Notre corps est constitué d'un ensemble de chaînes microscopiques. Ces chaînes sont des molécules que l'on peut classer en deux grandes catégories : d'un côté les protéines, de l'autre l'ADN et l'ARN (ces molécules conservent et transmettent l'information génétique). Il y a une relation entre ces deux catégories puisque l'une des fonctions essentielles de l'ADN et de l'ARN consiste à produire toute la gamme des protéines des êtres vivants.

Voyons ce que sont ces mystérieuses protéines :

La famille des protéines est une famille cosmopolite de "grosses molécules". On trouve dans cette famille des anticorps, des enzymes, des messagers, des protéines fibreuses et des transporteurs

Les anticorps (ou immunoglobulines), assurent évidemment la défense du corps contre les envahisseurs comme les bactéries et les virus. D'autres globulines ont pour fonction de ressouder les vaisseaux sanguins endommagés.
Les enzymes jouent le rôle de catalyseurs en accélérant des réactions chimiques (comme celles que la digestion met en oeuvre par exemple). Les enzymes travaillent comme dans un atelier de montage, chacune d'elles accomplissant une tâche bien précise. Ainsi la maltase scinde le maltose (un sucre) en deux molécules de glucose. La lactase, elle, dédouble le lactose (ou sucre de lait). D'autres enzymes combinent des atomes et des molécules pour générer de nouvelles substances. Une molécule d'enzyme peut catalyser à elle seule des milliers de réactions chimiques à la seconde!
Les messagers sont constitués des protéines de la catégorie des hormones. Libérées dans le sang, elles stimulent ou réduisent l'activité d'autres parties du corps. Par exemple l'insuline active l'absorption par les cellules du glucose (qui est leur source d'énergie).
Les protéines fibreuses (comme le colagène et la kératine) sont les constituants principaux du cartilage, des cheveux et des poils, des ongles et de la peau. Ces protéines sont un peu comme les poutres, le contreplaqué, le ciment et les clous dans un édifice.
Les transporteurs sont des constituants des membranes cellulaires. Ces protéines font office de pompes et de conduits assurant l'entrée et la sortie de matériaux et de substances.

Ce tableau de famille étant brossé, voyons maintenant comment sont formées les protéines.

Le B-A BA de la vie

Beaucoup de langues emploient pour élément de base un alphabet, une liste de lettres à partir de laquelle on construit des mots, des phrases. Dans le domaine moléculaire, l'"alphabet" de départ est fourni par l'ADN. Chose prodigieuse en regard de la variété de la vie, cet alphabet ne comporte que quatre lettres : A, C, G et T, qui sont les symboles des bases chimiques appelées adénine, cytosine, guanine et thymine. A partir de ces quatre bases, l'ADN, grâce à un intermédiaire ARN, produit des acides aminés (composants essentiels à la vie). Ces acides aminés sont les "mots" créés à partir de cet alphabet. Curieusement, ces mots ou acides aminés ont tous le même nombre de lettres : trois.

Ici entrent en jeu des constituants essentiels de la cellule appelés ribosomes, qui sont des "assembleurs de protéines". Ces ribosomes vont relier entre eux (sous forme de chaînes) les acides aminés créés par l'ADN. Les chaînes ainsi formées (ou protéines), vont constituer les "phrases" du langage de la vie. Les protéines sont donc les phrases construites avec les acides aminés (les mots), qui sont eux-mêmes élaborés sur la base des quatres bases chimiques A, C, G, T (les lettres). Signalons qu'une protéine est bien plus fournie qu'une phrase dite ou écrite, puisqu'une protéine standard contient entre 300 et 400 acides aminés. Il faut savoir que si l'on trouve des centaines d'acides aminés dans la nature, seule une vingtaine de sortes de ces acides aminés sont présents dans la majorité des protéines (nous verrons pourquoi cette information est importante dans une autre page ayant trait à la formation de la vie). Ces acides aminés peuvent s'agencer en une quantité quasi infinie de combinaisons (imaginez une chaîne longue de 100 acides aminés de 20 sortes : cela permettrait 10¹⁰⁰ combinaisons, ou 1 suivi de 100 zéros!)

La forme de la protéine, déterminante quand à sa fonction dans la cellule.

