Contenu
- Vue d'ensemble des acides nucléiques
- Transcription d'ADN vs traduction
- Les étapes de la transcription
- Procaryotes vs eucaryotes
Que vous soyez un débutant en biologie ou un passionné de longue date, il y a de bonnes chances que, par défaut, vous considériez l'acide désoxyribonucléique (ADN) comme le concept peut-être le plus indispensable de toutes les sciences de la vie. Au minimum, vous êtes probablement conscient du fait que l'ADN est ce qui vous rend unique parmi les milliards de personnes sur la planète, ce qui lui confère un rôle dans le monde de la justice pénale et au cœur des conférences sur la biologie moléculaire. Vous avez sûrement appris que l’ADN est responsable de tous les traits que vous avez hérités de vos parents et que votre propre ADN est l’héritage direct des générations futures si vous aviez des enfants.
Ce que vous ignorez peut-être bien, c’est le chemin qui relie l’ADN de vos cellules aux traits physiques que vous manifestez, à la fois manifestes et cachés, et à la série d’étapes de ce chemin. Les biologistes moléculaires ont élaboré le concept d'un "dogme central" dans leur domaine, qui peut être résumé simplement comme "ADN d'ARN à protéine". La première partie de ce processus - la génération d’ARN, ou d’acide ribonucléique, à partir d’ADN - est connue sous le nom de transcription, et cette série bien étudiée et coordonnée de gymnastique biochimique est aussi élégante que scientifiquement profonde.
Vue d'ensemble des acides nucléiques
L'ADN et l'ARN sont des acides nucléiques. Les deux sont fondamentaux pour toute la vie; ces macromolécules sont très étroitement liées, mais leurs fonctions, tout en étant étroitement liées, sont très divergentes et spécialisées.
L'ADN est un polymère, ce qui signifie qu'il se compose d'un grand nombre de sous-unités répétitives. Ces sous-unités ne sont pas exactement identiques, mais leur forme est identique. Considérez une longue chaîne de perles composée de cubes de quatre couleurs et dont la taille varie légèrement, et vous obtiendrez une idée de base de la manière dont l'ADN et l'ARN sont organisés.
Les monomères (sous-unités) des acides nucléiques sont connus sous le nom de nucléotides. Les nucléotides eux-mêmes sont constitués de triades de trois molécules distinctes: un groupe (ou des groupes) phosphate, un sucre à cinq carbones et une base riche en azote ("base" non pas dans le sens de "fondation", mais signifiant "accepteur d'ions hydrogène" ). Les nucléotides qui composent les acides nucléiques ont un groupe phosphate, mais certains ont deux voire trois phosphates attachés dans une rangée. Les molécules d'adénosine diphosphate (ADP) et d'adénosine triphosphate (ATP) sont des nucléotides d'une importance extraordinaire dans le métabolisme énergétique cellulaire.
L'ADN et l'ARN diffèrent de plusieurs manières importantes. L'une, alors que chacune de ces molécules comprend quatre bases azotées différentes, l'ADN comprend l'adénine (A), la cytosine (C), la guanine (G) et la thymine (T), tandis que l'ARN comprend les trois premières, mais remplace l'uracile (U). pour T. Two, le sucre dans l'ADN est le désoxyribose, tandis que celui dans l'ARN est le ribose. Et troisièmement, l’ADN est bicaténaire dans sa forme la plus stable sur le plan énergétique, alors que l’ARN est monocaténaire. Ces différences sont d'une importance majeure à la fois dans la transcription et dans la fonction de ces acides nucléiques respectifs en général.
Les bases A et G sont appelées purines, tandis que C, T et U sont classées comme pyrimidines. De manière critique, A se lie chimiquement à T et uniquement à T (si ADN) ou U (si ARN); C se lie à et uniquement à G. Les deux brins d'une molécule d'ADN sont complémentaires, ce qui signifie que les bases de chaque brin correspondent à chaque point à la base "partenaire" unique du brin opposé. Ainsi, AACTGCGTATG est complémentaire de TTGACGCATAC (ou UUGACGCAUAC).
Transcription d'ADN vs traduction
Avant d’aborder les mécanismes de la transcription de l’ADN, il convient de prendre un moment pour passer en revue la terminologie associée à l’ADN et à l’ARN, car il est facile de les confondre avec autant de mots similaires.
