De l'ADN à la protéine

Le flux d’informations génétiques dans les cellules de l’ADN à l’ARNm aux protéines est décrit par le dogme central, qui indique que les gènes spécifient la séquence des ARNm, qui à son tour spécifie la séquence des acides aminés constituant toutes les protéines. Le décodage d’une molécule à une autre est effectué par des protéines et des ARN spécifiques. Comme l’information stockée dans l’ADN est si essentielle à la fonction cellulaire, il est logique que la cellule fasse des copies d’ARNm de cette information pour la synthèse des protéines tout en gardant l’ADN lui-même intact et protégé. La copie de l’ADN vers l’ARN est relativement simple, avec un nucléotide ajouté au brin d’ARNm pour chaque nucléotide lu dans le brin d’ADN. La traduction en protéine est un peu plus complexe car trois nucléotides d’ARNm correspondent à un acide aminé dans la séquence polypeptidique. Cependant, la traduction en protéine est toujours systématique et colinéaire, de sorte que les nucléotides 1 à 3 correspondent à l’acide aminé 1, les nucléotides 4 à 6 correspondent à l’acide aminé 2, et ainsi de suite.

Le code génétique est dégénéré et universel

Chaque acide aminé est défini par une séquence de trois nucléotides appelée codon triplet. Compte tenu des différents nombres de “ lettres ” dans les “ alphabets ” de l’ARNm et des protéines, les scientifiques ont théorisé que les acides aminés uniques doivent être représentés par des combinaisons de nucléotides. Des doublets de nucléotides ne seraient pas suffisants pour spécifier chaque acide aminé car il n’y a que 16 combinaisons possibles de deux nucléotides (4²). En revanche, il y a 64 triplets de nucléotidiques possibles (4³), ce qui est beaucoup plus que le nombre d’acides aminés. Les scientifiques ont théorisé que les acides aminés étaient codés par des triplets nucléotidiques et que le code génétique était “ dégénéré ”. En d’autres termes, un acide aminé donné pourrait être codé par plus d’un triplet nucléotidique. Ceci a été confirmé plus tard expérimentalement : Francis Crick et Sydney Brenner ont utilisé le produit chimique mutagène proflavine pour insérer un, deux, ou trois nucléotides dans le gène d’un virus. Lorsqu’un ou deux nucléotides étaient insérés, les protéines normales n’étaient pas produites. Lorsque trois nucléotides étaient insérés, la protéine était synthétisée et fonctionnelle. Ceci a démontré que les acides aminés doivent être spécifiés par des groupes de trois nucléotides. Ces triplets nucléotidiques sont appelés des codons. L’insertion d’un ou deux nucléotides a complètement modifié le cadre de lecture du triplet, modifiant ainsi le message pour chaque acide aminé suivant. Bien que l’insertion de trois nucléotides entraîne l’insertion d’un acide aminé supplémentaire pendant la traduction, l’intégrité du reste de la protéine est maintenue.

En plus des codons qui indiquent l’ajout d’un acide aminé spécifique à une chaîne polypeptidique, trois des 64 codons arrêtent la synthèse des protéines et libèrent le polypeptide de la machinerie de traduction. Ces triplets sont appelés des codons de terminaison ou codons stop. Un autre codon, AUG, a également une fonction spéciale. En plus de spécifier l’acide aminé méthionine, il sert également de codon de départ pour initier la traduction. Le cadre de lecture pour la traduction est défini par le codon d’initiation AUG près de l’extrémité 5' de l’ARNm. Après le codon d’initiation, l’ARNm est lu par groupes de trois jusqu’à ce qu’un codon de terminaison soit rencontré.

La spécification d’un seul acide aminé par plusieurs codons similaires est appelée " dégénérescence ". On croit que la dégénérescence est un mécanisme cellulaire pour réduire l’impact négatif des mutations aléatoires. Les codons qui spécifient le même acide aminé diffèrent généralement d’un seul nucléotide. En outre, les acides aminés ayant des chaînes latérales chimiquement similaires sont codés par des codons similaires. Par exemple, l’aspartate (Asp) et le glutamate (Glu), qui occupent le bloc GA*, sont tous deux chargés négativement. Cette nuance du code génétique garantit qu’une mutation par substitution d’un seul nucléotide peut spécifier le même acide aminé mais n’a aucun effet ou peut spécifier un acide aminé similaire, empêchant ainsi que la protéine ne devienne complètement non fonctionnelle.

Le code génétique est presque universel. À quelques exceptions près, pratiquement toutes les espèces utilisent le même code génétique pour la synthèse des protéines. La conservation des codons signifie qu’un ARNm purifié codant la protéine de la globine chez les chevaux pourrait être transféré dans une cellule de tulipe, et la tulipe synthétiserait la globine du cheval. Le fait qu’il n’existe qu’un seul code génétique est une preuve essentielle que toute la vie sur Terre partage une origine commune, en particulier en considérant qu’il y a environ 10⁸⁴ combinaisons possibles de 20 acides aminés et 64 codons triplets.

Ce texte a été adapté d’Openstax, Biologie 2e, Chapitre 15.1 : Le code génétique.