Le gène, de l`ADN aux protéines - Futura

Dossier>Legène,del'ADNauxprotéines
Futura-Sciences
13/10/2011-Par
ClaudeSauter
Legène,del'ADNauxprotéines
Lavied'ungène,desaduplicationàlafabricationd'uneprotéinepourlaquelleilcode,estunesuccession
d'étapescruciales.Cedossierrécapitulesimplementtoutcequ'ilfautsavoir!
Page1/6-Legène,del'ADNauxprotéines
Les gènes, codés par l’ADN des chromosomes, constituent la source d’information génétique nécessaire au bon
fonctionnement des cellules et du corps humain dans son ensemble. Comprendre le codage de l’ADN est donc un
élémentimportantenmédecine.
En juin 2000, le président Bill Clinton lançait depuis la Maison Blanche une annonce qui allait révolutionner la
biologie et la médecine : la première étape du séquençage du génome humain venait de s'achever, fruit d'une
décennie de recherches menées par un consortium international. Pour la première fois, l'ensemble des gènes
constituant notre patrimoine génétique devenait accessible. Cette information couvre quelque 25.000 gènes
répartis le long de nos chromosomes. Le message qu'ils portent va servir de mode d'emploi pour fabriquer les
protéinesquiassurentlesdifférentestâchesnécessairesaubonfonctionnementdescellulesdenotrecorps.
Lamoléculed'ADN.©ClaudeSauter
Qu’estcequel’ADN?Commentseréplique-t-il?Quelestlemessageportéparlesgènes?Quellessontlesétapes
quipermettentdedécoderlegènepoursynthétiserdesmoléculescapablesd’agir?Cedossierretracelesgrandes
étapes de la vie d'un gène et en présente les principaux acteurs, c'est-à-dire les machineries moléculaires
complexes qui interviennent soit dans la transmission de l'information portée par le gène d'une cellule mère à sa
descendance,soitlorsdel'expressiondecetteinformationaucoursdelaviecellulaire.
Page2/6-L'ADN,lesupportdesgènes
Source:http://www.futura-sciences.com/magazines/sante/infos/dossiers/d/genetique-gene-adnproteines-1130/
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Lamoléculed'ADN,structuréeenhélicedoublebrin,constituelesupportdesgènes,quinesontautres
quelasuccessiondebasesnucléotidiques.
L'ADNestcomposédequatretypesdenucléotidescomposéschacund'ungroupementphosphate(enroseet
rouge),unsucrecyclique(ledésoxyribose)etd'unebasequiestsoitl'adénine(A),lacytidine(C),laguanine
(G)oulathymine(T).Lesnucléotidespeuvents'accrocherdeuxàdeux,AavecTetCavecG,pourformerles
«barreaux»del'échelled'ADN.©ClaudeSauter,CC
La molécule d'ADN est le support de l'information génétique. La molécule d'ADN est formée de deux chaînes ou
brins.LadécouvertedecettedésormaiscélèbrearchitectureendoublehéliceparJamesWatsonetFrancisCrickil
y a 60 ans avait marqué le début de la biologie moléculaire. La détermination du message porté par l'ADN humain
depuisunedizained'annéesconstitueunenouvellerévolutionenbiologieetenmédecine.
Comprendre le contenu et l'organisation de notre patrimoine génétique et la façon dont il s'exprime, constitue un
grand pas en avant dans l'étude du fonctionnement du corps humain, mais aussi de ses dysfonctionnements, et
ouvrelaporteàunethérapeutiquemoléculaireplusciblée.
Maillonsetchaîned'ADN
Un gène est une petite portion, une unité opérationnelle d'information génétique. Celle-ci est stockée dans le
noyaudescellulessousformed'acidedésoxyribonucléiqueouADN.Cettemoléculeendoublehéliceestforméede
deux chaînes constituées toutes deux d'un enchaînement de maillons appelés nucléotides. Ces nucléotides
comportent une des quatre bases qui définissent leur nom : l'adénine (A), la cytosine (C), la guanine (G) ou la
thymine(T).
C'est l'ordre de ces maillons élémentaires, ou séquences nucléotidiques, le long des chaînes qui détermine le
message codé par l'ADN. Les deux brins sont maintenus par l'interaction de couples de bases nucléotidiques, A
avecT,CavecG.Ainsilaséquenced'unbrinestditecomplémentaireàcelledel'autre,unAouunCsurunbrin
faisanttoujoursfacerespectivementàunTouunGsurl'autre.
Page3/6-Laréplicationdel'ADN
La succession des bases de l'ADN doit être recopiée de façon très fidèle lors de la multiplication des
cellules,aucoursd'unprocessusnommé«réplication».
