Traduction (biologie): définition, étapes, diagramme

ADN(acide désoxyribonucléique) est le matériel génétique de toutes les formes de vie connues, de la plus simple bactérie unicellulaire au plus magnifique éléphant de cinq tonnes de la plaine africaine. Le « matériel génétique » fait référence aux molécules qui contiennent deux ensembles d'instructions importants: un pour fabriquer des protéines pour les besoins actuels de la cellule, et l'autre pour faire des copies d'eux-mêmes, ou se répliquer, de sorte que le même code génétique puisse être utilisé par les futures générations de cellules.

Maintenir la cellule en vie assez longtemps pour se reproduire nécessite un grand nombre de ces produits protéiques, que l'ADN commande via le ARNm (acide ribonucléique messager) qu'il crée en tant qu'envoyé vers les ribosomes, où les protéines sont réellement synthétisées.

Le codage de l'information génétique par l'ADN en ARN messager est appelé transcription, tandis que la fabrication de protéines sur la base des directions de l'ARNm est appelée Traduction.

La traduction consiste à bricoler protéines via des liaisons peptidiques pour former de longues chaînes de acides aminés ou les monomères dans ce schéma. Il existe 20 acides aminés différents, et le corps humain en a besoin pour survivre.

La synthèse des protéines en traduction implique une réunion coordonnée d'ARNm, de complexes aminoacyl-ARNt et d'une paire de sous-unités ribosomiques, entre autres acteurs.

Les acides nucléiques sont constitués de sous-unités répétitives, ou monomères, appelés nucléotides. Chaque nucléotide se compose de trois composants distincts: un ribose sucre (à cinq carbones), un à trois groupes phosphates et un Base azotée.

Chaque acide nucléique possède l'un des quatre bases possibles dans chaque nucléotide, dont deux purines et deux pyrimidines. Les différences de bases entre les nucléotides sont ce qui donne aux différents nucléotides leur caractère essentiel.

Les nucléotides peuvent exister en dehors des acides nucléiques et, en fait, certains de ces nucléotides sont au cœur de tout le métabolisme. Les nucléotides adénosine diphosphate (ADP) et adénosine triphosphate (ATP) sont au cœur des équations dans lesquelles l'énergie à usage cellulaire est extraite des liaisons chimiques des nutriments.

Les nucléotides dans acides nucléiques, cependant, n'ont qu'un seul phosphate, qui est partagé avec le nucléotide suivant dans le brin d'acide nucléique.

Au niveau moléculaire, l'ADN diffère de l'ARN de deux manières. L'une est que le sucre dans l'ADN est désoxyribose, alors que dans l'ARN il s'agit de ribose (d'où leurs noms respectifs). Le désoxyribose diffère du ribose en ce que, au lieu d'avoir un groupe hydroxyle (-OH) à la position du carbone numéro 2, il a un atome d'hydrogène (-H). Ainsi, le désoxyribose est un atome d'oxygène de moins que le ribose, d'où "désoxy".

La deuxième différence structurelle entre les acides nucléiques réside dans la composition de leur bases azotées. L'ADN et l'ARN contiennent tous deux les deux bases puriques adénine (A) et guanine (G) ainsi que la base pyrimidique cytosine (C). Mais alors que la deuxième base de pyrimidine dans l'ADN est la thymine (T) dans l'ARN, cette base est l'uracile (U).

En l'occurrence, dans les acides nucléiques, A se lie à et uniquement à T (ou U, si la molécule est de l'ARN), et C se lie à et uniquement à G. Ce spécifique et unique appariement de bases complémentaires Un arrangement est requis pour la bonne transmission des informations d'ADN aux informations d'ARNm lors de la transcription et des informations d'ARNm aux informations d'ARNt pendant la traduction.

À un niveau plus macro, l'ADN est double brin tandis que l'ARN est simple brin. Plus précisément, l'ADN prend la forme d'une double hélice, qui ressemble à une échelle tordue dans différentes directions aux deux extrémités.

Les brins sont liés à chaque nucléotide par leurs bases azotées respectives. Cela signifie qu'un nucléotide portant "A" ne peut avoir qu'un nucléotide portant "T" sur son nucléotide "partenaire". Cela signifie qu'en somme, les deux brins d'ADN sont complémentaire l'un à l'autre.

