L’ADN (acide désoxyribonucléique) est l’une des molécules les plus importantes de votre corps, et bien qu’environ 99,9 % de votre ADN soit le même que celui de tous les autres humains, le 0,1 % qui est différent est ce qui vous rend génétiquement unique ! Cette minuscule structure biologique est le manuel d’instructions ultime, contenant les « recettes » des protéines dont votre corps a besoin pour se développer et fonctionner.

Aujourd’hui, nous allons vous donner un aperçu des bases de l’ADN. Nous parlerons de sa structure, de la façon dont il se réplique et du rôle qu’il joue dans la production des protéines.

La structure de l’ADN : Des pouvoirs biologiques phénoménaux… un espace vital minuscule

Savez-vous que dans une cellule humaine moyenne, il y a environ 2m (6ft) d’ADN ? C’est assez impressionnant, si l’on considère que même les plus grandes cellules font un peu plus de 100µm de diamètre. (C’est vraiment minuscule, soit dit en passant – 1µm est un millionième de mètre.)

Comment tout ce matériel génétique est-il emballé dans un espace bien plus petit que la tête d’une épingle ? La réponse courte est un tas de torsion et d’enroulement. L’ADN s’enroule autour d’amas de protéines appelés histones pour former des unités appelées nucléosomes. Ces nucléosomes se replient en une fibre à motif en zigzag, qui forme ensuite des boucles.

Il y a 46 chaînes d’ADN distinctes dans chaque cellule somatique du corps humain. Chacune d’entre elles est appelée un chromosome. Les scientifiques les regroupent en 23 paires homologues, ce qui signifie que les chromosomes de chaque paire sont similaires en structure et en fonction. La seule exception à cette règle est la 23e paire – les chromosomes sexuels – chez les individus biologiquement masculins. Les chromosomes sexuels X et Y n’ont que certaines régions (régions autosomiques) qui sont homologues.

Au niveau moléculaire, l’ADN a une forme caractéristique en double hélice, et bien que cela n’ait pas été observé par les scientifiques avant le milieu du 20e siècle, il est rapidement devenu l’une des formes les plus emblématiques de toute la science.

Image de A&P 6.

Les côtés de cette échelle torsadée sont composés de molécules alternées de sucre (désoxyribose, pour être précis) et d’un groupe phosphate. Chaque côté est nommé en fonction de son sens (5′-3′ ou 3′-5′). Les « échelons » de l’échelle sont composés de deux bases azotées, maintenues ensemble par des liaisons hydrogène.

Crédit image : Madeleine Price Ball (Wikimedia Commons).

Quatre bases azotées – cytosine, thymine, adénine et guanine – se trouvent sur les brins d’ADN. Du point de vue de leur structure chimique, la cytosine et la thymine sont des pyrimidines et l’adénine et la guanine sont des purines. L’adénine et la thymine (A et T) s’associent toujours, et la guanine et la cytosine (G et C) s’associent toujours. Ils s’apparient ainsi parce que A et T forment deux liaisons hydrogène entre eux et G et C en forment trois.

Au niveau le plus élémentaire, différentes sections de brins d’ADN (séquences de bases azotées) fournissent des instructions pour la synthèse des protéines. Une seule section d’ADN peut même coder pour plusieurs protéines !

Réplication : Doubler l’ADN

Image de A&P 6.

La réplication de l’ADN d’une cellule se produit avant que celle-ci ne se prépare à subir une division – soit une mitose, soit une méiose I.

Elle se déroule en trois(ish) étapes.

1. L’ADN se déroule des histones.
2. Une enzyme appelée ADN hélicase ouvre la structure en hélice sur un segment d’ADN, en brisant les liaisons entre les bases azotées. Elle le fait à la manière d’une fermeture éclair, laissant une fourche de réplication derrière elle.
3. C’est là que les choses deviennent funky.

