L'ARN est un composant essentiel des mécanismes génétiques moléculaires de la cellule. La teneur en acides ribonucléiques représente quelques pour cent de son poids sec, et environ 3 à 5 % de cette quantité tombe sur l'ARN messager (ARNm), qui est directement impliqué dans la synthèse des protéines, contribuant à la mise en œuvre du génome.
La molécule d'ARNm code la séquence d'acides aminés de la protéine lue à partir du gène. Par conséquent, l'acide ribonucléique matriciel est autrement appelé informationnel (ARNm).
Caractéristiques générales
Comme tous les acides ribonucléiques, l'ARN messager est une chaîne de ribonucléotides (adénine, guanine, cytosine et uracile) reliés entre eux par des liaisons phosphodiester. Le plus souvent, l'ARNm n'a qu'une structure primaire, mais dans certains cas, il a une structure secondaire.
Il existe des dizaines de milliers d'espèces d'ARNm dans une cellule, chacune étant représentée par 10 à 15 molécules correspondant à un site spécifique de l'ADN. L'ARNm contient des informations sur la structure d'un ou plusieursbactéries) protéines. La séquence d'acides aminés est présentée sous forme de triplets de la région codante de la molécule d'ARNm.
Rôle biologique
La fonction principale de l'ARN messager est de mettre en œuvre l'information génétique en la transférant de l'ADN au site de synthèse des protéines. Dans ce cas, l'ARNm effectue deux tâches:
- réécrit les informations sur la structure primaire de la protéine du génome, qui est réalisée dans le processus de transcription;
- interagit avec l'appareil de synthèse des protéines (ribosomes) en tant que matrice sémantique qui détermine la séquence d'acides aminés.
En fait, la transcription est la synthèse de l'ARN, dans laquelle l'ADN agit comme un modèle. Cependant, ce n'est que dans le cas de l'ARN messager que ce processus a la valeur de réécrire des informations sur la protéine à partir du gène.
C'est l'ARNm qui est le principal médiateur par lequel s'effectue le passage du génotype au phénotype (ADN-ARN-protéine).
La durée de vie de l'ARNm dans une cellule
L'ARN messager vit dans la cellule pendant très peu de temps. La période d'existence d'une molécule est caractérisée par deux paramètres:
- La demi-vie fonctionnelle est déterminée par la capacité de l'ARNm à servir de matrice et est mesurée par la réduction de la quantité de protéines synthétisées par molécule. Chez les procaryotes, ce chiffre est d'environ 2 minutes. Pendant cette période, la quantité de protéines synthétisées est réduite de moitié.
- La demi-vie chimique est déterminée par la réduction des molécules d'ARN messager capables de s'hybrider(composé complémentaire) avec l'ADN, qui caractérise l'intégrité de la structure primaire.
La demi-vie chimique est généralement plus longue que la demi-vie fonctionnelle, car une légère dégradation initiale de la molécule (par exemple, une seule rupture de la chaîne ribonucléotidique) n'empêche pas encore l'hybridation avec l'ADN, mais empêche déjà la protéine synthèse.
La demi-vie est un concept statistique, de sorte que l'existence d'une molécule d'ARN particulière peut être significativement supérieure ou inférieure à cette valeur. En conséquence, certains ARNm ont le temps d'être traduits plusieurs fois, tandis que d'autres sont dégradés avant que la synthèse d'une molécule de protéine ne soit terminée.
En termes de dégradation, les ARNm eucaryotes sont beaucoup plus stables que les procaryotes (la demi-vie est d'environ 6 heures). Pour cette raison, ils sont beaucoup plus faciles à isoler de la cellule intacte.
structure de l'ARNm
La séquence nucléotidique de l'ARN messager comprend des régions traduites, dans lesquelles la structure primaire de la protéine est codée, et des régions non informatives, dont la composition diffère chez les procaryotes et les eucaryotes.
