Du gène à la protéine : transcription et traduction

Un gène peut conduire à un ARN fonctionnel ou à un produit protéique. Le flux ADN→ARN→polypeptide décrit ici un gène codant une protéine ; il n’est pas une définition exhaustive de tous les gènes.

Dans le modèle nucléaire eucaryote étudié, l’ARN polymérase lit le brin matrice, ou transcrit, dans le sens 3′→5′ et synthétise l’ARN dans le sens 5′→3′. Les bases sont complémentaires : A de la matrice avec U de l’ARN, T avec A, C avec G et G avec C.

Le brin codant, écrit 5′→3′, a la même séquence que l’ARN primaire correspondant, avec T à la place de U, avant les modifications de maturation non représentées. On ne compare pas deux brins dans n’importe quel sens.

Un pré-ARNm peut subir une maturation : coiffe, extrémité poly-A et, pour les transcrits concernés, épissage retirant des introns. Des exons peuvent inclure des régions non traduites. L’ARNm mature n’est donc pas nécessairement la copie intégrale d’un fragment d’ADN donné.

Le ribosome traduit une région de cet ARNm en suivant un cadre établi à l’initiation. Dans le modèle standard utilisé ici, le départ désigné est AUG et les arrêts UAA, UAG et UGA n’ajoutent pas d’acide aminé. L’ARNm peut comporter des régions avant et après la région traduite.

Le polypeptide produit peut être maturé et agir dans un contexte cellulaire. Un caractère ne se déduit pas automatiquement d’un seul gène ; plusieurs produits et les conditions du milieu peuvent intervenir.

Le code standard associe 61 codons à des acides aminés et trois à l’arrêt. Il est redondant : plusieurs codons peuvent désigner le même acide aminé. Son usage est largement partagé, mais des variantes existent ; le tableau fourni définit le code de l’exercice.

Le calcul $4^3=64$ compte les triplets possibles. Il montre qu’un alphabet de quatre lettres dispose de suffisamment de triplets pour coder vingt acides aminés, sans constituer à lui seul la preuve expérimentale de la lecture par trois.

Pour compter un peptide, commencez au départ désigné, pas forcément à la première base du fragment. Arrêtez-vous au premier stop dans ce cadre. Un fragment dont la longueur n’est pas multiple de trois comporte éventuellement un reste incomplet ; l’ARNm entier comprend aussi des régions non traduites.

L’épissage alternatif peut produire des ARN différents à partir d’un même gène. Cela ne signifie ni que tous les gènes ont des introns, ni que tout exon est entièrement traduit. Les organites et les procaryotes ont aussi une expression génétique dont l’organisation n’est pas résumée par la frontière nucléaire du dessin.

Fragment fictif du brin codant 5′→3′. AA–ATG–[CCCTTT]–GAA–TAA–CC. Les bases entre crochets forment un intron entièrement retiré ; toutes les autres sont conservées. Le premier ATG indiqué est l’initiation et le code fourni donne AUG→Met, GAA→Glu, UAA→stop. Coiffe et poly-A ne sont pas comptées.

1. Retirer l’intron, puis transcrire. La séquence conservée est AAATGGAATAACC ; l’ARNm correspondant est AAAUGGAAUAACC, de 13 nucléotides.

2. Délimiter. Les deux A initiaux sont en amont de l’initiation. La région traduite commence au troisième nucléotide : AUG–GAA–UAA. Les deux C finaux sont en aval de l’arrêt.

3. Traduire. Le peptide initial prédit est Met–Glu, soit deux acides aminés. Ni les quatre nucléotides des régions non traduites ni le codon stop n’ajoutent d’acide aminé.

Contrôle. Le fragment initial contient 19 bases et l’intron en retire 6 : 13 restent. Diviser 13 par trois ne calcule pas la longueur du peptide.

La figure fournie présente un fragment fictif, sans intron ni région non traduite figurés. Pour lire les séquences superposées, le brin matrice est pris 3′→5′ de gauche à droite et le codant ainsi que l’ARN 5′→3′ dans ce même sens du dessin.

Le noyau et l’enveloppe concernent le cas nucléaire eucaryote. La frontière ne représente pas tout mécanisme d’expression de tout organisme. Les lettres d’ARN sont celles du modèle standard non modifié, et la case stop indique l’arrêt sans ajout d’acide aminé.

Le bandeau protéine–cellule–organisme illustre des niveaux d’analyse, pas une chaîne causale suffisante pour expliquer tout caractère.