Le dogme central de la biologie moléculaire explique que le flux d'information pour les gènes provient de la ADNcode génétique à un copie d'ARN intermédiaire puis à la protéines synthétisé à partir du code. Les idées clés sous-jacentes au dogme ont été proposées pour la première fois par le biologiste moléculaire britannique Francis Crick en 1958.
En 1970, il est devenu communément admis que l'ARN faisait des copies de gènes spécifiques à partir de la double hélice d'ADN d'origine, puis formait la base de la production de protéines à partir du code copié.
Le processus de copie de gènes via la transcription du code génétique et de production de protéines via la traduction du code en chaînes d'acides aminés est appelé l'expression du gène. Selon la cellule et certains facteurs environnementaux, certains gènes sont exprimés tandis que d'autres restent dormants. L'expression des gènes est régie par des signaux chimiques entre les cellules et les organes des organismes vivants.
La découverte de
épissage alternatif et l'étude des parties non codantes de l'ADN appelées introns indiquent que le processus décrit par le dogme central de la biologie est plus compliqué qu'on ne le supposait initialement. Le simple La séquence ADN à ARN à protéine a des branches et des variations qui aident les organismes à s'adapter à un environnement changeant. Le principe de base selon lequel l'information génétique ne se déplace que dans une seule direction, de l'ADN à l'ARN aux protéines, reste incontesté.Les informations codées dans les protéines ne peuvent pas influencer le code ADN d'origine.
La transcription de l'ADN a lieu dans le noyau
le hélice d'ADN qui code l'information génétique de l'organisme est situé dans le noyau des cellules eucaryotes. Les cellules procaryotes sont des cellules qui n'ont pas de noyau, donc Transcription de l'ADN, la traduction et la synthèse des protéines ont toutes lieu dans le cytoplasme de la cellule via un processus similaire (mais plus simple) processus de transcription/traduction.
Dans des cellules eucaryotes, les molécules d'ADN ne peuvent pas quitter le noyau, les cellules doivent donc copier le code génétique pour synthétiser des protéines dans la cellule à l'extérieur du noyau. Le processus de copie de transcription est initié par une enzyme appelée ARN polymérase et il comporte les étapes suivantes :
- Initiation. L'ARN polymérase sépare temporairement les deux brins de l'hélice d'ADN. Les deux brins d'hélice d'ADN restent attachés de chaque côté de la séquence génétique à copier.
Copier. L'ARN polymérase se déplace le long des brins d'ADN et fait une copie d'un gène sur l'un des brins.
Épissage. Les brins d'ADN contiennent des séquences codant pour des protéines appelées exons, et les séquences qui ne sont pas utilisées dans la production de protéines sont appelées introns. Étant donné que le but du processus de transcription est de produire de l'ARN pour la synthèse de protéines, la partie intron du code génétique est rejetée à l'aide d'un mécanisme d'épissage.
La séquence d'ADN copiée dans la deuxième étape contient les exons et les introns et est un précurseur de l'ARN messager.
Pour supprimer les introns, le pré-ARNm le brin est coupé à une interface intron/exon. La partie intron du brin forme une structure circulaire et quitte le brin, permettant aux deux exons de chaque côté de l'intron de se joindre. Lorsque l'élimination des introns est terminée, le nouveau brin d'ARNm est ARNm mature, et il est prêt à quitter le noyau.
L'ARNm a une copie du code d'une protéine
Les protéines sont de longues chaînes de acides aminés reliés par des liaisons peptidiques. Ils sont chargés d'influencer à quoi ressemble une cellule et ce qu'elle fait. Ils forment des structures cellulaires et jouent un rôle clé dans le métabolisme. Ils agissent comme des enzymes et des hormones et sont intégrés dans les membranes cellulaires pour faciliter la transition des grosses molécules.
La séquence de la chaîne d'acides aminés d'une protéine est codée dans l'hélice d'ADN. Le code est composé des quatre bases azotées:
- Guanine (G)
- Cytosine (C)
- Adénine (A)
- Thym (T)
Ce sont des bases azotées et chaque maillon de la chaîne d'ADN est constitué d'une paire de bases. La guanine forme une paire avec la cytosine et l'adénine forme une paire avec la thymine. Les liens reçoivent des noms d'une lettre en fonction de la base qui vient en premier dans chaque lien. Les paires de bases sont appelées G, C, A et T pour les liaisons guanine-cytosine, cytosine-guanine, adénine-thymine et thymine-adénine.
