Acide ribonucléique, ou ARN, joue plusieurs rôles vitaux dans la vie d'une cellule. Il agit comme un messager, relayant le code génétique de l'acide désoxyribonucléique, ou ADN, vers la machinerie de synthèse des protéines de la cellule. L'ARN ribosomique se joint aux protéines pour former des ribosomes, les usines à protéines de la cellule. L'ARN de transfert transfère les acides aminés dans les brins de protéines en croissance tandis 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 avec des noyaux organisés - les différents types d'ARNP sont étiquetés de I à V. Chacun a une structure légèrement différente et chacun crée un ensemble différent d'ARN. Par exemple, RNAP II est responsable de la création d'ARN messager, ou ARNm. Les cellules procaryotes (qui n'ont pas de noyaux organisés) ont un type de RNAP. L'enzyme se compose de plusieurs sous-unités protéiques qui remplissent diverses fonctions pendant la transcription. Un site actif contenant un atome de magnésium est l'emplacement au sein de l'enzyme auquel l'ARN s'allonge. Le site actif ajoute des groupes sucre-phosphate au brin d'ARN en croissance et attache des bases nucléotidiques selon les règles d'appariement des bases.
Appariement de base
L'ADN est une longue molécule avec un squelette composé d'unités de sucre et de phosphate en alternance. L'une des quatre bases nucléotidiques - molécules à un ou deux anneaux contenant de l'azote - est suspendue à chaque unité de sucre. Les quatre bases d'ADN sont étiquetées A, T, C et G. La séquence de paires de bases le long de la molécule d'ADN dicte la séquence d'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 des 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 monocaténaire apparentée qui observe les mêmes règles d'appariement des bases lors de la transcription de l'ADN, à l'exception de la substitution de la base U pour T dans l'ARN.
Initiation à la transcription
Les facteurs d'initiation des protéines doivent former un complexe avec une molécule d'ARN polymérase avant que la transcription puisse commencer. Ces facteurs permettent à l'enzyme de se lier à des régions promotrices - des points de fixation pour différentes unités de transcription - sur un brin d'ADN. Les unités de transcription sont des séquences d'un ou plusieurs gènes, qui sont les parties spécifiant la protéine d'un brin d'ADN. Le complexe 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 terminaison
Le complexe d'ARN polymérase peut faire de nombreux faux départs avant que l'élongation ne commence. Dans un faux départ, l'enzyme transcrit environ 10 bases puis interrompt le processus et redémarre. L'élongation ne peut commencer que lorsque l'ARNP libère les facteurs protéiques initiateurs qui l'ancrent dans la région promotrice de l'ADN. Une fois que l'élongation est en cours, l'enzyme fait appel à 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 resynthétiser 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.