D) Synthèse des protéines |
La synthèse des protéines se fait en 2 étapes. Premièrement, il y a la transcri ption qui consiste à fabriquer une molécule d'ARNm à partir d'un modèle d'ADN. Puis, c'est la traduction, l'étape où la cellule fabrique la protéine à partir du message contenu dans l'ARNm. Examinons tout d'abord la trnscription.
Figure 1: Processus général de la synthèse des protéines (Image: Wikipédia)
Transcription
La transcription a lieu dans le noyau chez les cellules eucaryotes. Une molécule d'ADN est déspiralisée par une enzyme et les deux brins sont séparés. L'ARN polymérase (une autre enzyme) vient alors attacher des ribonucléotides aux désoxyribonucléotides correspondants d'un des deux brins (le brin codant se nomme cistron). La transcription débute par l'initiation (attachement de l'enzyme au cistron), se poursuit par l'élongation (allongement de la molécule d'ARN) pour se terminer lorsque l'enzyme rencontre une séquence terminale. Cet ARN nouvellement formé se nomme ARN prémessager ou encore ARNnh (nucléaire hétérogène). Il subira encore certaines modifications: la maturation. La maturation comprend l'ajout d'une coiffe formée de GTP à l'extrémité 5' de l'ARN, l'ajout d'une queue poly-A (150 à 200 nucléotides d'adénine) à l'extrémité 3'. La coiffe protège la molécule contre les enzymes et sert de signal d'attache tandis que la queue empêche la dégradation de la molécule et facilite sa sortie du noyau. Lors de la transcription, l'ARN polymérase recopie tous les nucléotides d'un gène donné. Or, ce gène contient des parties codantes (exons) et des parties qui ne servent à rien (introns). Pour que la future protéine soit fonctionnelle, il faut ôter les introns. C'est l'épissage qui se fait grâce à des enzymes. À la fin de cette maturation, l'ARN messager est prêt à sortir du noyau.
Figure 2: Transcription (Image: Wikipédia)
Figure 3: Maturation chez les cellules eucaryotes
(épissage 2e partie) |
Traduction
Une fois l'ARN messager arrivé dans le cytoplasme, une petite sous-unité ribosomale vient s'attacher à son extrémité 5'. Un ARN de transfert transportant un acide aminé s'attache au premier codon de l'ARNm. La grosse sous-unité ribosomale s'ajoute alors à la petite. Un deuxième ARNt s'installe à côté du premier. Le ribosome attache le premier acide aminé au deuxième et se déplace d'un codon le long de l'ARNm. Un codon de terminaison indique au ribosome qu'il s'agit de la fin du message. Un facteur de terminaison vient alors s'intaller dans le site A du ribosome, libérant ce dernier et la protéine complétée.
Figure 4: Traduction (Image: Wikipédia)
Il arrive parfois que les acides nucléiques subissent des mutations. Il peut s'agir d'insertion, de délétion ou de remplacement de nucléotides. Ces mutations, dites ponctuelles, ont des conséquences sur la protéine qui sera produite. Selon la mutation, un ou plusieurs acides aminés seront substitués, la protéine sera plus courte ou alors il n'y aura aucun effet. Ceci s'explique par le fait que plusieurs codons codent pour le même acide aminé comme en témoigne la figure suivante.
Figure 5: Correspondance codon-acide aminé
Comme nous l'avons déjà vu, la reproduction cellulaire peut se faire de façon asexuée ou sexuée. La première sert à remplacer les cellules mortes, à la croissance de l'individu et même à la reproduction d'un individu unicellulaire. La reproduction sert à produire les gamètes (cellules sexuelles) tout en assurant un brassage génétique.
La mitose n'est qu'une étape du cycle cellulaire qui comprend aussi l'interphase. Durant l'interphase, la cellule croît (phase G1), puis elle dédouble son matériel génétique (phase S) et subit une deuxième phase de croissance (phase G2) avant d'entrer dans la mitose.