Réplication est l'acte de faire une copie identique de quelque chose. Lorsque vous faites une photocopie d'un document écrit (ancienne école) ou utilisez la fonction copier-coller sur un ordinateur (nouvelle école), vous reproduisez le contenu dans les deux cas.
L'ADN subit une réplication, mais l'ARN, pour autant que la science moderne puisse le savoir, ne le fait pas; elle ne provient que de la transcription. De la racine latine qui signifie "une écriture", la transcription est le codage d'un particulier dans une copie d'une source originale. Vous avez peut-être entendu parler de transcripteurs médicaux dont le travail consiste à saisir sous forme écrite les notes médicales rédigées sous forme d'enregistrement audio. Idéalement, les mots, et donc le, seront exactement les mêmes malgré le changement de support. Dans les cellules, la transcription implique la copie d'un ADN génétique, écrit dans le langage des séquences de bases azotées, sous forme d'ARN, notamment d'ARN messager (ARNm). Cette synthèse d'ARN se produit dans le noyau des cellules eucaryotes, après quoi l'ARNm quitte le noyau et se dirige vers une structure appelée ribosome à subir Traduction.
Alors que la transcription est le simple codage physique d'un dans un support différent, la traduction, en termes biologiques, est la conversion de celui-ci en une action utile. Une longueur d’ADN ou ADN unique, appelée une gène, aboutit finalement à la fabrication par les cellules d’un produit protéique unique. L'ADN le transmet sous forme d'ARNm, qui le porte ensuite à un ribosome pour qu'il se traduise par la fabrication d'une protéine. Dans cette vue, l'ARNm est comme un bleu ou un ensemble d'instructions pour assembler un meuble.
J'espère que cela éclaircira tous vos mystères sur le rôle des acides nucléiques. Mais qu'en est-il de la transcription en particulier?
Les étapes de la transcription
L'ADN, assez célèbre, est tissé dans une hélice à double brin. Mais sous cette forme, il serait physiquement difficile de construire quoi que ce soit. Par conséquent, dans le initiation phase (ou étape) de la transcription, la molécule d’ADN est déroulée par des enzymes appelées hélicases. Un seul des deux brins d'ADN obtenus est utilisé pour la synthèse d'ARN à la fois. Ce volet est appelé le non codant parce que, grâce aux règles d’appariement des bases ADN et ARN, l’autre brin de l’ADN a la même séquence de bases azotées que l’ARNm à synthétiser, ce qui en fait le codage brin. Sur la base des remarques faites précédemment, vous pouvez conclure qu’un brin d’ADN et l’ARNm qu’il est responsable de la fabrication sont complémentaires.
Le brin étant maintenant prêt pour l'action, une section de l'ADN appelée séquence du promoteur indique le début de la transcription le long du brin. L'enzyme ARN polymérase arrive à cet endroit et fait partie d'un complexe promoteur. Tout cela pour garantir que la synthèse de l'ARNm commence exactement là où elle est supposée sur la molécule d'ADN, ce qui génère un brin d'ARN qui contient le code désiré.
Ensuite, dans le élongation phase, l’ARN polymérase "lit" le brin d’ADN, en commençant par la séquence du promoteur et en se déplaçant le long de celui-ci, comme un enseignant marchant dans une rangée d’élèves et distribuant des tests, ajoutant des nucléotides à la partie croissante de la molécule d’ARN nouvellement formée.
Les liaisons créées entre les groupes phosphate d’un nucléotide et le groupe ribose ou désoxyribose du nucléotide suivant sont appelées liaisons phosphodiester. Notez qu’une molécule d’ADN a ce qu’on appelle un terminal 3 ("trois premiers") à une extrémité et un terminal 5 ("cinq premiers") à l’autre, ces chiffres provenant des positions finales des atomes de carbone dans la ribose terminale respective "anneaux". Lorsque la molécule d’ARN croît dans la direction 3, elle se déplace le long du brin d’ADN dans la direction 3. Vous devriez examiner un diagramme pour vous assurer que vous comprenez parfaitement les mécanismes de la synthèse d'ARNm.
