de bactérie, jusqu'à la découverte en 1990
d'un type cellulaire nouveau, de toute évidence procaryote, mais qui ne
sont pas des bactéries. Les bactéries ont donc été renommées
eubactéries (vrai bactéries) et ce nouveau type cellulaire
archéobactérie. Ces dernières partagent avec les eubactéries la
possession d'un chromosome circulaire unique et l'absence de
cytosquelette. Mais elles comportent aussi des caractères eucaoryotes
tels que les gènes en mosaique et une structure génétique semblable.
Ces caractèristiques intermédiaires les ont fait considerer comme les
ancetres des deux groupes. Toutefois, elles disposent de particularités
originales, leur membrane notamment est constitituée de lipides
retrouvés nulle part ailleurs dans le monde vivant. La principale
caractéristique des archeobactéries, à l'origine de leur popularité,
est leur capacité a survivre dans les milieux extrèmes : eaux trés
acides (pH < 1) ou très salées (mer morte) ou très chaude ( >
120°C) ou très froides ( < 0°C), bien que la plupart d'entre elles
vivent dans des milieu plus cléments.
Les procaryotes


Aspect général des procaryotes

Selon leur aspect les
bactéries peuvent être regroupées en plusieurs catégories. Ces
catégories sont purement descriptives et ont peu à voir avec la
phylogénie de ce groupe.
Les cocci

Les cocci sont des
bactéries rondes. Ces bactéries peuvent vivre de façon isolée mais
elles sont en général regroupées en structures pseudo-pluricellulaires.
A chaque division, les cellules filles restent collées. Selon les cas,
on peut obtenir trois types de structures :
Les diplocoques : les cellules sont regroupées deux par deux.
Les streptocoques : les cellules forment une chaine linéaire.
Les staphylocoques : les cellules forment une petite grappe.
Les bacilles

Les bacilles sont des
bactéries allongées. Elles vivent en général solitaires mais peuvent à
l'occasion se regrouper en structure pseudo-pluricellulaires. Par leur
morphologie on distingue deux groupes :
Les bacilles sont des cellules allongées droites.
Les vibrions sont des cellules incurvées.
Les spirilles

Les spirilles sont les plus étranges des bactéries. Elles ont en effet une forme hélicoidale.








Structure interne des procaryotes

Les membranes







Les bactéries possèdent toutes une membrane plasmique qui les entoure qui est constituée comme toutes les membranes biologiques
d'une bicouche lipidique.
Elles ne possèdent cependant pas de membranes intra-cytoplasmiques
comme les eucaryotes et les fonctions dévolues à ces dernières sont
toutes assumées par la membrane plasmique : membranes nucléaire, du
réticulum et même des organites.
La membrane plasmique est entourée d'une paroi pectocellulosique,
perméable mais néanmoins très rigide qui lui permet de résister à des
pressions osmotiques du cytoplasme très élevée, supérieure à 5
atmosphères, sans exploser.
Certaines bactéries possèdent une seconde biomembrane qui entoure la
paroi. Cette membrane permet de distinguer les bactéries Gram - (du nom
du biologiste qui a mis le test au point) qui la possède des Gram + qui
ne l'ont pas. Cette biomembrane est constituée comme la membrane
plasmique d'une bicouche lipidique, mais les acides gras et les
protéines constitutives en sont très différentes.
Le matériel génétique

Le matériel génétique est
constitué d'un unique chromosome circulaire qui baigne dans le
cytoplasme. Il est replié en longues boucles dont la base est reliée à
un ensemble protéique, le core. Ce dernier est lui même fixé à la
membrane plasmique et empêche donc l'ADN de se déplacer librement dans
le cytoplasme.
La duplication du chromosome est reliée à la multiplication cellulaire,
c'est à dire qu'il ne se duplique que quand la cellule se divise et
inversement. Dans les deux cellules filles, le chromosome est identique.
A côté de ce chromosome, il
existe de petits éléments d'ADN circulaire en nombres variables : les
plasmides. Contrairement au chromosome, ces plasmides ne sont pas
indispensables à la vie de la cellule. Ils portent toutefois quelques
gènes intéressants, comme une résistance aux antibiotiques. Ils peuvent
aussi dans certains cas s'integrer de façon réversible au chromosome.
La multiplication des plasmides est indépendante de celle de la cellule
et du chromosome. Ils peuvent se dupliquer sans division cellulaire et
en cas de division ils sont répartis au hasard entre les deux cellules
filles.
Le cytoplasme