• Sur le brin 5′-3′ de l’ADN, une enzyme appelée ADN polymérase glisse vers la fourche de réplication et utilise la séquence de bases azotées de ce brin pour fabriquer un nouveau brin d’ADN complémentaire à celui-ci (cela signifie que ses bases s’apparient avec celles de l’ancien brin).
• Sur le brin 3′-5′, plusieurs ADN polymérases s’apparient aux paires de bases dans des segments partiels, en s’éloignant de la fourche de réplication. Plus tard, l’ADN ligase relie ces brins partiels en un nouveau segment continu d’ADN.

Vous voulez savoir quelque chose de net ? Lorsqu’une molécule d’ADN se réplique, chacune des nouvelles molécules d’ADN qui en résulte contient un brin de l’original, donc aucune n’est complètement « nouvelle ». De plus, de nouvelles histones sont fabriquées en même temps que l’ADN se réplique afin que les nouveaux brins d’ADN puissent s’enrouler autour d’elles.

Interlude : ARN vs ADN

Avant d’aborder la transcription et la traduction, les deux processus clés de la synthèse des protéines, nous devons parler d’un autre type de molécule : L’ARN.

L’ARN ressemble beaucoup à l’ADN – il possède un squelette sucre-phosphate et contient des séquences de bases azotées. Cependant, il existe quelques différences essentielles entre l’ARN et l’ADN :

• L’ARN n’a qu’une seule chaîne de nucléotides. Il ressemble à un seul côté de l’échelle de l’ADN.

• L’ARN a le ribose comme sucre dans son squelette.

• L’ARN a l’Uracil (U) au lieu de la thymine.

• L’ARN est plus petit que l’ADN. L’ARN plafonne à environ 10 000 bases de long, tandis que l’ADN a une moyenne d’environ 100 millions.
• L’ARN peut quitter le noyau. En fait, il effectue la plupart de son travail dans le cytoplasme.

Il existe plusieurs types d’ARN, chacun ayant des fonctions différentes, mais pour les besoins de cet article, nous allons nous concentrer sur l’ARN messager (ARNm) et l’ARN de transfert (ARNt).

Faire une protéine, partie 1 : la transcription

La transcription est la première phase du processus de fabrication des protéines, même si la synthèse réelle des protéines ne se produit pas avant la deuxième phase. Essentiellement, ce qui se passe pendant la transcription est qu’un ARNm « copie vers le bas » les instructions pour fabriquer une protéine à partir de l’ADN.

Image de A&P 6.

D’abord, une enzyme appelée ARN polymérase ouvre une section d’ADN et assemble un brin d’ARNm en « lisant » la séquence de bases sur l’un des brins d’ADN. S’il y a un C sur l’ADN, il y aura un G sur l’ARN (et vice versa). S’il y a un T sur l’ADN, il y aura un A sur l’ARN, mais s’il y a un A sur l’ADN, il y aura un U (au lieu d’un T) sur l’ARN. En descendant le long de la chaîne d’ADN, l’ARN polymérase referme la structure hélicoïdale après elle.

Avant que le nouvel ARNm puisse sortir pour livrer ses instructions de fabrication de protéines, il est « nettoyé » par des enzymes. Ils enlèvent des segments appelés introns, puis épissent les segments restants, appelés exons, ensemble. Les exons sont les séquences qui codent réellement les protéines, et ce sont donc eux que l’ARNm doit conserver. Vous pouvez considérer les introns comme un rembourrage entre les exons.

Aussi, vous vous souvenez que j’ai mentionné qu’une seule séquence d’ADN peut coder pour plusieurs protéines ? L’épissage alternatif en est la raison : avant que l’ARNm ne quitte le noyau, ses exons peuvent être épissés ensemble de différentes manières.

Faire une protéine, partie 2 : la traduction

Après avoir été nettoyé et être prêt à partir, l’ARNm quitte le noyau et va accomplir son destin : prendre part à la traduction, la seconde moitié de la construction des protéines.