Figure 6: Cycle cellulaire
Voici les différentes étapes de la mitose et leurs caractéristiques.
| Phase | Caractéristiques |
| Prophase | Disparition des nucléoles; apparition du fuseau achromatique; apparition des chromosomes; éloignement des centrosomes |
| Prométaphase | Disparition de la membrane nucléaire; attachement des chromosomes aux fibres du fuseau par le centromère; les centrosomes sont aux pôles |
| Métaphase | Alignement des chromosomes sur la plaque équatoriale |
| Anaphase | Séparation du centromère et des chromatides; éloignement des chromosomes vers les pôles |
| Télophase | Cytocinèse, formation de la chromatine; apparition des nucléoles; formation de la membrane nucléaire |
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Figure 7: Étapes de la mitose
Le cycle cellulaire est contrôlé à différents moments, afin de s'assurer qu'il n'y a pas d'erreur.
Figure 8: Points de contrôle du cycle cellulaire
Animation |
Pour produire des gamètes il faut réduire le nombre de chromosomes. En effet, lorsqu'un ovule fusionne à un spermatozoïde, le nombre total de chromosomes doit rester constant d'une génération à l'autre. La méiose se fait donc en 2 phases. La première est dite réductionnelle car c'est là qu'on diminue de moitié le nombre de chromosomes. La deuxième est dite équationnelle car le nombre de chromosomes demeure le même. La cellule-mère doit toujours être diploïde (2N). Elle possède donc 2 exemplaires de chaque numéro de chromosome. Ces 2 exemplaires sont nommés chromosomes homologues. À la fin de la phase réductionnelle, les chromosomes homologues se trouvent dans 2 cellules distinctes. Ils sont encore dédoublés, c'est-à-dire qu'ils sont encore sous la forme X. À la fin de la phase équationnelle, les 2 chromatides sont séparées. Les cellules-filles ont alors un seul exemplaire de chaque numéro de chromosome. Elles sont donc haploïdes (N).
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Figure 9: Étapes de la méiose
Autres animations |
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Lors de la phase S du cycle cellulaire, la cellule doit répliquer son matériel génétique. L'ADN se dédouble donc mais pas de n'importe quelle façon. Afin de minimiser les erreurs qui pourraient se produire, l'ADN se réplique selon un mode semi-conservateur. La molécule s'ouvre donc et chaque brin sert de matrice pour la nouvelle molécule. De cette façon, la cellule s'assure d'avoir deux copies exactement identiques, chacune étant faite d'un ancien brin et d'un nouveau brin.
Figure 10: Réplication de l'ADN selon le mode semi-conservateur
Chaque brin de l'ADN présente une extrémité 3' et une extrémité 5'. Les 2 brins sont placés tête-bêche, c'est-à-dire qu'une extrémité 3' d'un brin est en face d'une extrémité 5' de l'autre brin.
Figure 11: Les 2 brins antisens de l'ADN
L'antisens des 2 brins a une conséquence sur la façon dont sont assemblés les nouveaux brins. En effet, les enzymes responsables de la réplication ne fonctionnent que dans un sens bien précis. L'assemblage du nouveau brin se fait donc de l'extrémité 5' vers l'extrémité 3'. Contrairement à ce qu'on pourrait croire, la réplication ne débute pas à une extrémité de la molécule d'ADN mais plutôt à plusieurs endroits au centre. Ces ouvertures se nomment des yeux. Ce phénomène, combiné au fait que l'ADN présente 2 brins antisens et que les enzymes ne travaillent que dans une direction, a pour effet que les deux nouveaux brins ne sont pas fabriqués de la même manière. Un des deux brins est assemblé de façon continue (brin directeur) tandis que l'autre est formé de petits fragments appelés fragments d'Okazaki (brin discontinu).
Figure 12: Yeux de réplication
Les hélicases ouvrent et déspiralisent l'ADN. Des protéines fixatrices d'ADN monocaténaire se placent sur chaque brin afin de les maintenir séparés. L'ADN primase s'attache à l'ancien brin et fabrique une amorce faite de nucléotides d'ARN. Une fois l'amorce terminée, l'ADN polymérase vient s'y fixer et poursuit l'élongation du nouveau brin en lui ajoutant des nucléotides. Une deuxième ADN polymérase remplace les nucléotides d'ARN de l'amorce par des nucléotides d'ADN. Sur le brin discontinu, l'ADN ligase attache ensuite les fragments d'Okazaki.
Figure 13: Fourche de réplication de l'ADN (D'après Campbell)
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Dernière mise à jour le 27 novembre, 2008