Le cytoplasme des bactéries
remplit toutes les fonctions remplies par le cytoplasme des eucaryotes,
mais aussi par le nucléoplasme (milieu intranucléaire) ou le stroma des
organites. Comme chez les eucaryotes, les principales réactions du
métabolisme et la synthèse des protéines intracellulaire s'y déroulent.
Mais il assure aussi la duplication de l'ADN et la synthèse d'ARN
(fonctions du noyau), la synthèse des protéines extracellulaires
(fonction du réticulum endoplasmique granuleux), la respiration
(fonction des mitochondries), la photosynthèse (fonction des
chloroplastes), etc...
Ce mélange des fonctions dans un seul endroit fait que des évènements
disjoints dans le temps et l'espace chez les eucaryotes sont simultanée
chez les procaryotes. Il en est ainsi de la synthèse des protéine qui
débute alors même que la synthèse de l'ARN messager correspondant n'est
pas encore totalement terminée.



يتبع...



Le flagelle

Le flagelle est l'organe
qui assure le déplacement de la cellule. Toutes les bactéries n'en
possèdent pas et les cocci en sont dépourvu. Le flagelle a une
morphologie différente de celui des eucaryotes, il est plus simple, son
fonctionnement est plus rustique. Il est constitué d'une protéine, la
flagelline. Il est ancrée dans la membrane par une protéine motrice
(c'est à dire capable de générer de l'énergie mécanique à partir
d'énergie chimique. Ce moteur peut tourner sous l'action du gradient de
pH qui existe entre l'intérieur et
l'extérieur de la cellule.
Chaque ion H+ qui entre dans la cellule fait tourner le moteur d'une
fraction de tour. Pour faire un tour complet il faut un nombre d'ion
bien connu des informaticiens : 256 ions H+.
Le moteur peut tourner dans les deux sens, mais l'effet n'est pas le
même. Dans un sens il propulse la cellule, dans l'autre il la fait
tourner. Ce système permet à la cellule de se diriger d'une façon certe
primitive mais néanmoins efficace.

La reproduction des procaryotes



Les procaryotes se
multiplient de la même façon que toutes les cellules vivantes, par
croissance puis division cellulaires. Contrairement aux eucaryotes ou
cette croissance est scrupuleusement régulée, elle est continue chez
les procaryotes. Les cellules se multiplient tant que les conditions
sont favorables. Quand les conditions deviennent défavorables, les
cellules meurent ou pour quelques rares groupes forment des spores
extremements résistants qui attendront que les conditions redeviennent
favorables.
La division cellulaire.