Trois paires de bases représentent un code pour un acide aminé particulier et sont appelées un codons. Un codon typique pourrait être appelé GGA ou ATC. Étant donné que chacun des trois emplacements de codons pour une paire de bases peut avoir quatre configurations différentes, le nombre total de codons est de 43 ou 64.
Il y a environ 20 acides aminés qui sont utilisés dans la synthèse des protéines, et il y a aussi des codons pour les signaux de démarrage et d'arrêt. En conséquence, il y a suffisamment de codons pour définir une séquence d'acides aminés pour chaque protéine avec quelques redondances.
L'ARNm est une copie du code d'une protéine.
Les protéines sont produites par les ribosomes
Lorsque l'ARNm quitte le noyau, il recherche un ribosome synthétiser la protéine dont il possède les instructions codées.
Les ribosomes sont les usines de la cellule qui produisent les protéines de la cellule. Ils sont constitués d'une petite partie qui lit l'ARNm et d'une plus grande partie qui assemble les acides aminés dans le bon ordre. Le ribosome est composé de ARN ribosomique et les protéines associées.
Les ribosomes se trouvent soit flottant dans la cellule cytosol ou attaché à la cellule réticulum endoplasmique (RE), une série de sacs membranaires trouvés près du noyau. Lorsque les ribosomes flottants produisent des protéines, celles-ci sont libérées dans le cytosol cellulaire.
Si les ribosomes attachés au RE produisent une protéine, la protéine est envoyée à l'extérieur de la membrane cellulaire pour être utilisée ailleurs. Les cellules qui sécrètent des hormones et des enzymes ont généralement de nombreux ribosomes attachés au RE et produisent des protéines à usage externe.
L'ARNm se lie à un ribosome et la traduction du code dans la protéine correspondante peut commencer.
La traduction assemble une protéine spécifique selon le code ARNm
Dans le cytosol cellulaire flottent des acides aminés et de petites molécules d'ARN appelées transférer l'ARN ou ARNt. Il existe une molécule d'ARNt pour chaque type d'acide aminé utilisé pour la synthèse des protéines.
Lorsque le ribosome lit le code de l'ARNm, il sélectionne une molécule d'ARNt pour transférer l'acide aminé correspondant au ribosome. L'ARNt apporte une molécule de l'acide aminé spécifié au ribosome, qui attache la molécule dans la séquence correcte à la chaîne d'acides aminés.
La séquence des événements est la suivante:
- Initiation. Une extrémité de la molécule d'ARNm se lie au ribosome.
- Traduction. Le ribosome lit le premier codon du code de l'ARNm et sélectionne l'acide aminé correspondant dans l'ARNt. Le ribosome lit alors le deuxième codon et attache le deuxième acide aminé au premier.
- Achèvement. Le ribosome descend la chaîne d'ARNm et produit en même temps une chaîne protéique correspondante. La chaîne protéique est une séquence d'acides aminés avec liaisons peptidiques formant un chaîne polypeptidique.
Certaines protéines sont produites par lots tandis que d'autres sont synthétisées en continu pour répondre aux besoins continus de la cellule. Lorsque le ribosome produit la protéine, le flux d'informations du dogme central de l'ADN à la protéine est terminé.
Épissage alternatif et effets des introns
Des alternatives à la circulation directe de l'information envisagée dans le dogme central ont été récemment étudiées. Dans épissage alternatif, le pré-ARNm est coupé pour éliminer les introns, mais la séquence des exons dans la chaîne d'ADN copiée est modifiée.
Cela signifie qu'une séquence de code d'ADN peut donner naissance à deux protéines différentes. Alors que les introns sont rejetés en tant que séquences génétiques non codantes, ils peuvent influencer le codage des exons et peuvent être une source de gènes supplémentaires dans certaines circonstances.
Si le dogme central de la biologie moléculaire reste valable en ce qui concerne la circulation de l'information, le les détails sur la façon dont les informations circulent de l'ADN aux protéines sont moins linéaires qu'à l'origine pensée.