Les molécules d'ADN peuvent être des milliers de bases (ou plus exactement, paires de bases) longue. En fait, un humain chromosome n'est rien de plus qu'un seul très long brin d'ADN couplé à une bonne quantité de protéines. En revanche, les molécules d'ARN de tous types ont tendance à être relativement petites.

De plus, l'ADN se trouve principalement dans les noyaux des eucaryotes mais aussi dans les mitochondries et les chloroplastes. La plupart des ARN, quant à eux, se trouvent dans le noyau et le cytoplasme. De plus, comme vous le verrez bientôt, l'ARN se présente sous différents types.

L'ARN se présente sous trois types principaux. Le premier est ARNm, qui est fabriqué à partir d'une matrice d'ADN lors de la transcription dans le noyau. Une fois terminé, le brin d'ARNm sort du noyau via un pore dans l'enveloppe nucléaire et finit par diriger le spectacle vers le ribosome, le site de traduction des protéines.

Le deuxième type d'ARN est transférer l'ARN (ARNt). Il s'agit d'une molécule d'acide nucléique plus petite et se décline en 20 sous-types, un pour chaque acide aminé. Son but est de transporter son acide aminé « assigné » au site de traduction sur le ribosome afin qu'il puisse être ajouté à la chaîne polypeptidique en croissance (petite protéine, souvent en cours).

Le troisième type d'ARN est ARN ribosomique (ARNr). Ce type d'ARN constitue une fraction importante de la masse des ribosomes avec des protéines spécifiques aux ribosomes constituant le reste de la masse.

Le « dogme central » souvent cité de la biologie moléculaire est ADN à ARN à protéine. En termes encore plus succincts, on pourrait dire transcription en traduction. Transcription est la première étape définitive vers la synthèse des protéines et est l'une des nécessités permanentes de toute cellule.

Ce processus commence par le déroulement de la molécule d'ADN en brins simples afin que les enzymes et les nucléotides participant à la transcription aient de la place pour se déplacer vers la scène.

Ensuite, le long d'un des brins d'ADN, un brin d'ARNm est assemblé à l'aide de l'enzyme ARN polymérase. Ce brin d'ARNm a une séquence de bases complémentaire à celle du brin matrice, à l'exception du fait que U apparaît partout où T apparaîtrait dans l'ADN.

• Par exemple, si la séquence d'ADN subissant la transcription est ATTCGCGGTATGTC, alors le brin d'ARNm résultant présenterait la séquence UAAGCGCCAUACAG.

Lorsqu'un brin d'ARNm est synthétisé, certaines longueurs d'ADN, appelées introns, sont finalement épissées hors de la séquence d'ARNm car elles ne codent pour aucun produit protéique. Seules les parties du brin d'ADN qui codent réellement pour quelque chose, appelées exons, contribuent à la molécule d'ARNm finale.

Diverses structures sont nécessaires sur le site de synthèse des protéines pour une traduction réussie.

Le ribosome : Chaque ribosome est composé d'une petite sous-unité ribosomique et d'une grande sous-unité ribosomique. Ceux-ci n'existent que par paire une fois la traduction commencée. Ils contiennent une grande quantité d'ARNr ainsi que des protéines. Ce sont l'un des rares composants cellulaires qui existent à la fois chez les procaryotes et les eucaryotes.

ARNm : Cette molécule porte des instructions directes de l'ADN de la cellule pour fabriquer une protéine spécifique. Si l'ADN peut être considéré comme le modèle de l'organisme entier, un brin d'ARNm contient juste assez d'informations pour constituer un composant décisif de cet organisme.

ARNt : Cet acide nucléique forme des liaisons avec les acides aminés sur une base un à un pour former ce qu'on appelle des complexes aminoacyl-ARNt. Cela signifie simplement que le taxi (l'ARNt) transporte actuellement son unique et unique type de passager (l'acide aminé spécifique) parmi les 20 "types" de personnes à proximité.

Acides aminés: Ce sont de petits acides avec un amino (-NH₂), un groupe acide carboxylique (-COOH) et une chaîne latérale liée à un atome de carbone central avec un atome d'hydrogène. Il est important de noter que les codes pour chacun des 20 acides aminés sont transportés dans des groupes de trois bases d'ARNm appelées codons triplés.