Lors de la division
cellulaire, la cellule croit en volume, puis quand elle atteind une
taille suffisante, elle se coupe en deux cellules filles, les
constituants étant réparties entre les deux. L'ADN chromosomique est un
cas particulier puisqu'il est copié pendant la phase de croissance,
chaque cellule fille en recevant une copie. Sa synthèse est continue,
elle commence dès que la cellule nait et se termine avec la division
suivante.
L'ADN est constitué de deux
brins enroulés en double hélice. Les bases azotées qui constituent ces
brins sont complémentaires. Une base A est toujours associée à une base
T et G avec C. Lors de la duplication de l'ADN, les deux brins se
séparent. Le brin compléntaire de chacun est synthétisé en prenant la
base complémentaire de celle présente sur le brin conservé. Les
molécules d'ADN résultantes sont constituées chacune d'un brin
provenant de la molécule mère et ayant servi de moule et d'un brin
néosynthétisé. Une telle replication est dite semi-conservative.
La duplication de l'ADN est
sous le contrôle d'une protéine complexe, l'ADN réplicase. Cette
protéine effectue toutes les opérations, séparation des deux brins mère
(brins noirs ci dessous) et synthèse des brins complémentaires (brins
bleus). Elle parcours un brin à partir d'un endroit precis appelé point
d'initiation. Deux réplicases parcourent l'ADN en sens opposé à partir
de ce même point. Avant la replicase, on a une seule molécule d'ADN,
deux après son passage. A l'endroit où se trouve la réplicase, l'ADN à
l'aspect d'un Y, ce Y est appelé fourche de replication. Quand les deux
réplicases ont fait le tour de l'ADN, les deux brins deviennent
indépendant, la cellule est prète à se diviser.
Les choses sont toutefois
loin d'être aussi simple. Tout d'abord, la replicase ne peut pas se
fixer à l'ADN et le dupliquer comme ça. Elle ne peut que prolonger un
brin d'ADN déjà existant. Or quand la réplicase commence son travail,
il n'y a aucun brin à prolonger. Il faut donc construire une amorce qui
permettra à l'ADN replicase de démarrer. Les seules protéines de
l'organisme capable de construire une chaine nucléique à partir d'une
matrice sans brin amorce sont les ARN synthétase (en fait, elles
utilisent un brin d'ARN amorce, mais il est inclus dans la protéine
même). Une ARN synthétase va donc construire cette amorce d'ARN (en
rouge) dont l'ADN replicase va se servir comme point de départ de sa
synthèse. A la fin de la synthèse de l'ADN, ce morceau d'ARN au début
de la chaine d'ADN sera excisé et remplacé par les protéines de
réparation de l'ADN, il n'y a plus alors de problème puisque le
chromosome étant circulaire, les protéine peuvent se servir de ce qui
précède pour élonguer l'ADN.

Le second problème concerne
le sens de travail de l'ADN replicase. Elle ne peux en parcourir l'ADN
que dans un seul sens, nommé 5' -> 3'. Or les deux brins sont
disposés de façon antiparallèles. L'un des brins est donc orienté dans
le bon sens pour l'enzyme (brin du haut), mais l'autre l'est dans le
mauvais, elle ne peut donc pas le dupliquer directement. La solution
que les bactéries ont mis en place consiste à faire avancer la
replicase dans le bon sens le long du brin correctement orienté pendant
quelques milliers de paires de base, puis une seconde ADN replicase
entre en jeu, un brin d'ARN amorce est mis en place et l'ADN est
synthétisé à contre sens par l'ARN réplicase, jusqu'à ce qu'elle
rencontre l'amorce ARN du fragment précédent. On obtient donc une
synthèse différente pour les deux brins de la molécule d'ADN. Un brin
est synthétisé en continu dans le sens normal de lecture de l'ADN,
l'autre brin est en apparence synthétisé dans le même sens, donc en
sens contraire du sens normal de lecture, mais en réalité sa synthèse
est le










résultat de plusieurs
courtes synthèse qui s'initient successivement dans le même sens que
l'autre brin mais s'exécutent dans l'autre sens, correct pour l'ADN
réplicase. En fin de synthèse, le second brin est constitué de
multiples fragmenst d'ADN séparés par de courts fragments d'ARN. Chaque
fragment d'ADN est appelé fragment d'Okazaki (brin du bas). Comme pour
le premier brin les morceaux d'ARN sont remplacés par de l'ADN par les
mécanismes de réparation de l'ADN.
La conjugaison

Les cellules procaryotes
n'ont pas de sexualité dans le sens cellulaire du terme, c'est à dire
la création d'un nouveau génome par la réunion de deux demi génomes
parentaux. Ils ont toutefois un mécanisme qui lui ressemble de loin que
certains microbiologiste ont assimilé à une sexualité primitive : la
conjugaison. Certains procaryotes possèdent un plasmide particulier, le
plasmide F. Celui possède la faculté de pouvoir se dupliquer, la copie
étant transmise à une autre cellule procaryote de la même espèce qui ne
possède pas ce plasmide. Dans les faits, deux cellules s'approchent,
une petite excroissante est émise par la cellule qui porte le plasmide
F (appelée cellule de type F) et rejoint la seconde cellule,
établissant un pont cytoplasmique entre elle. Le plasmide est alors
dupliqué et la copie passe le pont au fûr et à mesure de sa synthèse.
La nouvelle cellule devient a son tour de type F.
Toutefois, le plasmide F
peut s'integrer au chromosome cellulaire, c'est alors le chromosome
dans sa totalité qui est transmis à la seconde cellule. La cellule
receveuse qui reçoie la copie peut alors effectuer des recombinaisons
avec son propre chromosome en contruisant un nouveau chromosome hybride
constitué d'éléments du sien et de la cellule donneuse. Dans ce cas, le
plasmide F est transmis en tant qu'élément du chromosome et ne sera pas
obligatoirement intégré au nouveau chromosome, la receveuse ne deviens
pas forcément de type F.
Dans le second cas, il y a
bien eu recombinaison de deux génome pour former un nouveau génome,
cela ressemble donc à la sexualité des eucaryotes, mais sans formation
de gamètes. Il n'y a pas fusion de deux cellules par fécondation mais
transformation partielle d'une cellule par une autre.


