La traduction et les mutations

La traduction convertit l'ARN messager en une chaîne d'acides aminés. C'est le travail du ribosome, la machine la plus universelle du vivant.

Les acteurs

ARN MESSAGER   porte le message, lu de codon en codon
RIBOSOME       la machine : il se déplace le long de l'ARNm
ARN DE TRANSFERT (ARNt)  l'adaptateur : d'un côté un ANTICODON,
                         de l'autre l'acide aminé correspondant

        acide aminé
             |
          [ARNt]
             |
        anticodon   U A C
                    | | |          appariement complémentaire
        codon       A U G
        ============================  ARN messager
                 [  RIBOSOME  ]  --->

L'ARNt est la pièce qui fait le lien entre les deux alphabets : c'est lui, et non le ribosome, qui garantit qu'un codon donné appelle le bon acide aminé.

Le déroulement

1. le ribosome se fixe sur l'ARNm et repère le codon AUG
2. il avance de trois bases en trois bases
3. à chaque codon, l'ARNt correspondant apporte son acide aminé
4. les acides aminés sont liés entre eux (liaison peptidique)
5. à la rencontre d'un codon STOP, la chaîne est libérée

   AUG  CCU  GAA  UAC  UAA
    |    |    |    |    |
   Met - Pro - Glu - Tyr  STOP        ->  chaîne de 4 acides aminés

Du fil à la machine : le repliement

Une chaîne d'acides aminés n'est pas encore fonctionnelle. Elle se replie dans l'espace en une forme précise, et c'est cette forme tridimensionnelle qui détermine la fonction.

   chaîne linéaire  ->  repliement  ->  protéine fonctionnelle
   ~~~~~~~~~~~~~~       en 3D           (enzyme, anticorps, récepteur...)

Un mauvais repliement suffit à rendre une protéine inutile, voire toxique : c'est le mécanisme des maladies à prions et un facteur des maladies neurodégénératives. Prédire ce repliement à partir de la séquence est resté un problème ouvert pendant cinquante ans, jusqu'aux progrès récents de l'apprentissage automatique.

Les mutations et leurs effets

Une modification de la séquence d'ADN se répercute sur la protéine — parfois sans conséquence, parfois gravement.

SUBSTITUTION SILENCIEUSE
   GGU -> GGC       toujours la glycine (redondance du code)
   ->  aucun effet

SUBSTITUTION FAUX-SENS
   GAG -> GUG       acide glutamique -> valine
   ->  protéine modifiée, effet variable

SUBSTITUTION NON-SENS
   UAC -> UAA       un codon STOP prématuré
   ->  protéine tronquée, généralement non fonctionnelle

DÉCALAGE DU CADRE DE LECTURE (insertion ou délétion d'une base)
   AUG CCU GAA  ->  AUG CUG AA...
   ->  tout ce qui suit est illisible : effet presque toujours grave

Un exemple : la drépanocytose

Le cas le mieux documenté de l'histoire de la biologie moléculaire.

gène de la β-globine, 6e codon :   GAG  ->  GTG   (sur l'ADN)
                       protéine :  acide glutamique  ->  valine

Une seule base modifiée sur les trois milliards du génome. La valine, hydrophobe, fait s'agréger les molécules d'hémoglobine en longues fibres, qui déforment les globules rouges en faucille. Il en résulte anémie, douleurs et obstruction des petits vaisseaux.

Fait remarquable : les porteurs d'une seule copie de l'allèle sont protégés contre le paludisme. C'est ce qui explique sa fréquence élevée dans les régions historiquement impaludées — la sélection naturelle a maintenu un allèle grave à l'état homozygote parce qu'il est avantageux à l'état hétérozygote.

En résumé

• La traduction convertit l'ARNm en chaîne d'acides aminés, sur le ribosome.
• Les ARN de transfert apportent les acides aminés grâce à leur anticodon.
• La chaîne se replie en 3D ; c'est la forme qui détermine la fonction.
• Mutations : silencieuse, faux-sens, non-sens, décalage du cadre.
• Un décalage est presque toujours grave : tout ce qui suit devient illisible.
• La drépanocytose résulte d'une seule base changée, et protège du paludisme à l'état hétérozygote.