D'où vient l'ARN d'une cellule ? Comment est-il fabriqué ? Tout l'ARN que tu peux trouver dans une cellule est fabriqué par un processus appelé transcription de l'ADN. Dans ce résumé de cours, nous allons discuter de la définition, du processus de transcription de l'ADN en ARN messager et des exemples de la transcription chez les procaryotes et eucaryotes. Nous distinguerons également la transcription d'un autre processus d'expression génétique connu sous le nom de traduction.
Qu'est-ce-que la transcription en biologie ?
En biologie, la transcription est la première étape du processus d'expression des gènes et de synthèse des protéines. La transcription désigne le processus biologique au cours duquel une copie de la séquence d'ADN d'un gène est produite et écrite en ARN.
Pendant la transcription, généralement un seul brin d'ADN (appelé brin matrice) est copié. La copie qui en résulte, appelée ARN messager (ARNm), est également à un seul brin. L'ARNm contient les informations protéiques du gène qui a été codé dans l'ADN et sera utilisé comme modèle dans l'étape suivante de la synthèse des protéines : la traduction. En d'autres termes, l'ARNm porte le code que la cellule lira ensuite pour produire de nouvelles molécules de protéines.
Schéma de la transcription de l'ADN
Fig. 1 - Ce schéma montre la relation entre la transcription et la traduction
La transcription de l'ADN en ARN messager
Le processus de transcription se déroule en trois étapes : initiation, élongation et terminaison. Nous allons aborder chacune de ces étapes dans la section suivante.
Initiation
L'initiation commence par la liaison de l'enzyme ARN polymérase à une séquence spécifique sur le double brin d'ADN, appelée promoteur, qui signifie le début du gène. Cette étape forme le complexe fermé ARN polymérase - promoteur.
L'ADN se déroule ensuite au niveau de la région du promoteur, créant ce que l'on appelle un complexe ouvert. La partie du double brin d'ADN qui s'est déroulée forme alors une bulle de transcription.
L'ARN polymérase se lie à une région appelée site d'initiation de la transcription dans la bulle de transcription. L'ARN polymérase est alors prête à « lire » les bases dans la séquence du brin d'ADN déroulé et à produire de l'ARN avec une séquence de bases complémentaire.
N'oublie pas que les molécules d'ARN ont de l'uracile (U) à la place de la thymine (T), donc lorsque l'ARN polymérase rencontre une adénine (A) dans la séquence d'ADN, elle insère un U dans le brin d'ARN.
Élongation
L'ARN polymérase « lit » les bases en se déplaçant le long du brin d'ADN de 3′ → 5'. En se déplaçant le long du brin, elle « copie » le brin en ajoutant des paires de bases complémentaires de 5′ → 3′.
Rappelle-toi que les bases nucléotidiques de l'ADN s'apparient comme suit :
Par exemple, une guanine (G) dans l'ADN indique l'ajout d'une cytosine (C) dans l'ARN. De même, une thymine (T) dans l'ADN sera copiée en une adénine (A) dans l'ARN.
Il est important de noter que pendant le processus d'élongation, une adénine (A) serait copiée en uracile (U) à la place de la thymine (T) dans l'ARN. Par exemple, une séquence d'ADN CGATGG serait copiée en GCUACC dans l'ARN.
De plus, l'ARN polymérase forme le squelette sucre-phosphate de l'ARN résultant. Cependant, contrairement à l'ADN, dans lequel le sucre est du désoxyribose, l'ARN aura du ribose comme composant sucre.
Terminaison
Lorsque l'ARN polymérase croise une séquence de terminaison dans le gène, elle signale la fin de la transcription (une étape appelée terminaison). Pendant la terminaison, les liaisons hydrogènes qui unissent les hélices d'ARN et d'ADN pendant la transcription se rompent. Cela libère la molécule d'ARN nouvellement formée.
Alors que dans les cellules procaryotes, le processus de transcription se termine ici, dans les cellules eucaryotes, la transcription subit des étapes supplémentaires : la coiffe, la polyadénylation et l'épissage. Nous en parlerons dans la section sur la transcription eucaryote.
La transcription chez les procaryotes par rapport aux eucaryotes
Bien que le processus de base soit le même, il existe quelques différences essentielles dans la façon dont la transcription a lieu dans les cellules procaryotes et eucaryotes. Nous allons aborder certaines de ces différences dans la section suivante.
Procaryotes
Les procaryotes sont des organismes qui ne possèdent pas de noyau lié à une membrane.
Dans les cellules procaryotes, la transcription a lieu dans le cytoplasme (la substance semi-fluide qui remplit la cellule). Les procaryotes ne possèdent qu'un seul type de polymérase. Une autre caractéristique distinctive de la transcription dans les cellules procaryotes est la présence d'opérateurs, de répresseurs et de protéines activatrices.
Au début de nombreux gènes dans les cellules procaryotes se trouvent des séquences appelées opérateurs. Ces opérateurs demandent à des protéines appelées répresseurs de se lier à l'ADN en amont du site de début de transcription et d'empêcher l'ARN polymérase d'accéder à l'ADN. En bloquant physiquement l'ARN polymérase, la transcription du gène est empêchée.
