Transcription (biologie)

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Transcription/Traduction.

En biologie moléculaire, la transcription est un mécanisme qui permet de « recopier » les données des gènes, ce qui permet leur utilisation pour créer de la matière biologique en assemblant des acides aminés en protéines selon le code génétique.

Elle se déroule dans le noyau des cellules (chez les eucaryotes) et consiste à copier des régions dites codantes de l'ADN pour les transcrire en molécules d'ARN. En effet, si la molécule d'ADN est le support universel de l'information génétique, ce sont les molécules d'ARN messager qui sont reconnues par la machinerie de traduction en séquences protéiques. Par le biais de l'ARN messager, la cellule pourra exprimer l'information génétique contenue dans ses gènes et fabriquer les protéines nécessaires à son fonctionnement.

L'enzyme qui catalyse cette réaction de transcription est appelée ARN polymérase. Chez les eucaryotes, il en existe plusieurs types, intervenant dans la transcription de différents types d'ARN (messager, ribosomique, de transfert, etc.). Chez les procaryotes, un seul type d'ARN polymérase permet la synthèse de tous les types d'ARN.

Durant la transcription, l'hélicase sépare les deux brins de l'ADN, permettant ainsi l'action de l'ARN polymérase. Pour commencer, celle-ci reconnaît et se fixe sur une région particulière de l'ADN, située en amont d'une région codante d'un gène : le site promoteur. (Cette première étape de la transcription est l'initiation, décrite plus bas plus en détail.)

Après la transcription se déroulent la maturation de l'ARN (ou modification post-transcriptionnelle) et la traduction, les deux autres étapes importantes de la biosynthèse des protéines. Dans le cas des procaryotes en revanche, aucune maturation n'est nécessaire avant la traduction.

L'ARN produit par la maturation de l'ARN est un ARN messager mature : plus court, il peut ensuite passer dans le cytoplasme, où il est traduit en protéines à partir des acides aminés, en présence des ribosomes et des ARN de transfert (ARNt). Ce mécanisme s'appelle la traduction.

Chez les bactéries

La transcription a lieu dans le cytoplasme bactérien puisque c'est là que se trouve l'ADN (chromosome ou plasmide). Elle se déroule en 3 étapes distinctes : l'initiation, l'élongation et la terminaison.

  • Initiation :

Dans le promoteur, constitué d'environ 25 nucléotides et situé en amont de la séquence codante du brin matrice (brin d'ADN qui servira de brin complémentaire au nouveau brin d'ARN), se trouve le point de départ de la transcription. Le point de départ de la transcription est le nucléotide à partir duquel l'ARN polymérase commencera à transcrire le brin matrice. L'initiation s'effectue donc au niveau du promoteur, auquel l'ARN polymérase se fixe.

L'ARN polymérase bactérienne est constituée de 5 sous unités α, α', β, β' et σ[1]. La sous-unité σ reconnaît une séquence consensus dans le promoteur du gène, classiquement, la boîte de Pribnow [TATAAT], puis se fixe sur l'ADN et recrute les autres parties du complexe enzymatique. Une fois l'ARN polymérase mise en place, la sous unité σ se détache du complexe et β' assure la liaison à l'ADN : c'est le complexe fermé. L'ARN polymérase déroule ensuite la double hélice sur 17 paires de bases environ : c'est le complexe ouvert.

  • Élongation :

Le complexe ouvert est formé afin qu'un nucléotide complémentaire d'ARN puisse se coupler à chaque nucléotide du brin matrice, le brin transcrit par la protéine. L'adénine du brin matrice sera alors couplée à de l'uracile (dans l'ARN, l'uracile remplace la thymine présente dans l'ADN), la thymine à de l'adénine, la guanine à de la cytosine et la cytosine à de la guanine.

Pour que la phase d'élongation commence, le départ de la sous unité σ est remplacé par une Nus A. Le complexe enzymatique synthétise alors le brin d'ARN complémentaire du brin matrice. Au fur et à mesure qu'elle avance sur le brin matrice, l'ARN polymérase continue de dérouler les deux brins d'ADN. Elle ajoute alors à l'extrémité 3' du brin synthétisé les nucléotides d'ARN complémentaires présents dans le milieu. Ceux-ci sont présents sous forme de nucléosides triphosphates, c'est-à-dire comportant trois groupements phosphate au lieu d'un seul : ils perdent donc deux phosphates lorsqu'ils se lient à la chaîne de nucléotide. Tout comme l'ADN polymérase lors de la réplication de l'ADN, l'ARN polymérase ne peut en effet fabriquer le nouveau brin d'ARN complémentaire que de l'extrémité 5' jusqu'à l'extrémité 3'. Mais contrairement à celle-ci, l'ARN polymérase n'effectue pas de correction si des erreurs surviennent lors de l'appariement des bases.

  • Terminaison :

Chez les bactéries, il suffit que l'ARN polymérase atteigne le terminateur, situé en aval de la séquence codante, pour terminer la transcription. Des séquences d'ADN riches en paires G-C avec 3 liaisons hydrogène, donc plus fortes, ralentissent la progression de l'ARN polymérase, et d'autre part la formation d'une boucle en épingle à cheveux entre 2 régions complémentaires de l'ARN bloquent l'enzyme. Enfin une protéine de terminaison (Rho) libère la molécule d'ARN, après que l'ARN polymérase s'est détaché du brin matrice. Pendant ce temps, celui-ci s'enroule de nouveau avec son brin d'ADN complémentaire. L'ARN ainsi produit est appelé ARN messager (ARNm).

Un même brin d'ADN peut être transcrit par plusieurs ARN polymérases à la fois, ce qui augmente par conséquent le nombre d'ARN nouvellement synthétisés. On appelle ce phénomène la transcription simultanée.

L'ARNm est, après la transcription, directement utilisable par la machinerie cellulaire pour la traduction, phénomène permettant de fabriquer les protéines pour lesquelles le message code. Comme la transcription et la traduction se déroulent dans le même compartiment, il est même possible que des ribosomes commencent à traduire un ARNm avant que sa transcription soit terminée.

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