Présentation de la biologie moléculaire

 

  1. Introduction

  2. La cellule

  3. Les divisions et les mutations cellulaires

  4. 2-1. Divisions

    2-2. Mutations

  5. La synthèse des protéines, l’expression des gènes

  6. Conclusion


0- Introduction

Chaque être vivant peut être décrit par un ensemble de caractères qui définissent son identité et permettent de le distinguer de ses semblables. L’ensemble de ses caractères dont la plupart sont héréditaires constitue le phénotype. Le phénotype d’un être vivant dépend des protéines qu’il produit (l’hémoglobine pour le sang ou la kératine pour la peau). Ces protéines sont synthétisées par l’ensemble des gènes : le génome. Les gènes sont stockés, au départ, dans le noyau de la cellule œuf.

  1. La cellule
  2. Les divisions et les mutations cellulaires
  3. La synthèse des protéines, l’expression des gènes

 

1. La cellule

Les chromosomes, situés dans le noyau de la cellule, sont le support de l’information génétique, c’est à dire de l’information qui détermine les caractères de chaque organisme vivant.

Ce sont chez tous les organismes, les mêmes 4 bases nucléiques : adénine (A), guanine (G), thymine (T) et cytosine (C) qui forment les acides désoxyribonucléiques (ADN).

Les segments d’ADN constituent autant de gènes définis par l’ordre dans lequel les bases (A, C, G et T) y sont disposées.

L’ADN est fait d’assemblage de motifs nucléotidiques constitués par l’union d’un sucre et d’une base nucléique (A, C, G ou T). Ces nucléotides sont reliés par l’intermédiaire d’un chaînon phosphoryle (P).

La chaîne ainsi définie représente l’un des brins dont la molécule d’ADN est constituée : autrement dit celle-ci est bicaténaire avec 2 brins accolés longitudinalement par des liaisons de faible énergie établies entre A et T et entre C et G.

 

La complémentarité réciproque des 2 brins conditionne donc la stabilité de cette structure. Dans ce cas, la structure bicaténaire s’enroule en hélice :

2. Les divisions et les mutations cellulaires

Les divisions cellulaires qui se réalisent tout au long de la vie d’un organisme, vont permettre la distribution et la transmission des gènes, les mutations vont entraîner le fait que chaque cellule va synthétiser des protéines différentes.

    1. Divisions
    2. La bipartition qui va s’opérer à partir de la cellule mère, pour donner naissance à 2 cellules filles, est précédée par la construction de constituants cellulaires qui seront partagés entre les cellules nouvelles.

      Dans le cas de l’ADN, chaque brin va servir de matrice pour la synthèse d’une chaîne complémentaire qui en est donc la réplique. Ainsi se forme une nouvelle molécule dans laquelle l’un des brins est hérité de la molécule affectée par la réplication : celle-ci est donc semi-conservatrice.

      C’est pourquoi les cellules filles reçoivent l’une et l’autre des molécules d’ADN absolument identiques. Lorsque 2 cellules filles ont reçu identiquement le même matériel génétique, elles synthétisent les mêmes protéines et c’est pourquoi elles ont les mêmes structures et accomplissent les mêmes réactions chimiques.

    3. Mutations

Au contraire en cas de mutations, une partie du message se trouvant modifiée, la protéine régie par la séquence en cause sera différente, ce qui aura pour conséquence un caractère nouveau à l’organisme et à ses descendants.

3. La synthèse des protéines, l’expression des gènes

Ce sont chez tous les êtres vivants, les mêmes systèmes qui assurent tout d’abord la transcription puis la traduction des messages génétiques aboutissant à la synthèse des protéines.

Toute protéine est formée de chaînes d’acides aminés, elle renferme donc une séquence plus ou moins longue (une centaine à plusieurs centaines) d’acides aminés. Une fois synthétisée ou au cours de sa synthèse, chacune de ces longues chaînes se replie sur elle-même, la structure tridimensionnelle adoptée ne dépendant que de la géométrie des atomes et étant stabilisée grâce aux liaisons hydrogènes. Cette structure tridimensionnelle impose à la protéine sa fonction.

L’ordre et la nature des acides aminés mis en place est sous la dépendance de l’ordre et de la nature des bases de l’ADN. Tout se passe comme s’il fallait traduire un alphabet de 4 lettres en un alphabet de 20 lettres afin que la coïncidence des 2 séquences nucléique et protéique soit possible.

L’expression génétique comprend ainsi 2 étapes :

    1. La transcription
    2. Un des brins de l’ADN sert de matrice pour la synthèse d’une chaîne complémentaire d’acide ribonucléique. Seule différence avec l’ADN : le sucre est ici le ribose et la thymine est remplacée par l’uracile (U).

      L’acide ribonucléique destiné à la biosynthèse des protéines des protéines est dit ARN messager (ARNm).

       

    3. La traduction

Elle fait intervenir de nombreux facteurs et de nombreux enzymes (molécules qui jouent le rôle de catalyseurs).

La traduction s’effectue donc séquentiellement à partir d’un point de départ et toujours dans la même direction, chaque acide aminé étant mis en place selon l’ordre qui lui est dicté par les séquences de codon de l’ARNm qui dérive directement de la séquence de la séquence des bases du segment de l’ADN du gène impliqué.

4. Conclusion

Ainsi chaque organisme vivant peut être décrit et suivi au cours de son évolution par ses gènes et les protéines qu’ils synthétisent. Il est intéressant pour divers domaines (ex : la médecine) de traiter et de stocker ces séquences de gènes ou ces séquences de protéines, mais sachant que, par exemple 80000 à 100000 gènes pilotent le fonctionnement de la machine humaine, cette gestion des séquences n’est possible qu’en collaboration avec des outils informatiques (programmes , logiciels , bases de données).