Acides nucléiques et synthèse des protéines

Les acides nucléiques 核酸 (ADN et ARN) sont des polymères constitués de petites unités appelées nucléotides 核苷酸. Chaque nucléotide est composé de trois parties assemblées ensemble :

• un groupe phosphate 磷酸,
• un sucre (un sucre à 5 carbones),
• une base 碱基 contenant de l'azote.

L'ATP est un nucléotide spécial. Il possède la base adénine 腺嘌呤, le sucre ribose 核糖, et trois groupes phosphate. Casser le dernier phosphate libère de l'énergie 能量 pour la cellule.

Il existe cinq bases, regroupées en deux catégories :

• les purines 嘌呤 ont un double anneau (deux anneaux) : adénine et guanine 鸟嘌呤.
• les pyrimidines 嘧啶 ont un anneau unique (un anneau) : cytosine 胞嘧啶, thymine 胸腺嘧啶 et uracile 尿嘧啶.

Une molécule d'ADN est constituée de deux brins torsadés ensemble formant une double hélice 双螺旋.

Chaque brin 链 possède un squelette alternant de sucre (ici le sucre est la désoxyribose 脱氧核糖) et de phosphate. Le sucre d'un nucléotide est lié au phosphate du suivant par une liaison phosphodiester 磷酸二酯键.

Les deux brins sont maintenus ensemble par leurs bases, qui se rencontrent au centre. L'appariement est exact : c'est l'appariement complémentaire des bases 碱基互补配对 :

• A s'apparie toujours avec T, maintenu par deux liaisons hydrogène 氢键.
• C s'apparie toujours avec G, maintenu par trois liaisons hydrogène (ainsi une paire de bases C–G 碱基对 est plus difficile à séparer).

Les deux brins courent dans des directions opposées : l'un va de 5′ vers 3′ tandis que l'autre va de 3′ vers 5′. On dit qu'ils sont antiparallèles 反平行.

L'échelle plate ci-dessus est tordue en spirale. Ce modèle volumétrique, où chaque atome est une boule, montre la forme réelle de l'hélice double :

La réplication de l'ADN 复制 (copie) a lieu lors de la phase S du cycle cellulaire. Elle est semi-conservative 半保留复制 : chaque nouvelle molécule conserve un ancien brin et un nouveau brin. Les étapes sont :

1. l'hélice double se dérouler et les liaisons hydrogène se rompent, ce qui sépare les deux brins.
2. chaque brin ancien sert de matrice. Des nucléotides libres s'apparent aux bases exposées par appariement complémentaire des bases.
3. l'enzyme 酶 ADN polymérase 聚合酶 lie les nouveaux nucléotides dans un brin. Elle ne peut ajouter des nucléotides que dans le sens 5′ vers 3′.

En raison de cette règle 5′ vers 3′, les deux nouveaux brins sont synthétisés différemment :

• le brin avant 前导链 est construit de manière continue, en suivant le déroulement.
• le brin arrière 后随链 est construit en petits morceaux, en s'éloignant du point de déroulement. L'enzyme ADN ligase 连接酶 relie ensuite ces morceaux entre eux.

L'ARN est également composé de nucléotides, mais il s'agit d'un seul brin, son sucre est le ribose, et il utilise l'uracile à la place de la thymine. Le type le plus important ici est l'ARN messager (ARNm), qui transporte une copie des instructions d'un gène hors du noyau pour être utilisée.

Un gène 基因 est une séquence de nucléotides d'ADN codant pour une polypeptide 多肽.

Le code est lu par triplets 三联体 — des groupes de trois bases. Chaque triplet code soit pour un acide aminé 氨基酸 spécifique, soit sert de signal de départ ou d'arrêt. Le code est universel : la quasi-totalité des êtres vivants utilisent les mêmes triplets pour les mêmes acides aminés.

Il y a 64 triplets possibles mais seulement 20 acides aminés courants, donc la plupart des acides aminés sont codés par plus d'un triplet.

Transcription (dans le noyau)

Le gène ADN est copié en ARNm. C'est la transcription 转录.

• le brin d'ADN qui est copié est le brin matrice 模板链 ; le brin partenaire est le brin non transcrit 非转录链.
• l'enzyme ARN polymérase joint les nucléotides d'ARN qui s'apparent aux bases de la matrice (avec l'uracile s'appariant à l'adénine).
• chez les eucaryotes, le premier ARN produit (le transcrit primaire 初级转录本) contient des parties codantes appelées exons 外显one et des parties non codantes appelées introns 内含子. Les introns sont coupés et les exons sont joints pour former l'ARNm mature.

Traduction (au ribosome)

L'ARNm quitte le noyau et se fixe sur un ribosome 核糖体. Construire la polypeptide à partir du code ARNm est la traduction 翻译.

• l'ARNm est lu par codons 密码子 (chaque codon est un triplet de bases ARNm).
• les molécules d'ARN de transfert (ARNt) apportent des acides aminés au ribosome. Chaque ARNt possède un anticodon 反密码子 qui s'apparie avec un codon correspondant.
• alors que les codons sont lus dans l'ordre, le ribosome lie les acides aminés par des liaisons peptidiques 肽键, construisant la polypeptide.

Exemple résolu. Un brin matrice ADN lit TAC GGA CTT. Donnez les codons ARNm et précisez la longueur de la polypeptide. Transcrivez par appariement complémentaire des bases, en vous rappelant que l'ARN utilise l'uracile à la place de la thymine : TAC donne AUG, GGA donne CCU, CTT donne GAA. Donc l'ARNm lit AUG CCU GAA. AUG est le codon de départ (méthionine), donc la polypeptide fait trois acides aminés de long - deux une fois la méthionine de départ retirée. Deux erreurs ont coûté la plupart des points ici : appairer A avec T au lieu de U lors de l'écriture de l'ARNm, et transcrire le brin codant au lieu du brin matrice. L'ARNm est complémentaire à la matrice et identique au brin codant à part U remplaçant T.

Une mutation génique 突变 est un changement dans la séquence de bases d'une molécule d'ADN. Elle peut modifier la polypeptide produite. Il existe trois types :

• substitution 替换 — une base est échangée contre une autre base différente. Cela change au maximum un acide aminé, et parfois aucun (car la plupart des acides aminés ont plus d'un triplet).
• déletion 缺失 — une base est supprimée.
• insertion 插入 — une base supplémentaire est ajoutée.

Une délétion ou une insertion décale la lecture de tous les triplets suivants, elle modifie donc généralement de nombreux acides aminés après ce point et a un grand effet sur la polypeptide.

• L'ADN est antiparallèle, maintenu par des liaisons hydrogène (A=T deux, C≡G trois) ; la réplication est semi-conservative (chaque produit conserve un brin ancien).
• Indiquez où et quoi : transcription (noyau → ARNm), traduction (ribosome, ARNm + ARNt → polypeptide).
• Décrivez le code avec les quatre termes : triplet, non chevauchant, dégénéré, universel.
• Pour une mutation génique (substitution, insertion, délétion), expliquez l'effet sur la protéine — et pourquoi une substitution peut être silencieuse (dégénérescence).