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Pour mieux comprendre cette page, je vous conseille de lire d'abord Les bases de la génétique.
Les gènes déterminent nos caractères par l'intermédiaire des protéines : chaque gène commande l'expression d'une protéine particulière qui va agir ensuite. Par exemple, la couleur des yeux est déterminée par une enzyme (un des types de protéines) appelée mélanine. Selon les gènes que possède un individu, ses cellules produiront des quantités différentes de mélanine. Une fois produite, celle-ci circule dans le sang et, atteignant les yeux, les colore. Ainsi, plus on produit de mélanine, plus nos yeux se rapprochent du marron. Mais comment passe-t-on d'un gène à la protéine correspondante ?
Le premier constat important est qu'il existe un intermédiaire. En effet, les protéines sont synthétisées dans le cytoplasme des cellules alors que l'ADN est situé dans le noyau (voir encadré) et qu'il ne peut en sortir. Cet intermédiaire, qui a pu être identifié et observé, est appelé ARNm (acide ribonucléique messager). Sa composition est très proche de celle de l'ADN. Il est comme l'ADN composé d'un enchaînement de nucléotides. Toutefois, il ne comporte qu'un seul brin et le désoxyribose de l'ADN y est remplacé par un autre sucre, le ribose (noté R). On le schématise donc ainsi :
La première étape de la synthèse des protéines est donc la synthèse de l'ARNm. Cette étape appelée transcription est réalisée par une enzyme, l'ARN polymérase. Cette enzyme ouvre la molécule d'ADN en séparant les bases azotées. Elle se déplace le long des gènes en mettant en place des nucléotides en face de ceux du brin d'ADN transcrit, en respectant la complémentarité des bases (sauf que dans l'ARNm, le nucléotide T est remplacé par U pour uracile). Une fois que l'ensemble du gène a été transcrit, l'ARNm se détache de l'ADN et se dirige vers le cytoplasme de la cellule.
La seconde étape, la traduction, fait intervenir deux autres constituants : l'ARNt (ARN de transfert) et les ribosomes. L'ARNt est une protéine capable de se fixer d'un côté sur un triplet de nucléotides de l'ARNm (un triplet est appelé codon) et de fixer de l'autre côté un acide aminé (les acides aminés, au nombre de 20, sont les constituants des protéines). Les ribosomes sont de petites particules du cytoplasme formée de deux unités, une grande et une petite (symbolisées sous forme de demi-cercles) . Ces deux unités leur permettent de se fixer autour de l'ARNm comme une perle sur un fil. La grande unité contient deux « sites », chacun pouvant contenir un ARNt.
La traduction est possible car elle est codée par un code universel (ou presque, un petit nombre d'êtres vivants n'ayant pas le même), le code génétique (disponible ici). Celui-ci permet d'associer à presque chaque codon un acide aminé. Les codons ne codant pas pour un acide aminé sont appelés codons-stop ou codons non-sens. Ils déterminent la fin de la synthèse d'une protéine. La traduction se déroule ainsi :
- L'initiation : Le premier codon de l'ARNm est toujours AUG. Grâce à ce codon, deux unités de ribosomes vont pouvoir se fixer autour de l'ARNm. Comme ce codon correspond à l'acide aminé méthionine, l'ARNt correspondant à cet acide vient se fixer sur le codon. Puis une molécule de méthionine se fixe de l'autre côté de l'ARNt.
- L'élongation : Sur le codon suivant, dans le deuxième site du ribosome, vient se fixer l'ARNt correspondant, emportant avec lui l'acide aminé correspondant. La présence des deux acides aminés l'un à côté de l'autre provoque une réaction chimique qui les lie. Alors le premier ARNt se détache, et le ribosome avance d'un codon sur l'ARNm. L'opération est alors répétée. Ainsi, pas à pas, l'ensemble de l'ARNm est traduit en protéine.
- La terminaison : La synthèse s'arrête lorsque le ribosome rencontre un codon-stop. A ce moment, l'ensemble est dissocié : le ribosome, l'ARNm, l'ARNt et la chaîne polypeptidique (c'est-à-dire l'enchaînement des acides aminés) se séparent. Le ribosome se sépare également en deux sous-parties qui vont resservir pour une autre traduction. Une dernière enzyme vient détacher de la chaîne la méthionine correspondant au codon initiateur AUG. La protéine est formée.
Pour synthétiser, voici la schématisation des deux étapes :