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Lacellulerecopiesesgènesavantdesediviser.Lesdeuxbrinssontséparésetchacunestrecopiépardes
enzymesappeléesADNpolymérases.©ClaudeSauter,CC
Commentl'ADNseréplique?
Grâceàlacomplémentaritédesdeuxbrinsdel'ADN,ilestfacilepourlacellulederecopiersongénomeavantdese
diviser en deux cellules filles. Pour ce faire, les deux brins de lamolécule d'ADN sont séparés et chacun sert de
modèle pour la formation d'un nouveau brin complémentaire. Cette étape est appelée réplication de l'ADN et fait
intervenirtouteunemachineriecellulairepourouvrirl'ADN,ledérouler,lerecopier,etc.
La fabrication des nouveaux brins, appelée synthèse ou polymérisation de l'ADN, est assurée par les ADN
polymérases. Ces enzymes reconstituent la séquence complémentaire en ajoutant un A en face d'un T, un C en
face d'un G, un T en face d'un A, etc. La cellule se retrouve avec deux exemplaires de la molécule de départ
qu'ellepourrarépartirentrelesdeuxcellulesfillesenfindedivision.
La totalité des gènes d'une cellule humaine est répartie sur 46 chromosomes et représenterait, si on les mettait
bout à bout, une hélice moléculaire de près de 2 mètres de long. La cellule s'est donc dotée d'ADN polymérases
trèsefficacespourassurerunecopierapideetavecunminimumd'erreurs.
Page4/6-Latranscriptiondel'ADNenARN
Les gènes portés par l'ADN vont être codés sous une autre forme : en ARN messager, au cours d'un
processusnommé«transcription».
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Lesmoléculesd'ADNetd'ARNsontchimiquementtrèsproches,maislesecondpossèdeunoxygène
supplémentaire(enrougeàdroitedeslettres)surlessucres(riboses)quicomposentsesnucléotides(l'ADN
contientenréalitédudésoxyribose).Enoutre,lathymine(T)del'ADNestremplacéeparl'uracile(U)dans
l'ARN.©ClaudeSauter,CC
Quandl'ADNdevientARN
L'information contenue dans les gènes va servir à la fabrication de milliers de protéines qui interviennent dans le
fonctionnementdelacellule.Lapremièreétapedel'expressiond'ungèneconsisteàrecopiersoninformationsous
laformed'unemoléculetrèsprochedel'ADN,l'acideribonucléiqueouARN.
La principale différence entre ADN et ARN est la présence d'un atome d'oxygène supplémentaire sur chacun des
nucléotidesdel'ARN.Cetajoutapporteuneplusgrandeflexibilitéàl'ARN,luipermetdeserepliersurlui-mêmepour
former des hélices. Grâce à ses propriétés structurales, l'ARN adopte des formes très variées et assure une
diversité de rôles dans la cellule. L'ADN au contraire est plus statique et stable, et sa fonction essentielle est le
stockage d'information sous forme d'hélice double brin. Autre changement : dans l'ARN, la thymine (T) est
remplacéeparl'uracile(U).
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Undesdeuxbrinsdel'ADN,appelélebrincodant,estrecopiéparl'ARNpolymérasesousformed'ARN
messagerquitransmettral'informationdugèneàlamachineriedesynthèseprotéique.©ClaudeSauter,CC
Lorsdelatranscriptiondugène,undesbrinsd'ADNesttranscritenséquenceARNparuncomplexed'unedouzaine
de protéines, l'ARN polymérase (lien vers animation). Cette copie, appelée ARN messager (ARNm), est destinée à
l'usine de fabrication des protéines et lui fournit la recette (séquence d'assemblage) de la protéine codée par le
gène.
Page5/6-Latraductiondugèneenprotéine
Le ribosome, un énorme complexe protéique, réalise la traduction de l'ARN messager en protéine,
dernièreétapepharedelaconversiondel'informationgénétiqueenoutilfonctionnel.
Lecodegénétiquepermetdecoderuntripletdebases(ducentreversl'extérieur)enunacideaminé.©DR
La lecture du message porté par l'ARNm et sa traduction sous forme de protéine sont assurées par le ribosome,
une des plus complexes machines cellulaires. Le ribosome est constitué de trois molécules d'ARN et de plus d'une
cinquantaine de protéines. Son rôle est le décodage d'une information écrite avec quatre lettres – A, C, G, T de
l'ADN,puisA,C,G,Udel'ARN–versunalphabetàvingtlettres:lesvingtacidesaminéscomposantlesprotéines.
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Il réalise cette opération en lisant la séquence de l'ARN par groupes de trois bases, chaque triplet ou codon
indiquantunacideaminédelaséquencedelaprotéineencoursdefabrication.
