L'une des fonctions les plus importantes des cellules vivantes est de produire les protéines nécessaires à la survie d'un organisme. Les protéines donnent forme et structure à un organisme et, en tant qu'enzymes, régulent l'activité biologique. Pour fabriquer des protéines, une cellule doit lire et interpréter les informations génétiques stockées dans son acide désoxyribonucléique, ou ADN. Les sites de synthèse des protéines cellulaires sont les ribosomes, qui peuvent être libres ou liés. L'importance du ribosome libre est que la synthèse des protéines commence là.
ADN et ARN
L'ADN est une longue chaîne moléculaire composée d'une alternance de groupes sucre et phosphate. L'une des quatre bases nucléotidiques contenant de l'azote - A, C, T et G - est suspendue à chaque sucre. La séquence des bases le long du brin d'ADN détermine la séquence des acides aminés qui forment les protéines. L'acide ribonucléique, ou ARN, transmet une copie complémentaire d'une partie d'une molécule d'ADN - un gène - aux ribosomes, qui sont de minuscules granules composés d'ARN et de protéines. L'ARN ressemble à l'ADN, sauf que ses groupes de sucre contiennent un atome d'oxygène supplémentaire et qu'il remplace la base nucléotidique U par la base T de l'ADN. Les ribosomes créent des protéines en fonction des informations stockées dans l'ARN messager, ou ARNm.
Codage complémentaire
Les règles de transcription de l'ADN en ARN spécifient une correspondance entre les bases sur le gène et les bases sur l'ARNm. Par exemple, une base A dans un gène spécifie une base U dans le brin d'ARNm. De même, les bases T, C et G d'un gène spécifient respectivement les bases A, G et C dans l'ARNm. L'information génétique contenue dans l'ARNm prend la forme de triplets de bases nucléotidiques appelés codons. Par exemple, le triplet d'ADN TAA crée le triplet d'ARN UTT. Les brins d'ADN et d'ARN contiennent donc des informations complémentaires, mais uniques, codées dans la séquence de bases nucléotidiques. Presque tous les triplets codent pour un acide aminé spécifique, bien que quelques triplets spécifient la fin d'un gène. Plusieurs triplets différents peuvent coder pour le même acide aminé.
Ribosomes
La cellule fabrique des ribosomes directement à partir d'ARN ribosomique, ou ARNr, codé par des gènes d'ADN spécifiques. L'ARNr se combine avec des protéines pour former des sous-unités grandes et petites. Les deux sous-unités ne se rejoignent que lors de la synthèse des protéines. Dans une cellule procaryote - c'est-à-dire une cellule sans noyau organisé - les sous-unités du ribosome flottent librement dans le liquide cellulaire, ou cytosol. Chez les eucaryotes, les enzymes du noyau d'une cellule construisent des sous-unités du ribosome. Le noyau exporte ensuite les sous-unités vers le cytosol. Certains des ribosomes peuvent se lier temporairement à un organite cellulaire appelé réticulum endoplasmique, ou ER, lors de la construction de protéines, tandis que d'autres ribosomes restent libres lorsqu'ils synthétisent des protéines.
Traduction
La plus petite sous-unité d'un ribosome libre s'empare d'un brin d'ARNm pour commencer la synthèse des protéines. La plus grande sous-unité s'accroche alors et commence à traduire chaque codon d'ARNm. Cela implique d'exposer et de positionner chaque codon d'ARNm afin que les enzymes puissent identifier et attacher l'acide aminé correspondant au codon actuel. Une molécule d'ARN de transfert, ou ARNt, avec un anti-codon complémentaire se verrouille dans la plus grande sous-unité, son acide aminé désigné en remorque. Les enzymes transfèrent ensuite l'acide aminé à la chaîne protéique en croissance, expulsent l'ARNt usé pour le réutiliser et exposent le prochain codon d'ARNm. Une fois terminé, le ribosome libère la nouvelle protéine et les deux sous-unités se dissocient.