Dans le cytoplasme, l’ARNm doit s’interfacer avec l’ARNt grâce à un ribosome. L’ARNt est un type d’ARN qui possède un emplacement pour se lier aux acides aminés libres et une séquence spéciale de trois bases azotées (un anticodon) qui se lie au ribosome.

Les ribosomes sont des organites qui facilitent la rencontre entre l’ARNt et l’ARNm. Pendant la traduction, les ribosomes et l’ARNt suivent les instructions de l’ARNm et assemblent les acides aminés en protéines.

Image de A&P 6.

Chaque ribosome est composé de deux sous-unités (grande et petite). Celles-ci s’assemblent au début de la traduction. Les sous-unités ribosomiques peuvent généralement être trouvées flottant dans le cytoplasme, mais un ribosome s’amarrera sur le réticulum endoplasmique rugueux si la protéine qu’il fabrique doit être mise dans une vésicule de transport. Les ribosomes possèdent également trois sites de liaison où les ARNt peuvent s’arrimer : le site A (aminoacyle, première position), le site P (peptidyle, deuxième position) et le site E (la position de sortie).

En définitive, la traduction comporte trois étapes : l’initiation, l’élongation et la terminaison.

Lors de l’initiation, le brin d’ARNm forme une boucle, et une petite sous-unité ribosomique (le bas du ribosome) s’y accroche et trouve une séquence de bases qui lui signale de commencer la transcription. C’est ce qu’on appelle le codon de départ (AUG).

Puis, un ARNt avec anticodon UAC s’apparie avec ce codon de départ et occupe le site de deuxième position (P) du ribosome. Cet ARNt porte l’acide aminé Méthionine (Met). À ce stade, la grande sous-unité ribosomique se met également en position (elle est au-dessus de l’ARNm et la petite sous-unité est en dessous).

Dans la phase d’élongation, le ribosome entièrement assemblé commence à glisser le long de l’ARNm. Disons que la prochaine séquence de bases qu’il rencontre après le codon de départ est GCU. Une molécule d’ARNt avec l’anticodon CGA se fixera sur le site de première position (A) du ribosome. L’acide aminé qu’elle transporte (alanine) forme une liaison peptidique avec Met. Ensuite, l’ARNt CGA (portant la chaîne Met-Ala) se déplace vers la deuxième position et l’ARNt UAC entre dans le site de liaison E. Le site de première position est alors prêt à accepter un nouvel ARNt. Ce processus se poursuit jusqu’à ce que le ribosome arrive à un codon « stop ».

Séquence vidéo de A&P 6.

La terminaison est à peu près ce à quoi elle ressemble. En atteignant le codon « stop », l’ARNt qui se lie à la première position porte une protéine appelée facteur de libération. La chaîne d’acides aminés se détache alors du ribosome, pour aller soit dans le cytosol, soit dans la citerne du RE rugueux, et le ribosome se désassemble. Cependant, il peut très bien se réassembler et refaire le tour de la boucle de l’ARNm. De plus, plusieurs ribosomes peuvent travailler sur le même ARNm en même temps !

Et ce sont les bases de l’ADN !

Voici un tableau pratique que vous pouvez consulter si vous avez besoin de vous rappeler les différences entre la transcription, la traduction et la réplication :

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	Lieu	But	Principal. Participants	Produit(s)
Replication	Noyau	Duplication d’un brin complet d’ADN	ADN ADN hélicase ADN polymérase ADN ligase	2 brins identiques d’ADN
Transcription	Nucléus	Utiliser un brin d’ADN pour construire une molécule d’ARNm	ADN Arn polymérase (ADN ligase)	ARNm
Translation	Cytoplasme	Utiliser l’ARNm pour construire une chaîne d’acides aminés	ARNm Ribosome ARNt (et acides aminés)	Chaîne d’acides aminés (protéine)

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