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L'acide ribonucléique, ou ARN, joue plusieurs rôles essentiels dans la vie d'une cellule. Il agit comme un messager, transmettant le code génétique de l’acide désoxyribonucléique, ou ADN, à la machine qui synthétise les protéines de la cellule. L’ARN ribosomal s’associe aux protéines pour former des ribosomes, les fabriques de protéines de la cellule. Les transferts d'ARN transfèrent les acides aminés en brins de protéines en croissance alors que les ribosomes traduisent l'ARN messager. D'autres formes d'ARN aident à contrôler l'activité cellulaire. L'enzyme ARN polymérase, ou RNAP, qui a plusieurs formes, est responsable de l'allongement de la chaîne d'ARN lors de la transcription de l'ADN.
Structure de l'ARN polymérase
Dans les cellules eucaryotes, c'est-à-dire les cellules à noyaux organisés, les différents types de RNAP sont étiquetés de I à V. Chacune a une structure légèrement différente et crée un ensemble différent d'ARN. Par exemple, RNAP II est responsable de la création de l'ARN messager ou ARNm. Les cellules procaryotes (qui n'ont pas de noyau organisé) ont un type de RNAP. L'enzyme se compose de plusieurs sous-unités protéiques qui remplissent diverses fonctions lors de la transcription. Un site actif contenant un atome de magnésium est l'emplacement dans l'enzyme auquel l'ARN s'allonge. Le site actif ajoute des groupes sucre-phosphate au brin d'ARN en croissance et relie les bases de nucléotides conformément aux règles d'appariement des bases.
Appariement de base
L'ADN est une longue molécule dont l'épine dorsale est composée d'unités de sucre et de phosphate en alternance. L'une des quatre bases nucléotidiques - molécules à un ou deux cycles contenant de l'azote - est suspendue à chaque unité de sucre. Les quatre bases de l'ADN sont marquées A, T, C et G. La séquence des paires de bases le long de la molécule d'ADN dicte la séquence des acides aminés dans les protéines synthétisées par la cellule. L'ADN existe généralement sous la forme d'une double hélice dans laquelle les bases de deux brins se lient l'une à l'autre selon des règles d'appariement de bases: les bases A et T forment un ensemble de paires, tandis que C et G forment l'autre ensemble. L'ARN est une molécule simple brin apparentée qui observe les mêmes règles d'appariement de bases lors de la transcription de l'ADN, à l'exception de la substitution de la base U par T dans l'ARN.
Initiation de la transcription
Les facteurs d'initiation des protéines doivent former un complexe avec une molécule d'ARN polymérase avant que la transcription ne puisse commencer. Ces facteurs permettent à l’enzyme de se lier à des régions promotrices - des points d’attachement pour différentes unités de transcription - sur un brin d’ADN. Les unités de transcription sont des séquences d'un ou de plusieurs gènes, qui sont les parties d'un brin d'ADN spécifiant une protéine. Le complexe d'ARN polymérase crée une bulle de transcription en décompressant une partie de la double hélice d'ADN au début de l'unité de transcription. Le complexe enzymatique commence alors à assembler l'ARN en lisant le brin de matrice d'ADN, une base à la fois.
Allongement et fin
Le complexe d'ARN polymérase peut faire de nombreux faux départs avant le début de l'élongation. Dans un faux départ, l'enzyme transcrit environ 10 bases, puis avorte le processus et redémarre. L'élongation ne peut commencer que lorsque le RNAP libère les facteurs protéiques initiateurs qui l'ancrent à la région promotrice de l'ADN. Une fois que l'élongation est en cours, l'enzyme recueille des facteurs d'élongation pour aider à déplacer la bulle de transcription le long du brin d'ADN. La molécule RNAP en mouvement allonge le nouveau brin d'ARN en ajoutant des unités sucre-phosphate et des bases nucléotidiques qui complètent les bases de la matrice d'ADN. Si le RNAP découvre une base mal appariée, il peut cliver et synthétiser à nouveau le segment d'ARN errant. La transcription se termine lorsque l'enzyme lit une séquence d'arrêt sur la matrice d'ADN. À la fin, l'enzyme RNAP libère le transcrit d'ARN, les facteurs protéiques et la matrice d'ADN.