Notions de base
À la base de tout être vivant se trouve la molécule d'ADN : c'est grâce à elle que les cellules se multiplient, que les organismes se développent et que les caractères génétiques des parents se transmettent aux enfants. La molécule d'ADN est formée de deux brins enroulés en forme d'hélice. Sur chacun des deux brins se succèdent des bases qui se lient entre eux ; ces bases sont de quatre types, complémentaires deux à deux : l'adénine (A) ne se lie qu'avec la thymine (T), la cytosine (C) qu'avec la guanine (G). Ainsi, si un fragment de brin contient la séquence CTAAAGG, la séquence complémentaire sur l'autre brin est GATTTCC.
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La molécule d'ADN est formée de deux brins enroulés en forme d'hélice sur lesquels se succèdent quatre types de bases complémentaires, liées deux à deux. L'adénine (A) ne se lie qu'avec la thymine (T), la cytosine (C) qu'avec la guanine (G). |
Un caractère héréditaire, par exemple la couleur des cheveux, est codé par un gène, qui est un segment bien déterminé de l'ADN. L'ensemble des gènes forme le code génétique, il contient dans le cas de l'être humain 20 000 gènes répartis sur 3 milliards de paires de bases.
Le code génétique joue un rôle important dans la synthèse des protéines. Le gène est copié par un messager intermédiaire, l'ARN messager, processus connu sous le nom de transcription. L'ARN migre vers des unités spécifiques appelées ribosomes, où il est traduit en une chaîne d'acides aminés, formant ainsi la protéine correspondante. Par exemple, le gène qui code la couleur des cheveux d'une personne détermine la fabrication de la mélanine, pigment responsable de cette couleur.
Le ribosome lit l'ARN messager par des séquences de trois paires de bases, chaque séquence est traduite dans un acide aminé (dans le monde du vivant il y en a vingt). Ce dernier est attaché à la chaîne d'acides aminés déjà traduits, de la même façon qu'on attache une perle supplémentaire à un collier de perles. C'est la succession des paires de bases du gène qui détermine l'enchaînement des acides aminés, donc la nature des protéines. Une protéine de taille moyenne contient quelque 300 acides aminés, ce qui signifie qu'on peut fabriquer 20300 types de protéines différentes, nombre énorme. Ceci explique pourquoi les protéines, véritables briques élémentaires de l'organisme, ont des fonctions si variées : transport de l'oxygène, contraction musculaire, messager chimique, structure des tissus. Sans compter l'eau, elles représentent 40 % du poids du corps humain.
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Synthèse des protéines : la séquence d'ADN qui correspond à un certain gène est copiée en ARN messager (1). L'ARN messager quitte le noyau et migre dans le cytoplasme où il rencontre un ribosome (2). Le ribosome lit l'ARN messager dans l'ordre de sa séquence et met bout à bout des acides aminés pour former la protéine (3). |
Les organismes vivants sont donc constitués d'un certain nombre de composants clés (cellules, gènes, protéines), qui lui permettent de se développer et reproduire. Comprendre comment ces composants interagissent, c'est l'un des buts de la recherche en biologie des dernières décennies, dont un des principaux sujets reste la relation entre l'ADN, l'ARN et les protéines.
L'approche traditionnelle de la recherche biologique a été d'isoler un petit nombre de composants biologiques afin de comprendre leur structure et leur fonction. Mais cette approche réductionniste trouve des limites car les systèmes biologiques sont multi-échelles et multi-niveaux : la plupart des gènes, protéines et autres composants exercent leurs fonctions au sein d'un réseau complexe d'interactions, avec des boucles de rétroaction positives et négatives. En général, une fonction biologique donnée ou une maladie spécifique n'est pas contrôlée complètement par un seul gène et réciproquement, un gène peut déterminer plusieurs fonctions biologiques.
C'est pour comprendre les systèmes biologiques de plus en plus complexes dans leur globalité qu'une nouvelle discipline, appelée biologie des systèmes, a vu le jour. Celle-ci bénéficie des progrès réalisés dans les techniques d'investigation de la biologie moléculaire mais aussi de la modélisation mathématique et de la simulation par ordinateur.
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