Comment l'ADN fabrique une protéine : transcription et traduction
Un gène est une recette écrite en quatre lettres. Voyez comment une cellule la copie dans l'ARNm, la lit lettre par lettre, construit une protéine et quel effet produit une erreur d'une lettre.
DNA ne fabrique rien par lui-même. C'est un ensemble d'instructions, enfermé dans le noyau. Pour construire une protéine, la cellule copie d'abord un gène en une molécule plus petite et portable appelée ARNm (c'est la transcription), puis un ribosome lit l'ARN lettre par lettre et assemble les acides aminés dans l'ordre correspondant (c'est la traduction). L'ordre des acides aminés détermine comment la protéine se replie, et sa forme détermine sa fonction. C'est ainsi que l'ADN fabrique une protéine, et tout le processus en deux étapes est appelé la synthèse des protéines.
Le code à quatre lettres
L'ADN est composé de deux longs brins torsadés en une double hélice. Chaque brin est une chaîne de bases, et il n'y en a que quatre : A (adénine), T (thymine), C (cytosine) et G (guanine). Au milieu, les bases s'apparient selon une règle stricte :
- A s'apparie toujours avec T (lié par deux liaisons hydrogène)
- C s'apparie toujours avec G (lié par trois)
Donc si un brin lit ATGGTGCAC, l'autre doit lire TACCACGTG. Chaque brin porte toutes les informations nécessaires pour reconstruire l'autre, ce qui est exactement comment l'ADN est copié lorsqu'une cellule se divise.
Étape 1 : transcription (ADN → ARNm)
Un gène peut compter des milliers de bases de long, et il ne peut pas quitter le noyau. Donc la cellule fabrique une copie fonctionnelle.
- Une enzyme appelée ARN polymérase dézippe un court tronçon de l'hélice double.
- Elle lit un des brins (le brin matrice) et construit un brin ARNm correspondant, base par base.
- L'ARN utilise U (uracile) au lieu de T, donc partout où l'ADN a un A, l'ARNm reçoit un U.
- L'ARNm terminé se décolle, l'ADN se rembobine, et l'ARNm quitte le noyau.
Le résultat élégant est que l'ARNm lit la même chose que l'autre brin d'ADN (le brin codant), juste avec U à la place de T. ATGGTGCAC dans le gène devient AUGGUGCAC dans l'ARNm.
Étape 2 : traduction (ARNm → protéine)
Dans le cytoplasme, un ribosome se fixe sur l'ARNm et le lit par groupes de trois bases. Chaque groupe est un codon, et chaque codon correspond à un acide aminé.
- La lecture commence au premier AUG, qui code pour la méthionine. C'est pourquoi presque chaque protéine commence par lui.
- Pour chaque codon, une molécule d'ARNt apporte l'acide aminé correspondant et le ribosome le joint à la chaîne en croissance.
- La lecture s'arrête à un codon stop : UAA, UAG ou UGA. La chaîne est libérée et se plie dans sa forme finale.
Ainsi, AUG GUG CAC CUG ACU CCU GAG se lit Met-Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu. Ce sont les sept premiers acides aminés de l'hémoglobine, la protéine qui transporte l'oxygène dans vos globules rouges.
Pourquoi trois lettres ? Avec quatre bases, les codons d'une lettre donnent seulement 4 combinaisons et les codons de deux lettres seulement 16. Ce n'est pas assez pour 20 acides aminés. Trois lettres donnent 64, c'est largement suffisant, donc plusieurs codons peuvent partager le même acide aminé.
