Transcription et traduction : cours de Première SVT

Dans les chapitres précédents, tu as suivi le destin de l'ADN : il est copié avant une division cellulaire (réplication), il peut être modifié (mutations) et il peut être réparé. Toutes ces notions répondent à une même question : comment l'information génétique se conserve-t-elle et se transmet-elle d'une cellule à une autre, d'une génération à la suivante ?

Ici, la question change complètement. Une cellule ne se contente pas de garder précieusement son ADN comme on garde un livre dans une bibliothèque fermée. Elle l'utilise pour fonctionner, pour fabriquer ce dont elle a besoin, pour réagir à son environnement. Le programme de SVT de Première range ce thème sous l'intitulé « l'information génétique, sa transmission, son expression, sa variation », et suggère de le travailler à partir d'une animation qui montre l'activité à l'intérieur de la cellule.¹ Le mot qui nous intéresse est donc expression.

Exprimer un gène, c'est faire passer l'information inscrite dans l'ADN vers quelque chose de concret dans la cellule. Pour t'en faire une image, pense à une recette de cuisine rangée dans un grand classeur. Le classeur ne sert à rien tant que personne ne l'ouvre. Pour cuisiner, on recopie la page utile, puis on suit la recette pour préparer le plat. Dans la cellule, la page recopiée est un ARN, et le plat préparé est une protéine.

Cette image a des limites, comme toutes les analogies, mais elle fixe trois idées utiles pour la suite.

• Le classeur (l'ADN) n'est pas déplacé ni abîmé quand on s'en sert : on en tire une copie.
• La copie est faite seulement pour la page dont on a besoin, pas pour tout le classeur.
• Le plat final n'est pas la recette : c'est un autre objet, fabriqué en suivant la recette.

Dans ce cours, nous suivrons donc le trajet complet : la transcription, puis la traduction, avec les molécules et les acteurs de chacune.

Avant d'entrer dans le détail, regardons la chaîne en entier. Chaque étape se décrit avec trois repères : un point de départ, un point d'arrivée et un acteur principal. Si tu sais remplir ces repères pour chacune, tu as compris l'essentiel du chapitre.

• Première étape : on part d'un segment d'ADN et on obtient de l'ARN. L'acteur est une enzyme, l'ARN polymérase.²
• Seconde étape : on part de l'ARNm et on obtient des protéines. L'acteur est le ribosome.²

Remarque sur les mots eux-mêmes. En français courant, « transcrire » veut dire recopier un texte dans la même langue, par exemple recopier au propre un brouillon. « Traduire » veut dire passer d'une langue à une autre. Les biologistes ont choisi ces deux verbes pour de bonnes raisons : lors de la première étape, on reste dans le monde des acides nucléiques (de l'ADN vers l'ARN), comme on reste dans la même langue. Lors de la seconde, on change de monde : on passe de l'ARNm aux protéines.²

Ce petit détour par le vocabulaire est un bon truc de mémoire. Quand tu hésites entre les deux termes, demande-toi : est-ce qu'on reste dans la même famille de molécules (transcription) ou est-ce qu'on en change (traduction) ?

Cette définition contient plusieurs idées que nous allons séparer, car les sujets d'examen jouent souvent sur l'une d'elles.

1. Une portion déterminée seulement est recopiée, pas toute la molécule d'ADN. La cellule ne produit que la copie dont elle a besoin à un moment donné, c'est-à-dire celle du gène concerné.²
2. La copie est écrite en ARN et non en ADN : le produit est une molécule différente de celle de départ.² L'ARN est formé d'un seul brin, et il porte l'uracile (U) là où l'ADN porte la thymine (T). L'ARN polymérase assemble les nucléotides d'ARN de façon complémentaire à l'un des deux brins de l'ADN, le brin transcrit (A face à T, U face à A, G face à C, C face à G).
3. Le travail est réalisé par une enzyme, l'ARN polymérase. Sans cet acteur, la copie ne se fait pas.²
4. C'est la première étape de l'expression : elle précède la fabrication de la protéine.²

Pourquoi insister sur le caractère partiel de la copie ? Parce qu'il y a là une idée de fond. Une cellule contient un ADN porteur de très nombreux gènes, mais elle n'a pas besoin de tous les produits en même temps. Copier seulement le segment utile permet d'adapter ce que la cellule fabrique à ce qu'elle fait. Cette idée sera développée dans le chapitre suivant sur la régulation.

Un second point mérite ton attention : l'ADN d'origine n'est pas détruit par la transcription. Le mot « copié » de la définition l'indique : on obtient une molécule nouvelle, l'original reste en place et peut servir à nouveau. C'est ce qui permet à une même cellule de recommencer plusieurs fois la même copie.