Illustrations
Bacille en division. Image de synthèse. Copyright 2000L. Delépine
Duplication de la molécule d'ADN.
Les brins d'ADN mère sont en noir, les brins néosynthétisés sont en
bleu. Les zones rouges représentent les amorces en ARN. La chaine
supérieure est synthétisée en une seule fois dans le sens 5'->3'
alors que la chaine inférieure l'est par fragments d'Okazaki dans le
sens inverse. Copyright 2000 L. Delépine
Conjugaison entre bacteries
La bactérie supérieure en bleu emet un prolongement cytoplasmique vers
la bactérie inférieure. Ce prolongement servira à transférer un
fragment d'ADN de la cellule verte vers la bleue. Image de synthèse
يتبع


La synthèse des protéines chez les procaryotes




La synthèse des protéines
chez les procaryotes a été très étudiée, car elle reprend dans les
grandes lignes les mécanismes développés chez les eucaryotes et chez
l'homme, mais de façon beaucoup plus simple. C'est grace aux bactéries
que la biologie moléculaire a pu faire d'aussi grand progrès
aujourd'hui.
La
strcuture d'une protéine est entièrement determinée par la séquence en
acide aminée qui la constitue. Pour synthetiser une protéine, la
cellule doit donc assembler les acides aminés dans un ordre exact
défini pour chaque protéine. La séquence en acide aminée est codée dans
la molécule d'ADN qui constitue la mémoire de la cellule. Il existe
dans la nature 20 acides aminés, mais seulement 4 bases nucléiques.
Tout le problème consiste donc à transformer un code à quatre éléments
en une structure linéaire à 20 éléments. Cette prouesse est réalisée
dans toutes les cellules en 2 étapes appelées respectivement
transcription et traduction, que nous allons détailler maintenant après
avoir défini auparavant ce qu'est un gène.
Avant
de continuer, je doit signaler que l'ADN ne synthètise pas les
protéines, il ne fait que coder l'information nécessaire. La synthèse
est effectuée par tout un mécanisme enzymatique à partir des
informations portées par la molécules.

Le gène

L'ADN
de la cellule est une molécule linéaire constituée d'un enchainement de
bases nucléiques dans un ordre précis. Cette molécule, généralement
unique chez les procaryotes, est capable de coder les informations
nécessaires pour synthétiser plusieurs milliers de protéines
différentes. Le code de ces protéine est donc disposé bout à bout sur
la molécule d'ADN. Ce qui implique que l'ADN est divisé en zone,
chacune correspondant à une protéine précise. Ces zones sont appelée
gène. L'ADN peut ainsi être assimilé à une bande magnétique qui
comporte plusieurs fichiers à la suite l'un de l'autre.
Il
ne suffit pas pour synthétiser une protéine, d'avoir une molécule
d'ADN. Puisque une molécule d'ADN peut coder plusieurs protéines, il
faut savoir où chacune commence et où elle finit. Il faut aussi que la
protéine soit synthétisée quand il faut mais pas de façon inutile.
Toutes ces informations sont codées sous forme de séquence de base à
l'intérieur de la molécule d'ADN. Le gène apparait donc comme une
véritable fiche technique qui indique non seulement la composition de
la protéine, les conditions dans lesquelles elle doit être synthétisée
et où elle doit être utilisée. Souvent, ces informations de régulation
prennent plus de place dans le gène que la composition de la protéine
elle même.
Nous
avons vu plus haut que la molécule d'ADN est constituée de deux brins
complémentaires. Des expériences ont montrés que le gène est porté par
un seul des deux brins. L'autre brins ne comporte aucune information,
si ce n'est qu'il permet par complémentarité de resynthétiser le
premier brin. Cette règle est respectée par l'ensemble des êtres
vivants sauf chez les virus à ADN chez qui le génome extrémement réduit
oblige à choisir leur séquence protéique de façon à utiliser les deux
brins de la molécule d'ADN. D'autre part, le brin traduit en protéine
est lu dans un sens bien précis, dans le sens 5' -> 3'. Ces
informations de régulation sont rassemblées dans une zone qui précéde
le gène et qui est appelée








