CODE GÉNÉTIQUE

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On a coutume de remarquer l'extraordinaire variété du vivant, et d'oublier ce qui est commun à tout ce qui vit. D'abord, l'atome de vie, la cellule. Ensuite, un mécanisme incroyablement simple de transmission de l'hérédité, la réplication, qui passe par la reproduction à l'identique d'une molécule, l'ADN – à un inévitable taux d'erreur près, dû à la nature physique des objets en cause. L'ADN (pour acide désoxyribonucléique) est une immense molécule, constituée de l'enchaînement de quatre motifs chimiques, des nucléotides. Cet enchaînement étant séquentiel, on le représente naturellement comme un texte écrit avec un alphabet de quatre lettres, notées A, T, G et C (du nom des quatre sortes de « bases » qui spécifient les nucléotides). Physiquement, cette molécule est faite de deux brins enroulés l'un autour de l'autre comme un escalier en colimaçon aux marches associant deux nucléotides : c'est la célèbre double hélice. La première loi de l'hérédité est de ce fait une loi de complémentarité entre les nucléotides des brins appariés : en face d'un A on trouve toujours un T, d'un C, un G, d'un T, un A et d'un G, un C. Ainsi un brin de l'hélice caractérise entièrement, et sans faute, le brin complémentaire. C'est ce qui permet la réplication de l'ADN à l'identique au cours des générations : les brins se séparent et sont recopiés l'un et l'autre en respectant la loi de complémentarité.

La séquence de l'ADN a de nombreuses fonctions, dont nous ne retiendrons qu'une seule, celle de définir localement des séquences codant les acteurs de la vie cellulaire, les protéines. Les protéines sont, là encore, des enchaînements de modules de base appelés acides aminés, mais cette fois de vingt types différents. Les protéines effectuent presque toutes les tâches moléculaires que la cellule a à effectuer (construire son architecture, gérer ses aliments, contrôler son comportement...). Certaines régions de l'ADN appelées gènes spécifient donc des protéines, c'est-à-dire que l'enchaînement local des lettres du texte de l'ADN définit, strictement, l'enchaînement des acides aminés de la protéine, et c'est à la règle qui permet la correspondance entre le texte de l'ADN et le texte des protéines qu'on réserve le nom de « code génétique ».

Code génétique

Tableau : Code génétique

L'information génétique de l'ADN est codée par des successions de trois nucléotides ou triplets, appelés codons. Dans l'ADN, les quatre nucléotides utilisent des bases organiques, l'adénine (A), la thymine (T), la cytosine (C) et la guanine (G). Dans l'ARN messager, T est remplacé par... 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Mais comment passe-t-on de l'enchaînement des nucléotides à sa traduction en séquence des acides aminés dans les protéines ? Comment passer sans erreur de quatre à vingt lettres ? On aurait pu penser soit à un mécanisme de codage aussi divers que le vivant, soit à un mécanisme universel. L'astrophysicien auteur de science-fiction George Gamow fut le premier à remarquer une coïncidence incroyable : si l'on prend la double hélice de l'ADN, avec toutes les possibilités imaginables d'enchaînement de ses paires de bases, on trouve exactement vingt cavités. La tentation de la numérologie, si fréquente dans les superstitions humaines, pouvait conduire à voir là la solution. Mais il apparut qu'en réalité il existe un intermédiaire entre l'ADN et les protéines. Un autre acide nucléique, l'ARN est recopié par complémentarité sur les segments de l'ADN qui seront ensuite traduits en protéines : cet ARN est appelé ARN messager (ARNm). Et ce n'est donc pas à la structure en double hélice que s'applique la correspondance entre les bases et les acides aminés mais à des séquences localement présentes sur l'un des brins. On se trouve donc devant une situation paradoxale pour passer de quatre à vingt. Si l'on prend deux bases, on a seulement seize combinaisons, mais si l'on en prend trois, on en trouve 64 (43) ! Gamow, avec Francis Crick, et quelques autres, créa alors un groupe de réflexion, le « RNA tie club », pour explorer la nature du code génétique. De nombreuses hypothèses furent proposées, y compris un code avec recouvrement. Mais c'est une loi (quasi) universelle qui fut découverte, à la fois par la réflexion (avec Sydney Brenner, Leslie Orgel et Francis Crick), et par l'expérience biochimique (avec Marshal Nirenberg et bien d'autres). Selon cette loi, à chaque suite de trois nucléotides (ou codon) de l'ARN transcrit à partir du texte de l'ADN, correspondra un acide aminé. Cette loi introduit une périodicité de trois, qui a une conséquence importante : comme les nucléotides sont lus trois par trois, il est essentiel que le début de la lecture soit bien spécifié, et qu'il n'y ait pas de déphasage dans la lecture, puisque les codons déphasés sont généralement totalement différents des codons pris dans la bonne phase. Un codon indique le début de la protéine à traduire, et trois autres en indiquent la fin. Cette redondance du codage a des conséquences importantes : le gène codant une protéine identique peut différer par sa séquence d'un individu à l'autre. Cela indique que le gène peut à la fois spécifier la protéine, et autre chose (qui serait signalé par la différence de séquence de l'ADN, alors que la séquence de la protéine ne change pas).

Dans l'ARN messager, les codons contiennent de l'uracile U à la place de la thymine T qui caractérise l'ADN. Lorsque plusieurs codons spécifient le même acide aminé, ils sont dits synonymes. La plupart des synonymes ne diffèrent que par la troisième base du triplet, celui-ci étant lu de gauche (côté 5') à droite (côté 3').

L'existence de synonymes correspond à une flexibilité utile pour l'évolution. On dit que le code est dégénéré. Cela relativise l'effet des mutations.

C'est sans doute à Francis Crick qu'on doit d'avoir eu l'idée qu'il fallait donc un « adaptateur », entre l'ARN messager et la protéine, et que, pour accommoder les variations de séquence correspondant à un même acide aminé, cet adaptateur pourrait offrir un certain « jeu » dans son interaction avec le codon. Il s'agit là d'une classe particulière d'ARN, les ARN de transfert qui, d'un côté reconnaissent spécifiquement un codon, et d'un autre côté portent un acide aminé qu'ils transfèrent à la chaîne de la protéine en cours de construction quand le codon correspondant se présente sur la machine qui permet le décodage à savoir le ribosome, microstructure obligatoirement présente dans le cytoplasme cellulaire aussi bien chez les bactéries que chez les cellules possédant un noyau contenant l'ADN.

La correspondance physique entre l'ADN et les protéines peut se représenter de façon abstraite par une suite de « règles de réécriture ». La correspondance entre l'ADN et les protéines introduit à la fois le temps et l'espace dans une représentation de la vie cellulaire (ou de l'organisme, s'il est multicellulaire) qui fait référence à elle-même. C'est cette correspondance qui permet de parler de programme, lorsqu'on considère la fonction de l'ADN qui, au sein de la cellu [...]

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  • : directeur de recherche au C.N.R.S., professeur à l'Institut Pasteur

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Pour citer l’article

Antoine DANCHIN, « CODE GÉNÉTIQUE », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 01 décembre 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/code-genetique/