Les répresseurs peuvent être libérés de cette fonction lorsque d'autres molécules (comme les protéines activatrices) de la cellule envoient des signaux indiquant la nécessité de l'expression du gène.
Eucaryotes
Les eucaryotes sont des organismes qui possèdent un noyau lié à une membrane et d'autres organites liés à une membrane.
Dans les cellules eucaryotes, la transcription a lieu dans le noyau. Une autre caractéristique distinctive du processus de transcription chez les eucaryotes est que l'ARN polymérase des eucaryotes est plus complexe que celle des procaryotes. Trois ARN polymérases (polymérase I, II et III) sont impliquées dans le processus.
Dans les cellules eucaryotes, il y a aussi des étapes supplémentaires que les ARNm nouvellement transcrits doivent subir avant de pouvoir passer du noyau au cytoplasme, puis d'être traduits en une protéine. Ces étapes supplémentaires donnent à l'ARNm eucaryote une demi-vie plus longue que l'ARNm procaryote.
La demi-vie est la période de temps requise pour que la quantité d’une substance donnée se réduise à la moitié. Un ARNm eucaryote peut durer plusieurs heures, alors qu'un ARNm d'E. coli ne dure généralement que jusqu'à cinq secondes.
Le produit initial de la transcription appelé pré-ARNm doit subir trois étapes supplémentaires : l'ajout d'une coiffe à l'extrémité 5' de la molécule (c'est pour ça qu'on l'appelle aussi 5'-cap), l'ajout d'une queue poly-A à l'extrémité 3' de la molécule et l'épissage du pré-ARNm.
Coiffe
L'extrémité 5' de la transcription du pré-ARNm sera recouverte de protéines qui la stabiliseront, l'empêchant de se décomposer pendant qu'elle est traitée et transportée hors du noyau. Cette étape se produit quand le pré-ARNm est synthétisé pendant l'élongation.
Polyadénylation
Après l'élongation, une queue poly-A (une chaîne d'environ 200 résidus d'adénine) s'attachera au pré-ARNm. La queue poly-A fournira une protection supplémentaire et signalera que le pré-ARNm doit être transporté dans le cytoplasme.
L'épissage du pré-ARNm
Les gènes eucaryotes contiennent des séquences codant pour des protéines (appelées exons) et des séquences intermédiaires (appelées introns). Les introns ne codent pas pour des protéines fonctionnelles ; il est donc important qu'ils soient retirés du pré-ARNm avant la synthèse des protéines, car cela permet de s'assurer que les exons sont joints correctement pour le codage des acides aminés. Le processus qui consiste à retirer les introns du pré-ARNm puis à joindre les exons s'appelle l'épissage.
S'il y avait une erreur dans ce processus, les exons seraient mal alignés et la protéine deviendrait non fonctionnelle. On pense que de telles erreurs sont à l'origine du cancer et d'autres maladies.
Facteurs de transcription
Les cellules eucaryotes possèdent également des protéines accessoires appelées facteurs de transcription. Les facteurs de transcription sont des molécules qui régulent l'activité d'un gène en indiquant quand la transcription est nécessaire. Alors que l'ARN polymérase initie le processus de transcription, les facteurs de transcription déterminent l'efficacité de l'ARN polymérase.
Il existe de nombreux types de facteurs de transcription, mais ils ont tendance à travailler ensemble dans des complexes protéiques pour remplir leurs fonctions. Ces fonctions sont les suivantes :
en se liant aux régions promotrices, ils peuvent activer ou réprimer la transcription des gènes ;
ils peuvent déterminer ce qui arrive aux cellules individuelles. Par exemple, les gènes homéotiques régulent le développement du corps. Les protéines homéotiques peuvent activer ou réprimer les gènes pour que les différentes parties du corps se développent dans le bon ordre ;
ils peuvent répondre aux signaux d'autres cellules et à d'autres stimuli environnementaux ;
ils peuvent contrôler les gènes qui les transcrivent.
Différence entre la transcription et la traduction
La transcription et la traduction sont des étapes différentes de l'expression des gènes et de la synthèse des protéines. Plus précisément, la transcription précède la traduction. Alors que la transcription est le processus qui consiste à copier une séquence d'ADN en ARNm, la traduction est le processus qui consiste à « lire » les informations contenues dans l'ARNm et à les convertir en une séquence d'acides aminés. Le sous-produit de la transcription est l'ARN, tandis que le sous-produit de la traduction est la protéine.
Transcription ADN - Points clés
- La transcription désigne le processus biologique au cours duquel une copie de la séquence d'ADN d'un gène est produite et écrite en ARN.
- Le processus de transcription se déroule en trois étapes : initiation, élongation et terminaison.
- Les caractéristiques distinctives de la transcription dans les cellules procaryotes sont la présence d'opérateurs, de répresseurs et de protéines activatrices. La transcription a lieu dans le cytoplasme dans les cellules procaryotes.
- Dans les cellules eucaryotes, la transcription a lieu dans le noyau.
- Le pré-ARNm eucaryote subit également trois étapes supplémentaires : la coiffe, la polyadénylation et l'épissage.
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