Lacorrespondanceentrecodonsetacidesaminésestdéfinieparlecodegénétiqueets'exprimeparl'intermédiaire
d'une famille d'ARN particuliers, les ARN de transfert (ARNt). Chaque ARNt contient la séquence complémentaire
d'un codon, l'anticodon, et porte fixé à son extrémité l'acide aminé correspondant. Ainsi, lorsque le ribosome
rencontre un nouveau codon, l'ARNt vient s'y fixer par son anticodon et fournit au ribosome le prochain acide
aminéàincorporerdanslaprotéineencoursdefabrication.
Latraductiondel'ARNmessagerenprotéineimpliquedenombreuxacteurs.L'ADNestd'abordtranscriten
ARNmparl'ARNpol.Leribosomelitensuitelaséquencedel'ARNm,etincorporelesacidesaminés(fixéssur
lesARNtparlesaaRS)apportésparlefacteurEF-Tu.©ClaudeSauter,CC
Latraduction,unmécanismecomplexe
En amont du travail de lecture du ribosome, les acides aminés sont fixés aux « bons » ARNt par une famille
d'enzymes, les aminoacyl-ARNt synthétases (aaRS). Une fois chargés, les ARNt sont immédiatement véhiculés
jusqu'auribosomeparuneautreprotéine,lefacteurd'élongation(EF-Tu).
Ainsi, les ARNt apportent les acides aminés au ribosome dans l'ordre indiqué par la séquence des codons. Une
protéinecommencetoujoursdelamêmefaçon,l'acideaminéméthioninecodéeparlecodoninitiateurAUG.Suivent
lesautresacidesaminésdansl'ordreindiquéparlaséquencedescodonssurl'ARNmessager.Lasynthèses'achève
lorsque le ribosome rencontre un codon « stop » (des codons UAG, UGA ou UAA) qui indique au ribosome qu'il est
arrivéàlafindelaséquencedelaprotéine.Cettedernièreestalorslibéréepourallerremplirsafonctionbiologique
danslacellule.
L'ensembledeceballetmoléculairesedoit,unefoisencore,d'êtretrèsefficace,unribosomeenfilantlesperlesde
protéineàunecadencede15acidesaminésparseconde.
Page6/6-Lecontrôledel'expressiongénique
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Un grand nombre de processus existent pour contrôler le bon fonctionnement de toute la chaîne de
l'expressiondesgènes,delaréplication,àlasynthèsedeprotéines,enpassantparlatranscription.
Desmutationsdansl'ADNentraînentlasynthèsedeprotéinesnonfonctionnelles,voiredangereuses.©irhunicef.fr
La cellule est dotée de nombreux systèmes de contrôle, à la fois pour traquer la survenue de mutations qui
modifieraient l'information stockée dans l'ADN, et pour réguler l'expression des gènes. Elle s'assure ainsi la
productiondeprotéinesactivesenquantitésvouluesetaumomentopportunparunajustementprécisdel'activité
desribosomesetdelasynthèseprotéiquedanssonensemble.
Dedangereusesmutations
Enamont,unebatteriedeprotéinesapourrôlededétecteretdecorrigertoutemodificationdel'ADNquipourrait
être due, par exemple, à une exposition au rayonnement ultraviolet ou à certains composés chimiques. D'autres
sont chargées de minimiser les erreurs lors de la duplication de l'ADN, de sa transcription en ARN et de la
traductionenprotéine.
Sicertainesmutationsdel'ADNouerreursdetranscription/traductionsontsansconséquence,d'autresconduisent
à la production de protéines inactives et peuvent générer un défaut partiel du fonctionnement de la cellule. Une
simple mutation peut aller jusqu'à provoquer la perte de contrôle de l'expression d'un gène ou d'un groupe de
gènes, et, dans une situation extrême, le déclenchement de la prolifération cellulaire et l'apparition d'uncancer.
Lesréseauxdesurveillanceetderégulationsontdoncprimordiauxpourassurerlecoursnormaldelaviecellulaire.
Comprendrepourmieuxsoigner
Commel'illustrecetaperçudelaviedugène,lesretombéesduséquençagedugénomehumainvontbienau-delà
de la simple prouesse technologique. Elles apportent aux scientifiques de nouvelles clés pour comprendre le
fonctionnement d'une cellule, voire d'un organisme dans son ensemble, l'impact des mutations de l'ADN et
l'apparitiondemaladiesgénétiques.
En outre, elles fournissent de nouveaux moyens d'action à travers, par exemple, la thérapie génique qui vise à
rétablir une information correcte dans une cellule défectueuse. Les perspectives d'applications biotechnologiques
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etthérapeutiquessontlarges,lesquestionséthiquestoutaussinombreuses,etpourtant,dixansaprèsl'annonce
duprésidentClinton,nousn'ensommesencorequ'audébutdel'exploitationdecetteformidablemassededonnées
quinouséclairechaquejourd'avantagesurlanaturedenotrepatrimoinegénétique.
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