L'ajout de nucléotides - en particulier de nucléosides triphosphates (ATP, CTP, GTP et UTP; ATP est l'adénosine triphosphate, le CTP est la cytidine triphosphate, etc.) - au brin d'ARNm allongé nécessite de l'énergie. Ceci, comme de nombreux processus biologiques, est fourni par les liaisons phosphate des nucléosides triphosphates eux-mêmes. Lorsque la liaison phosphate-phosphate à haute énergie est rompue, le nucléotide résultant (AMP, CMP, GMP et UMP; dans ces nucléotides, "MP" signifie "monophosphate") est ajouté à l'ARNm et à une paire de molécules de phosphate inorganique. , écrit habituellement PPje, tomber.
Comme indiqué, la transcription se fait, comme indiqué, le long d’un seul brin d’ADN. Sachez toutefois que toute la molécule d’ADN ne se déroule pas et ne se sépare pas en brins complémentaires; cela ne se produit que dans le voisinage direct de la transcription. En conséquence, vous pouvez visualiser une "bulle de transcription" se déplaçant le long de la molécule d'ADN. Cela ressemble à un objet qui se déplace le long d'une fermeture à glissière qui est décompressée juste en avant de l'objet par un mécanisme, tandis qu'un mécanisme différent re-zippe la fermeture à glissière dans les objets.
Enfin, lorsque l'ARNm a atteint la longueur et la forme requises, le Résiliation la phase commence. À l'instar de l'initiation, cette phase est activée par des séquences d'ADN spécifiques qui fonctionnent comme des signes d'arrêt pour l'ARN polymérase.
Chez les bactéries, cela peut se produire de deux manières générales. Dans l'un de ceux-ci, la séquence de terminaison est transcrite, générant une longueur d'ARNm qui se replie sur elle-même et "s'assemble" alors que l'ARN polymérase continue à faire son travail. Ces sections repliées d'ARNm sont souvent appelées brins en épingle à cheveux et impliquent un appariement de bases complémentaire au sein de la molécule d'ARNm simple brin, mais contorsionnée. En aval de cette section en épingle à cheveux se trouve une étendue prolongée de bases en U, ou de résidus. Ces événements obligent l'ARN polymérase à cesser d'ajouter des nucléotides et à se détacher de l'ADN, finissant la transcription. Ceci est appelé terminaison rho-indépendante car elle ne repose pas sur une protéine connue sous le nom de facteur rho.
Dans la terminaison rho-dépendante, la situation est plus simple et aucun segment d'ARNm en épingle à cheveux ni résidu U n'est nécessaire. Au lieu de cela, le facteur rho se lie à la tache requise sur l'ARNm et éloigne physiquement l'ARNm de l'ARN polymérase. Que la terminaison soit indépendante du rho ou dépendante du rho dépend de la version exacte de l'ARN polymérase agissant sur l'ADN et l'ARNm (une variété de sous-types existent), ainsi que des protéines et d'autres facteurs présents dans l'environnement cellulaire immédiat.
Les deux cascades d’événements aboutissent finalement à la libération de l’ARNm de l’ADN au niveau de la bulle de transcription.
Procaryotes vs eucaryotes
Il existe de nombreuses différences entre la transcription chez les procaryotes (presque tous des bactéries) et les eucaryotes (organismes multicellulaires tels que les animaux, les plantes et les champignons). Par exemple, l'initiation chez les procaryotes implique généralement un arrangement de bases ADN appelé boîte de Pribnow, la séquence de bases TATAAT étant située à environ 10 paires de bases de l'endroit où l'initiation de la transcription a lieu. Les eucaryotes, cependant, ont des séquences d’amplification positionnées à une distance considérable du site d’initiation, ainsi que des protéines activatrices qui aident à déformer la molécule d’ADN de manière à la rendre plus accessible à l’ARN polymérase.
En outre, l’élongation est environ deux fois plus rapide chez les bactéries (environ 42 à 54 paires de bases par minute), que chez les eucaryotes (environ 22 à 25 paires de bases par minute). Enfin, bien que les mécanismes de terminaison bactériens soient décrits ci-dessus, chez les eucaryotes, cette phase implique des facteurs de terminaison spécifiques, ainsi qu’un brin d’ARN appelé poly-A (comme dans de nombreuses bases adénine alignées) "queue". Il n'est pas encore clair si la cessation de l'élongation déclenche le clivage de l'ARNm de la bulle ou si le clivage lui-même met fin brusquement au processus d'élongation.