Traduction est basé sur un code triplet relativement simple. Considérez que n'importe quel groupe de trois bases consécutives peut inclure l'une des 64 combinaisons possibles (par exemple, AAG, CGU, etc.), car quatre élevés à la troisième puissance font 64.

Cela signifie qu'il y a plus qu'assez de combinaisons pour générer 20 acides aminés. En fait, il serait possible que plus d'un codon code pour le même acide aminé.

C'est effectivement le cas. Certains acides aminés sont synthétisés à partir de plus d'un codon. Par exemple, la leucine est associée à six séquences de codons distinctes. Le code triplet est ce "dégénéré".

Mais il est important de noter qu'il n'est pas redondant. C'est le même codon d'ARNm ne peux pas code pour plus d'un acide aminé.

Le site physique de la traduction dans tous les organismes est le ribosome. Certaines parties du ribosome ont également des propriétés enzymatiques.

La traduction chez les procaryotes commence par initiation via un signal de facteur d'initiation provenant d'un codon appelé de manière appropriée le codon START. Ceci est absent chez les eucaryotes, et à la place, le premier acide aminé sélectionné est la méthionine, codée par AUG, qui fonctionne comme une sorte de codon START.

Au fur et à mesure que chaque bande supplémentaire d'ARNm à trois segments est exposée à la surface du ribosome, un ARNt portant l'acide aminé demandé se promène dans la scène et laisse tomber son passager. Ce site de liaison est appelé site "A" du ribosome.

Cette interaction se produit au niveau moléculaire car ces molécules d'ARNt ont des séquences de bases complémentaires à l'ARNm entrant et se lient donc facilement à l'ARNm.

Dans le élongation phase de traduction, le ribosome se déplace par trois bases, un processus appelé traduction. Cela expose à nouveau le site "A" et conduit le polypeptide, quelle que soit sa longueur dans cette expérience de pensée, à être déplacé vers le site "P".

Lorsqu'un nouveau complexe aminoacyl-ARNt arrive au site "A", la chaîne polypeptidique entière est retirée de le site "P" et attaché à l'acide aminé qui vient d'être déposé au site "A", via un peptide lier. Ainsi, lorsque la translocation du ribosome sur la "voie" de la molécule d'ARNm se produit à nouveau, un cycle sera terminé et la chaîne polypeptidique en croissance est maintenant plus longue d'un acide aminé.

Dans le Résiliation phase, le ribosome rencontre l'un des trois codons de terminaison, ou codons STOP, qui sont incorporés dans l'ARNm (UAG, UGA et UAA). Cela ne fait pas affluer l'ARNt mais des substances appelées facteurs de libération vers le site, ce qui conduit à la libération de la chaîne polypeptidique. Les ribosomes se séparent en leurs sous-unités constitutives et la traduction est terminée.

Le processus de traduction crée une chaîne polypeptidique qui doit encore être modifiée avant de pouvoir fonctionner correctement en tant que nouvelle protéine. La structure primaire d'un protéine, sa séquence d'acides aminés, ne représente qu'une petite partie de sa fonction éventuelle.

La protéine est modifiée après traduction en la repliant dans des formes spécifiques, un processus qui se produit souvent spontanément en raison d'interactions électrostatiques entre les acides aminés dans des points non voisins le long de la chaîne polypeptidique.

Les ribosomes sont d'excellents travailleurs, mais ce ne sont pas des ingénieurs de contrôle qualité. Ils ne peuvent créer des protéines qu'à partir de la matrice d'ARNm qui leur est fournie. Ils sont incapables de détecter les erreurs dans ce modèle. Par conséquent, les erreurs de traduction seraient inévitables même dans un monde de ribosomes fonctionnant parfaitement.

Mutation qui modifient un seul amino peut perturber la fonction des protéines, comme la mutation qui provoque l'anémie falciforme. Les mutations qui ajoutent ou suppriment une paire de bases peuvent supprimer le code triplet entier de sorte que la plupart ou tous les acides aminés suivants seront également faux.

Des mutations pourraient créer un codon STOP précoce, ce qui signifie que seule une partie de la protéine est synthétisée. Toutes ces conditions peuvent être débilitantes à des degrés divers, et tenter de vaincre des erreurs innées comme celles-ci représente un défi permanent et complexe pour les chercheurs en médecine.