promoteur.
Le promoteur est caractérisé par des séquences consensus, c'est à dire
des séquences de nucléotides qui ne sont pas toutes identiques d'un
promoteur à un autre mais qui ressemblent, à l'exception d'un ou deux
nucléotides, à une séquence moyenne (consensus) appelée boite. Il
existe deux boites, la boite CAAT et la boite TATA, ainsi nommées en
fonction de la séquence consensus qui les caractérise.
Une
particularité dun génome des procaryotes est l'organisation des gènes
en opérons. Plusieurs sont disposés à la suite sur le brin d'ADN et
tous sont contrôlés par la même zone de régulation. Tous ces gènes
seront transcris sur le même ARN message et seront traduit en
protéines. Cela est un moyen simple, mis en place par les procaryotes
pour assurer la synthèse coordonnées de protéines dépendantes. On
trouve ainsi dans un opéron une enzyme et ses facteurs de régulation,
les enzymes spécifiques d'une voie métabolique, etc... Les eucaryotes
ne possèdent pas d'opérons, ils ont d'autres systèmes plus complexes,
mais autrement plus performants.

La transcription

La molécule d'ADN est unique
dans l'organisme. Ceci a deux implications : tous mécanisme qui risque
d'endommager l'ADN detruirait automatiquemnt le gène en cours de
traduction et la quantité de protéines qu'il est possible de
synthétiser par unité de temps est réduite. Ces difficultés ont été
tournée par les cellules en n'effectuant pas la traduction directement
depuis l'ADN mais se servant de celui-ci pour créer plusieurs copies de
travail qui elles servivont à synthétiser les protéines.
La première étape de la
synthèse protéique est donc la synthèse d'une copie de la partie utile
du gène. La molécule synthétisée n'est toutefois pas de l'ADN mais de
l'ARN. Elle diffère de l'ADN par trois particularités :/ [/IMG] Enfin, la molécule d'ADN est monocatenaire, c'est à dire, constituée d'un seul brin.
L'ARN qui servira de matrice
est appelé ARN messager, car il porte le message sur la structure de la
protéine. Il est différent pour chaque protéine synthétisé. On peut
noter trois particularités de cet ARN qui différe de celui des
eucaryotes, d'une part sur une molécule d'ARN, le gène est en un seul
morceau (ce détail sera approndi lors de l'etude des gènes fragmenté
des eucoaryotes), d'autre part, un ARN peut porter plusieur gènes; au
sein d'un opéron, enfin, un même gène ne peut coder pour qu'une seule
protéine, alors que les eucaryotes par le mécanisme de l'épissage
peuvent coder plusieurs protéines par un même gène.
L'ARN messager n'est toutefois
pas le seul ARN synthétisé par la cellule à partir de l'ADN. On trouve
deux autres types qui sont aussi codés par des gènes de l'ADN, mais ne
seront pas traduits en protéines : l'ARN ribosomal, qui intervient dans
la machinerie de la synthèse protéique et l'ARN de transfert qui
participe à la reconnaissance des acides aminés. Ces deux types sont
communs à toutes les protéines synthétisées.
La synthèse de l'ARN fait
intervenir un ensemble protéique très complexe, la RNA synthétase. La
première étape de la transcription est la reconnaissance du gène à
transcrire. Cette étape fait intervenir des mécanismes variés qui
dépendent de la protéine à transcrire, mais qui tous reposent sur le
principe d'une protéine spécifique du ou des gène à transcrire, qui se
fixe en un endroit précis de l'ADN, située dans le promoteur. Cette
protéine va servir de point d'ancrage au système RNA synthétase, cette
phase n'ayant lieu naturellement que si les deux boites CAAT et TATA
sont présentes. Ce complexe va parcourir la molcéule d'ADN pour la
lire. Elle va tout d'abord dérouler la molécule d'ADN, puis séparer les
deux brins, puis assembler les bases azotées en se servant du brin
complémentaire comme matrice pour aboutir à la molécule d'ARN. Derrière
elle, les deux brins se réassemblent et l'ADN se réenroule. Quand la
RNA synthétase rencontre le site de terminaison de gène, elle se sépare
de l'ADN est l'ARN est libéré dans le cytoplasme. Souvent, plusieurs
RNA synthétase peuvent parcourir le même gène simultanément, ce qui
permet à partir d'un seul gène d'obtenir de multiples copies sous forme
d'ARN, ce qui permettra ultérieurement de synthétiser la protéine
beaucoup plus rapidement que si la traduction avait lieu directement
depuis l'exemplaire unique de l'ADN.
Maintenant que l'ARN est prêt, l'étape suivante, sa traduction en protéine va pouvoir débuter.

