Sciences · Biologie
Transcription et traduction
La transcription copie un gène d’ADN en ARN messager dans le noyau ; la traduction, réalisée par les ribosomes dans le cytoplasme, lit cet ARN pour assembler une protéine.
Mis à jour le 4 min de lecture
Pour qu’un gène produise son effet, son information doit être convertie en protéine. Ce passage se fait en deux temps : la transcription (ADN vers ARN) puis la traduction (ARN vers protéine). En 1958, Francis Crick a résumé ce flux d’information sous le nom de « dogme central de la biologie moléculaire » : ADN → ARN → protéine.
Vue d’ensemble
| Transcription | Traduction | |
|---|---|---|
| Modèle lu | Un brin d’ADN (brin transcrit) | ARN messager |
| Produit | ARN (messager, de transfert, ribosomique…) | Protéine (chaîne d’acides aminés) |
| Lieu (eucaryotes) | Noyau | Cytoplasme, sur les ribosomes |
| Acteur principal | ARN polymérase | Ribosome et ARN de transfert |
| « Langue » | Nucléotides vers nucléotides | Nucléotides vers acides aminés |
| Signal de départ | Promoteur | Codon AUG |
| Signal de fin | Séquence de terminaison | Codon stop (UAA, UAG, UGA) |
La transcription
Les étapes
- Initiation : des facteurs de transcription reconnaissent le promoteur du gène et y recrutent l'ARN polymérase. La double hélice s’ouvre localement sur une dizaine de paires de bases.
- Élongation : l’ARN polymérase avance le long du brin modèle et assemble l’ARN en plaçant en face de chaque base sa complémentaire : A en face de T, U en face de A, G en face de C, C en face de G. L’ARN est fabriqué dans le sens 5' vers 3', à une vitesse de l’ordre de quelques dizaines de nucléotides par seconde.
- Terminaison : arrivée à une séquence de fin, l’enzyme se détache et libère l’ARN.
L’ARN obtenu a la même séquence que l’autre brin de l’ADN (le brin codant), à ceci près que U remplace T.
La maturation chez les eucaryotes
L’ARN produit dans le noyau, appelé pré-ARN messager, est modifié avant de sortir :
- ajout d’une coiffe à l’extrémité 5', qui le protège et sert de signal pour le ribosome ;
- ajout d’une queue poly-A (une centaine à quelques centaines de A) à l’extrémité 3' ;
- épissage : les introns sont retirés et les exons raboutés. L’épissage alternatif permet à un même gène de produire plusieurs ARN messagers différents.
L’ARN messager mature quitte ensuite le noyau par les pores nucléaires.
La traduction
Elle est réalisée par les ribosomes, avec l’aide des ARN de transfert (ARNt). Chaque ARNt porte, à une extrémité, un acide aminé précis et, à l’autre, un anticodon de trois bases complémentaire d’un codon. Des enzymes spécifiques chargent chaque ARNt avec le bon acide aminé : c’est là que s’applique réellement le code génétique.
Les étapes
- Initiation : la petite sous-unité du ribosome se fixe sur l’ARN messager et le parcourt jusqu’au codon AUG. L’ARNt portant la méthionine s’y apparie, puis la grande sous-unité s’assemble.
- Élongation : un ARNt chargé entre dans le site A ; le ribosome lie son acide aminé à la chaîne en croissance (liaison peptidique) ; il avance d’un codon. La chaîne s’allonge d’environ 2 à 20 acides aminés par seconde.
- Terminaison : un codon stop est reconnu par un facteur de libération ; la protéine est relâchée et le ribosome se dissocie.
Après la traduction
La chaîne d’acides aminés se replie dans l’espace, souvent avec l’aide de protéines chaperonnes, pour adopter sa forme fonctionnelle. Elle peut être modifiée (ajout de sucres, de phosphates), découpée, ou associée à d’autres chaînes. Une protéine mal repliée est en général détruite ; dans quelques cas, elle s’accumule et cause des maladies (voir prions).
Exemple suivi pas à pas
| Étape | Séquence |
|---|---|
| Brin d’ADN codant | ATG GCT TGG TAA |
| Brin d’ADN transcrit (modèle) | TAC CGA ACC ATT |
| ARN messager | AUG GCU UGG UAA |
| Protéine | Méthionine – Alanine – Tryptophane – (stop) |
Différences entre procaryotes et eucaryotes
| Bactéries | Eucaryotes | |
|---|---|---|
| Séparation spatiale | Aucune : traduction commencée pendant la transcription | Transcription dans le noyau, traduction dans le cytoplasme |
| Maturation de l’ARN | Pas d’épissage, pas de coiffe | Coiffe, queue poly-A, épissage |
| ARN polymérases | Une seule | Trois principales (I, II, III) |
| ARN messager | Souvent plusieurs gènes à la suite (polycistronique) | Généralement un seul gène |
Régulation : quand et combien
Une cellule ne transcrit pas tous ses gènes en permanence. Le contrôle principal se fait à l’initiation de la transcription, par des facteurs qui activent ou répriment les promoteurs. Le modèle de l'opéron lactose, décrit chez E. coli par François Jacob et Jacques Monod (Nobel 1965 avec André Lwoff), a montré qu’un gène peut être allumé seulement en présence de sa substance cible. Chez les eucaryotes s’ajoutent l’état de la chromatine et les marques épigénétiques, la stabilité des ARN messagers et le contrôle de la traduction.
Exceptions au dogme central
- Les rétrovirus, comme le VIH, copient leur ARN en ADN grâce à une enzyme, la transcriptase inverse (découverte en 1970 par Howard Temin et David Baltimore).
- Beaucoup de gènes produisent des ARN qui ne sont jamais traduits mais jouent un rôle par eux-mêmes (voir ARN).
Questions fréquentes
Quelle est la différence entre réplication, transcription et traduction ?
La réplication copie tout l’ADN en ADN avant une division. La transcription copie un gène en ARN. La traduction convertit l’ARN messager en protéine.
Les vaccins à ARN messager modifient-ils notre ADN ?
Non. L’ARN messager injecté est traduit directement dans le cytoplasme par les ribosomes ; il n’entre pas dans le noyau et ne peut pas être converti en ADN par nos cellules. Il est dégradé en quelques jours (voir fonctionnement des vaccins).
Combien de protéines une cellule fabrique-t-elle ?
Une cellule humaine contient en moyenne plusieurs milliards de molécules de protéines et en synthétise des milliers par seconde.