Chromosomes et gène
La découverte de la structure de l’A.D.N., en 1953, par James D. Watson, Francis H.C. Crick et Maurice H.F. Wilkins a été une véritable révolution dans la compréhension des mécanismes de l’hérédité. Cette molécule peut être comparée à «une échelle de corde enroulée autour d’un axe imaginaire». Les deux cordes qui la composent sont constituées d’un enchaînement de molécules appelées nucléotides.
Chaque nucléotide est formé d’un phosphate et d’un désoxyribose, ainsi que d’une base qui peut être une guanine, une cytosine, une adénine ou une thymine. Les barreaux de l’échelle de corde matérialisent les interactions qui existent entre les bases des deux chaînes de nucléotides. Ces interactions correspondent à la complémentarité chimique de la cytosine avec la guanine, d’une part, et de la thymine avec l’adénine, d’autre part. C’est de cette complémentarité que résulte l’appariement des deux chaînes.
La longueur totale de l’A.D.N. contenu dans les cellules est constante au sein d’une même espèce, et très variable d’une espèce à une autre. Chez l’homme, elle est de 1,80 m; de 62 mètres chez le xénope; de 0,93 m chez la poule.
De l’A.D.N. au chromosome
Chez les protistes, les animaux et les végétaux, l’A.D.N. est associé à des protéines que l’on classe en deux groupes : les histones, petites protéines basiques de cinq types différents, qui. S’associent facilement à l’A.D.N., et les non-histones, protéines très hétérogènes, qui interviennent aussi bien dans la structure tridimensionnelle de l’A.D.N. que dans son fonctionnement. C’est l’association d’une molécule d’A.D.N. avec ces protéines qui forme la chromatine. Celle-ci se condense au moment de la division cellulaire pour former les chromosomes, non individualisés en temps normal.
Pour une espèce donnée, le nombre et l’aspect des chromosomes est constant dans les cellules non sexuelles, il est réduit de moitié dans les cellules sexuelles.
Du gène à la protéine
L’enchaînement des bases les unes avec les autres, le long de la molécule d’A.D.N., forme un ensemble d’informations : les gènes. De longueur très variable, ils sont caractérisés par l’ordre d’agencement de leurs bases. On distingue plusieurs types de gènes.
Les gènes les mieux connus sont ceux responsables de la synthèse des protéines. Us sont constitués schématiquement de deux parties aux fonctions différentes. La première, appelée promoteur, se comporte comme un activateur ou un modérateur de l’activité de l’autre partie ; c’est elle qui assure le fonctionnement discontinu du gène. La seconde porte l’information nécessaire à la synthèse d’une protéine : il s’agit de la séquence codante.
Chez les eucaryotes, cette séquence n’est pas linéaire : elle est interrompue par des segments appelés introns, par opposition au terme »exon», qui désigne les parties codantes. Le nombre d’introns est variable d’un gène à l’autre, et leur rôle très complexe fait aujourd’hui l’objet de nombreuses études. On dit que les gènes ont une structure en mosaïque.
Comment transite l’information contenue dans les gènes, immobilisés sur les chromosomes, vers le cytoplasme, où a lieu la synthèse des protéines? Quel est l’élément qui assure cette fonction? Face à ces interrogations, de nombreux chercheurs ont conjugué leurs efforts, jusqu’à ce que Jacques Monod, François Jacob et André Lwoff mettent en évidence une molécule, l’A.R.N. messager (acide ribonucléique), découverte qui leur valut le prix Nobel en 1965. Cette molécule, qui apparaît dans le noyau au cours d’un processus appelé transcription, est la copie identique. à une base près (Puracile remplace ‘a thymine), de la séquence codante de ! un des brins d’A.D.N. des gènes en activité. Elle comprend un sucre, le ribose, qui lui a valu son nom.
C’est une protéine particulière, l’A.R.N. polymérase, qui, lorsque la double hélice s’ouvre dans la zone du gène en activité, copie au fur et à mesure le brin d’A.D.N. en A.R.N., en assemblant les nucléotides entre eux. Lorsque l’A.D.N. est recopié, la double hélice se referme progressivement. L’A.R.N. messager synthétisé subit ensuite quelques modifications dans le noyau : les segments correspondant aux introns sont découpés et retirés. Il est alors capable de sortir du noyau pour effectuer sa mission. Dans le cytoplasme, il sert de plan d’assemblage aux ribosomes. Ces derniers, telles de «petites usines», sont programmés pour lire les molécules d’A.R.N. messager, grâce à d’autres molécules d’A.R.N. dites A.R.N. ribosomiques, qu’ils contiennent. Ils lisent la molécule d’A.R.N. messager, nucléotide après nucléotide, et assemblent simultanément, en fonction de cette lecture. les acides aminés portés par un troisième type d’A.R.N., les A.R.N. de transfert. Ce processus est appelé traduction. Un A.R.N. messager peut servir plusieurs fois à la synthèse d’une protéine, mais sa durée de vie ne dépasse pas quelques heures.
Les autres gènes
Les A.R.N. ribosomiques et les A.R.N. de transfert sont synthétisés dans le noyau à partir de gènes spécifiques. Ces gènes ne contiennent généralement pas d’introns.Un troisième type de gènes rassemble les gènes régulateurs, encore mal connus, mais dont on devine l’importance fonctionnelle ; parmi eux, certains interviennent au cours du développement (ontogenèse). Il existe aussi des gènes, les pseudo-gènes, considérés comme «morts» car ils ne sont plus recopiés en A.R.N.
Le «dogme central»
Les flux d’information du noyau vers le cytoplasme sont dits- unidirectionnels, aucune information ne passant, en retour, de la protéine au gène. Cette notion est plus connue sous le nom de «dogme central de la biologie moléculaire» ; elle s’écrit de la façon suivante : A.D.N. -> A.R.N. protéines. Ce dogme a été mis en défaut avec la découverte, chez certains virus, d’enzymes particulières, les transcriptases inverses, qui sont capables de recopier une molécule d’A.R.N. en molécule d’A.D.N.
Le code génétique
L’information portée par l’A.R.N. messager, qui reproduit celle contenue sur le gène, est un message codé qui est traduit en protéine. Dans le langage de l’A.D.N., il n’existe que 4 mots, les 4 bases; dans le langage des protéines, il en existe 20, les acides aminés. C’est donc en se combinant entre elles que les bases vont former des mots, dont la traduction protéique est un acide aminé. Crick émit le premier l’hypothèse qu’une suite de 3 bases correspond à un acide aminé. Cette suite est appelée codon ou triplet. Selon ce principe, le nombre possible de combinaisons de bases les unes avec les autres est de 64, ce qui est très largement suffisant pour coder les 20 acides aminés naturels : il existe donc des codons synonymes. Sur les 64 combinaisons possibles, 61 codent pour un acide aminé ; les 3 autres sont des signaux indiquant le début ou la fin de l’information. Cet ensemble de combinaisons constitue le code génétique.
Celui-ci est universel, c’est-à-dire qu’il est identique chez toutes les espèces vivantes, et il n’a pas varié depuis des temps immémoriaux.
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