Contrairement aux maillons lâches d'une chaîne en métal ou en plastique, les acides aminés s'assemblent à des angles bien précis, et créent ainsi des motifs réguliers. Certains de ces motifs évoquent les spires d'un fil de téléphone, d'autres font penser aux plis d'un tissu plissé. Ces motifs eux-mêmes s'agencent en une structure tri-dimensionnelle plus complexe. Mais la forme d'une protéine est tout sauf fortuite, car elle est liée à sa fonction (ce qui apparaît de façon évidente lorsqu'un défaut survient dans la chaîne des acides aminés)

Un défaut dans la chaîne : des protéines dont la chaîne présente un défaut (ou un faux-pli) peuvent être à l'origine de maladies. La plupart des cas de mucoviscidose par exemple sont dus à une protéine altérée par la suppression, à un endroit essentiel de sa chaîne, de l'acide aminé appelé phénylalanine.. Cette carence dérègle l'équilibre du sel et de l'eau utiles dans les membranes qui tapissent les intestins, ce qui augmente anormalement l'épaisseur et la viscosité du mucus dont ces viscères sont enduis.

Pour être efficace, le code doit donc être produit, assemblé et interprété correctement, ce qui est "ordinairement" le cas puisque les protéines sont la plupart du temps "repliées" correctement et accomplissent leur fonction avec une coopération et une efficacité stupéfiantes (d'autant plus stupéfiant quand on sait que le corps humain contient plus de 100 000 sortes de protéines différentes, toutes étant des chaînes complexes combinées en des milliers de structures).

Comment les protéines sont-elles produites?

Nous distinguerons six étapes dans le processus d'élaboration des protéines.

1- dans le noyau d'une cellule, l'ADN contient des instructions pour chaque protéine.

ci-contre l'ADN (acide désoxyribonucléique), cette fameuse molécule à structure en double hélice à deux brins enroulés l'un autour de l'autre.

on voit ici les brins (verticaux sur les côtés) et les bases (ou lettres de l'alphabet) qui relient entre eux ces brins (comme les barreaux d'une échelle)

2- Une section d'ADN se dédouble et l'information génétique se transforme en un ARN messager

l'ARN (acide ribonucléique) ne possède quand à lui qu'un seul brin

Les brins d'ARN ainsi libérés vont servir à transporter les informations contenus dans l'ADN aux ribosomes chargés de la décoder.

3 et 4- Les brins d'ARN libérés transportent les maillons de la chaîne ainsi isolés (les acides aminés ou mots du langage formés par les lettres basiques qu'ils ont prélevées dans l'ADN). Les ribosomes (assembleurs de protéines) se lient à l'ARN pour le décoder

5- le ribosome assemble les mots comparables à des maillons (acides aminés), de manière à former les phrases comparables à une chaîne (protéines)

6- la protéine chaînée doit se replier de façon précise pour remplir sa fonction

une protéine standard est longue de plus de 300 maillons!

Comment l'ADN "orthographie"-t-il chaque protéine?

L'ADN n'emploie que quatre "lettres" : A, C, T, G

L'écriture de l'ADN est transcrite sous une forme ARN : l'ARN emploie le U (pour uracile) à la place du T

Chaque séquence de trois lettres correspond à un mot (un acide aminé) différent.

ci-contre, trois mots ou acides aminés différents (un acide aminé de valine, de tyrosine et de lysine)

Ainsi chacun des 20 acides aminés courants est orthographié, et ces mots sont assemblés pour former une chaîne ou phrase : la protéine

Une plongée à l’intérieur du corps humain jusqu’à l’échelle microscopique de la cellule permet de constater que nous sommes composés principalement de protéines.
On peut dire que les protéines sont les artisans de la vie ; sans elles, il n’y aurait pas de vie. Mais les protéines elles-mêmes n’existeraient pas sans l’ADN. Qu’est-ce que l’ADN ? À quoi ressemble-t-il ? Quel rapport a-t-il avec les protéines ? . Nous venons d'en parler un peu, mais puisqu'il ne pourrait y avoir de vie sur la terre sans le travail d’équipe qu’effectuent les protéines et les acides nucléiques (ADN ou ARN) à l’intérieur des cellules vivantes, intéressons-nous brièvement à quelques aspects de cette fascinante collaboration moléculaire.

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