La traduction



La traduction est la synthèse
de protéine à partir du message porté par la molécule d'ARN. Ce terme
de traduction se justifie car il faut passer d'une succession de 4
bases azotées à une succession de 20 acides aminés. La méthode la plus
simple à imaginer est de faire correspondre à chaque acide aminé une
succession de bases azotées, les groupes de base azotés correspondant à
chaque acides aminés se succedant sur la molécule d'ARN pour coder la
séquence de la protéine. En regroupant les bases par deux, on peut
ainsi coder 8 acides aminés, par 3 on dispose de 64 possibilités, ce
qui est suffisant pour nos besoins. Comme il y a 20 acides aminés, on
pouvait donc supposer que :

1. le codage des protéines est beaucoup plus complexe, utilisant par exemple un mélange de doublet et de triplet.
   
2. plusieurs triplets de bases codent pour le même acide aminés
   
3. seuls une partie des triplets codent pour des acides aminés, les autres étant inutilisés.
   

Des expériences ont montrés que la réalité est un petit peu un mélange des trois.
Les acides aminés sont bien
codés par des triplets de bases azotés et plusieurs triplet
correspondent au même acide aminés, ce qui correspond à l'hypothèse 2.
Mais certains triplets ne code aucun acide aminés (hypothèse 3). Enfin,
si plusieurs triplets codent pour plusieurs acides aminés, la
correspondance ne s'est pas établie au hasard. Souvent seules les deux
premières bases sont spécifiques de l'acide aminés, la troisième étant
sans importance ou au mieux seule sa nature chimique (purique ou
pyrimidique) compte. Seul pour un petit nombre d'acide aminés, la
succession exacte des bases azotés est importante. On retrouve ainsi un
code à deux bases noyés dans le code à trois bases (hypothèse 1).
Trois triplets ne codent pour
aucun acides aminés. Cela ne signifient pas qu'ils ne servent à rien.
En réalité, ils servent de ponctuation, indiquant au mécansime de
synthèse que la fin de la protéine est atteinte. Il existe aussi un
triplet indiqué ou débute la protéine, mais le cas est beaucoup plus
complexe puiqu'il code aussi pour un acide aminé, ce qui lui atttribue
donc deux rôles.
Il est a noter que le code de
correspondance entre les triplets de bases et les acides aminés est, à
de très rares exceptions près et dans une mesure très réduite,
universel pour l'ensemble de la planète, des bactéries à l'homme. Ce
fait, plus que tous les autres milite en faveur d'une origine commune
pour tous les êtres vivants. Ce code a été aujourd'hui élucidé et
s'appelle le code génétique. Le triplet de base azoté est le codon.







U


C


A


G



U







tyr

tyr





cys

cys





U

C





C


leu

leu





pro

pro





his

his





arg

arg





U

C





A


ileu

ileu





thr

thr





asn

asn





ser

ser





U

C





G


val

val





ala

ala





asp

asp





gly

gly





U

C