La synthèse des protéines est le processus cellulaire de création de protéines. Leurs formules et les instructions pour les fabriquer sont codées dans l’ADN. Il est utile de se référer au processus en deux parties. La transcription de la synthèse des protéines copie le code ADN. La traduction de la synthèse des protéines fait correspondre le code aux composés chimiques de la cellule, dont la combinaison devient une protéine.
L’acide désoxyribonucléique (ADN), le schéma directeur d’un organisme individuel, est structuré comme une double hélice. Une bonne analogie est une longue bande de fermeture éclair torsadée. Il y a deux brins constitués de sucres à 5 carbones et de phosphates. Les pontage sont des nucléotides appariés imbriqués, comme les dents opposées d’une fermeture éclair fermée. L’adénine (A) s’apparie avec la thymine (T), la cytosine (C) s’apparie avec la guanine (G) et vice versa.
La transcription de la synthèse des protéines commence dans le noyau d’une cellule, où l’ADN est «décompressé» par une enzyme appelée hélicase, ce qui donne deux brins séparés. Une enzyme critique appelée ARN polymérase (RNAP) se fixe ensuite à l’un des brins pour lancer un processus appelé élongation. Il identifie le premier nucléotide sur le brin matrice d’ADN et, ce faisant, attire un nucléotide libre qui doit être apparié avec lui. RNAP passe ensuite au nucléotide suivant sur le brin d’ADN, et passe au suivant, et au suivant, jusqu’à ce qu’une chaîne d’acide ribonucléique (ARN) soit assemblée.
L’ARN est un simple brin de nucléotides non appariés capable de conserver son intégrité structurelle grâce à l’ajout de molécules d’oxygène. La chaîne d’ARN qui a été construite par son agent polymérase, certaines avec plus de 2 millions de nucléotides, est appelée ARN messager (ARNm). En théorie, l’ARNm est censé être un duplicata exact du simple brin d’ADN inutilisé laissé derrière lui. En pratique, ce n’est pas exact, et des erreurs de transcription de synthèse protéique peuvent également se produire.
L’ARNm est donc une très longue chaîne de seulement quatre nucléotides différents. Sa séquence est appelée transcrit. Un exemple pourrait être AAGCAUUGAC – quatre lettres, peut-être 2 millions d’entre elles, dans un ordre apparemment aléatoire. Il est quelque peu utile d’analoguer la vie du carbone comme étant un bio-ordinateur 4 bits à très grande échelle. Il est à noter en particulier que, dans l’ARN, la thymine est remplacée par un nucléotide similaire appelé uracile (U).
Comme son nom l’indique, l’ARN messager échappe à son confinement dans le noyau d’une cellule à travers les pores le long de la membrane nucléaire. Une fois dans le cytoplasme de la cellule, son destin est de livrer la transcription de la synthèse des protéines, copiée à partir de l’ADN, vers des structures appelées ribosomes. Les ribosomes sont les usines à protéines de la cellule et, là, se produit la deuxième étape de la synthèse des protéines.
La séquence codée de nucléotides doit être traduite. Un ribosome se fixe sur l’ARNm et, dans le processus de lecture de ses séquences, attire des fragments d’ARN appelés ARN de transfert (ARNt), qui auront trouvé et lié à un acide aminé libre spécifique à sa courte séquence de nucléotides. S’il y a une correspondance, l’ARNt et sa cargaison se lient au ribosome. Au fur et à mesure que le ribosome lit la séquence suivante, et la suivante, dans un processus également appelé élongation, une longue chaîne polypeptidique d’acides aminés en résulte.
Les protéines qui différencient les tissus organiques dans leur forme et leur fonction sont les soi-disant « éléments constitutifs de la vie ». Ils sont, à leur tour, construits comme une chaîne de divers acides aminés – la traduction du code ADN tel que transcrit par l’ARN pour la tâche métabolique la plus importante de sa cellule hôte. Il reste cependant une dernière étape pour achever la synthèse des protéines qui frustre la compréhension scientifique. Dans un processus appelé repliement des protéines, la longue chaîne d’acides aminés se plie, s’enroule, se noue et se compacte autrement dans sa structure unique. Alors que les superordinateurs ont réussi à plier les formules de protéines dans leurs formes tridimensionnelles correctes, la plupart des puzzles de protéines ont été résolus intuitivement par des personnes ayant un sens aigu des dimensions spatiales variables.