Le verbe « traduire » est bien choisi. L'ARNm est écrit avec les éléments des acides nucléiques. La protéine, elle, est construite avec d'autres éléments. Le ribosome réalise donc le passage de l'un à l'autre : il lit l'ARNm et fabrique la protéine correspondante.²

Retiens bien le point de départ de cette étape : c'est l'ARNm, pas l'ADN. Le ribosome ne lit pas directement le gène. Il travaille sur la copie produite par la transcription, ce qui montre que les deux étapes sont enchaînées : sans transcription préalable, le ribosome n'aurait rien à lire.

Le tableau ci-dessous compare les deux étapes selon les trois repères vus plus haut.

Comment le ribosome lit-il l'ARNm ? Il le lit par groupes de trois nucléotides appelés codons. Chaque codon correspond à un acide aminé ou à un signal d'arrêt : c'est le code génétique. Il compte 64 codons. AUG marque le début de la lecture, et trois codons stop (UAA, UAG, UGA) en marquent la fin. Ce code est redondant (plusieurs codons peuvent coder le même acide aminé) et presque universel chez les êtres vivants. Chez les eucaryotes, la transcription a lieu dans le noyau et la traduction dans le cytoplasme. Dans le noyau, la transcription donne d'abord un ARN pré-messager. Celui-ci subit une maturation, l'épissage : certaines portions (les introns) sont retirées et les autres (les exons) sont raccordées pour former l'ARNm. Un même ARN pré-messager peut subir des épissages différents et donner ainsi plusieurs protéines. Retiens aussi la conséquence logique du schéma : la protéine est fabriquée à partir de l'ARNm et non de l'ADN, donc l'ARNm est un passage obligé entre le gène et le produit.²

Tu as étudié les mutations dans un chapitre précédent. Le moment est venu de faire le lien avec l'expression. Puisque la transcription copie un segment d'ADN, une modification de ce segment se retrouve dans l'ARN copié. Puisque la traduction fabrique la protéine à partir de cet ARN, la protéine fabriquée peut à son tour être modifiée.

Le raisonnement se lit comme une chaîne de conséquences : ADN modifié, donc ARNm modifié, donc protéine potentiellement modifiée. Le mot « potentiellement » est volontaire : nous ne cherchons pas ici à décrire tous les cas, seulement à comprendre pourquoi une mutation peut avoir des conséquences pour la cellule.

Deux exemples du vocabulaire de la génétique montrent l'enjeu. Les oncogènes sont des gènes qui, lorsqu'ils sont exprimés, rendent l'apparition de cancers plus probable.² Le point intéressant est la formulation : ce n'est pas la simple présence du gène qui pose problème, c'est son expression. Un gène inscrit dans l'ADN ne produit d'effet que s'il est exprimé, c'est-à-dire transcrit puis traduit.

De même, un OGM (organisme génétiquement modifié) est un être vivant dont l'ADN a été transformé à la suite d'une action de l'être humain.² Là encore, l'effet attendu d'une telle transformation passe par l'expression du gène concerné : ce que l'on change dans l'ADN ne se manifeste que par ce que la cellule en fait.

Les documents d'évaluation proposent souvent un schéma de la cellule ou une animation. Le programme recommande d'ailleurs ce type de support pour aborder le thème.¹ La difficulté n'est pas de comprendre l'idée, mais de la rédiger proprement à partir de ce qu'on voit. Voici une démarche qui fonctionne pour tout document de ce type.

Savoir le cours ne suffit pas : il faut aussi le mettre en forme dans une réponse construite. Une bonne réponse sur ce chapitre suit presque toujours la même trame, quelle que soit la question posée.

Elle commence par identifier : de quelle étape parle-t-on, et quelles sont les molécules en jeu ? Elle explique ensuite en donnant l'acteur et le sens du passage (de quoi vers quoi). Elle relie enfin à la situation du document ou de l'énoncé, en citant une observation précise.

Une fois que tu sais comment une protéine est fabriquée à partir d'un gène, une nouvelle question se pose : toutes les cellules d'un organisme fabriquent-elles les mêmes protéines, au même moment ? Cette question mène à la notion de phénotype et à la régulation de l'expression des gènes. L'idée de copie partielle rencontrée dans la transcription en est le point de départ.

Ce chapitre rejoint aussi ce que tu sais des cellules reproductrices. Un gamète est une cellule reproductrice, le plus souvent haploïde, dont le rôle est la fécondation.² Les gamètes transportent un patrimoine génétique, et ce patrimoine ne produit ses effets chez l'individu qui en naît que par l'expression de ses gènes.