La région codante commence par un codon d'initiation (AUG) et se termine par l'un des codons de terminaison (UAG, UGA, UAA). Selon le type de cellule (nucléaire ou procaryote), l'ARN messager peut contenir une ou plusieurs régions de traduction. Dans le premier cas, il est appelé monocistronique et dans le second - polycistronique. Ce dernier n'est caractéristique que pour les bactéries et les archées.
Caractéristiques de la structure et du fonctionnement de l'ARNm chez les procaryotes
Processus de transcription chez les procaryoteset les traductions ont lieu simultanément, de sorte que l'ARN messager n'a qu'une structure primaire. Tout comme chez les eucaryotes, il est représenté par une séquence linéaire de ribonucléotides, qui contient des régions informationnelles et non codantes.
La plupart des ARNm des bactéries et des archées sont polycistroniques (contiennent plusieurs régions codantes), ce qui est dû à la particularité de l'organisation du génome procaryote, qui a une structure d'opéron. Cela signifie que les informations sur plusieurs protéines sont codées dans un seul transcripton d'ADN, qui est ensuite transféré à l'ARN. Une petite partie de l'ARN messager est monocistronique.
Les régions non traduites de l'ARNm bactérien sont représentées par:
- séquence de tête (située à l'extrémité 5');
- séquence de fin (ou de fin) (située à la fin 3);
- régions intercistroniques non traduites (espaceurs) - situées entre les régions codantes de l'ARN polycistronique.
La longueur des séquences intercistroniques peut aller de 1-2 à 30 nucléotides.
ARNm eucaryote
L'ARNm eucaryote est toujours monocistronique et contient un ensemble plus complexe de régions non codantes qui incluent:
- cap;
- 5`-zone non traduite (5`NTR);
- 3`-zone non traduite (3`NTR);
- queue de polyadényle.
La structure généralisée de l'ARN messager chez les eucaryotes peut être représentée commeschémas avec la séquence d'éléments suivante: cap, 5`-UTR, AUG, région traduite, codon d'arrêt, 3`UTR, poly-A-tail.
Chez les eucaryotes, les processus de transcription et de traduction sont séparés à la fois dans le temps et dans l'espace. L'ARN messager acquiert une coiffe et une queue de polyadényle pendant la maturation, appelée traitement, puis est transporté du noyau au cytoplasme, où les ribosomes sont concentrés. Le traitement élimine également les introns qui sont transférés à l'ARN à partir du génome eucaryote.
Où les acides ribonucléiques sont synthétisés
Tous les types d'ARN sont synthétisés par des enzymes spéciales (ARN polymérases) basées sur l'ADN. En conséquence, la localisation de ce processus dans les cellules procaryotes et eucaryotes est différente.
Chez les eucaryotes, la transcription s'effectue à l'intérieur du noyau, dans lequel l'ADN est concentré sous forme de chromatine. Dans le même temps, le pré-ARNm est synthétisé en premier, qui subit un certain nombre de modifications et seulement après cela est transporté vers le cytoplasme.
Chez les procaryotes, l'endroit où les acides ribonucléiques sont synthétisés est la région du cytoplasme bordant le nucléoïde. Les enzymes synthétisant l'ARN interagissent avec les boucles déspiralisées de la chromatine bactérienne.
Mécanisme de transcription
La synthèse de l'ARN messager repose sur le principe de complémentarité des acides nucléiques et est réalisée par des ARN polymérases qui catalysent la fermeture de la liaison phosphodiester entre les ribonucléosides triphosphates.
Chez les procaryotes, l'ARNm est synthétisé par la même enzyme que les autres espècesribonucléotides, et chez les eucaryotes par l'ARN polymérase II.
La transcription comprend 3 étapes: initiation, élongation et terminaison. Au premier stade, la polymérase se fixe sur le promoteur, un site spécialisé qui précède la séquence codante. Au stade de l'élongation, l'enzyme construit la chaîne d'ARN en ajoutant des nucléotides à la chaîne qui interagissent de manière complémentaire avec la chaîne d'ADN matrice.