Quand une lettre change : types de mutation
Une mutation est un changement dans la séquence d'ADN. Ce qu'elle fait dépend du changement :
| Type | Ce qui se passe | Effet sur la protéine |
|---|---|---|
| Silent | Un codon change mais code toujours pour le même acide aminé (GGU → GGC : tous les deux glycine) | Aucun |
| Missense | Un codon code désormais pour un acide aminé différent | Un acide aminé échangé ; cela peut ou non avoir d'importance |
| Nonsense | Un codon devient un codon stop | La protéine est coupée prématurément et fonctionne généralement pas |
| Frameshift | Une base est ajoutée ou supprimée | Chaque codon après est lu incorrectement ; la protéine est mélangée |
La mutation missense la plus connue est celle à l'origine de la drépanocytose. Dans le gène de l'hémoglobine, le codon GAG (acide glutamique) devient GTG (valine). Une lettre sur environ 400. Ce changement unique fait que les molécules d'hémoglobine collent ensemble lorsque l'oxygène est faible, ce qui plie les globules rouges en une forme rigide de faucille pouvant bloquer les petits vaisseaux sanguins.
Les frameshifts ont tendance à être pires que les échanges, car le problème n'est pas la base changée. C'est que le ribosome continue de lire par trois à partir du mauvais point de départ, donc tout en aval devient sans sens.
Les mélanges courants
- "L'ADN va au ribosome."Il ne quitte jamais le noyau ; c'est la copie ARNm qui le fait.
- Transcription produit la protéine. La transcription produit l'ARNm. La traduction produit la protéine.
- Oublier le U. Si votre ARNm contient un T, quelque chose ne va pas.
- Compter le codon stop comme un acide aminé. C'est un point final, pas un mot.
Questions fréquemment posées
Qu'est-ce qu'un codon ?
Un codon est un groupe de trois bases sur l'ARNm qui code pour un acide aminé, ou pour « stop ». AUG code pour la méthionine et marque aussi où commence la lecture ; UAA, UAG et UGA sont des codons stop. Avec quatre bases, il y a 64 codons possibles pour seulement 20 acides aminés, donc la plupart des acides aminés ont plus d'un codon.
Quelle est la différence entre transcription et traduction ?
La transcription et la traduction sont les deux étapes de la synthèse des protéines. La transcription se déroule dans le noyau : l'ARN polymérase copie un gène de l'ADN dans l'ARNm. La traduction se déroule au niveau du ribosome dans le cytoplasme : le ribosome lit l'ARNm codon par codon tandis que l'ARNt apporte les acides aminés correspondants, et la chaîne se développe en une protéine.
Les enzymes, par exemple, possèdent un site actif qui ne correspond qu'à un seul substrat, ce qui explique pourquoi le changement d'un seul acide aminé peut stopper leur fonctionnement, et pourquoi la chaleur qui les déplie est si dommageable : voir comment la température affecte l'activité enzymatique.
La tâche d'une protéine dépend de sa forme. Les enzymes, par exemple, possèdent un site actif qui ne convient qu'à un seul substrat, raison pour laquelle modifier un seul acide aminé peut stopper leur fonctionnement, et pourquoi la chaleur qui les déplie est si dommageable : voir comment la température affecte l'activité enzymatique.Les ribosomes qui construisent les protéines sont visibles dans le Cell Explorer.
Cliquez sur n'importe quelle base pour la modifier, et le constructeur vous indique si vous avez réalisé une mutation silencieuse, faux sens, non-sens ou décalage de cadre de lecture.
Dans le DNA Builder, vous pouvez faire tourner une double hélice 3D construite à partir de votre propre séquence, associer vous-même les bases, puis appuyez sur Transcribe pour observer l'ARN polymérase construire l'ARNm, et Translate pour voir le ribosome le transformer en une chaîne d'acides aminés. Cliquez sur n'importe quelle base pour la modifier, et le constructeur vous indique si vous avez créé une mutation silencieuse, faux-sens, non-sens ou décalage du cadre de lecture. Essayez de changer le GAG au codon 7 en GTG : c'est la drépanocytose, à un clic de distance. Vous pouvez modifier la séquence directement en cliquant sur n'importe quelle base. Le système vous informe instantanément du type de mutation induite. Cette fonctionnalité permet de visualiser les effets des mutations sur la protéine. Une interface interactive qui rend la génétique accessible à tous.
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Essayez-le dans le Constructeur d'ADN