Code génétique
Le code génétique désigne le système de correspondance qui permet, au cours de la traduction, la transformation en protéines de l'information génétique des gènes. Les ribosomes transforment ainsi, en suivant ce code, l'enchaînement des bases nucléotidiques en une séquence d'acides aminés.
La séquence des bases de l'ADN est fréquemment comparée, par analogie, à la séquence des lettres d'un texte. La séquence prise en elle-même n'a aucun sens, si le lecteur n'en connaît pas le code, c’est-à-dire le langage utilisé.
Les mots du langage génétique, appelés codons, ont tous la même longueur. Ce sont des triplets de nucléotides A, C, T (ou U) ou G. Il existe 43=64 combinaisons possibles de ces quatre lettres en triplets. Trois codons, parmi ces 64 codes possibles, signifient la fin de la traduction (codon stop). Aux 61 autres codons ne correspondent que 20 acides aminés. Le code génétique est donc « dégénéré » car en moyenne, un acide aminé est codé par trois codons (on appelle ces codons « codons synonymes »). Ainsi, en moyenne une mutation génétique sur trois affectant une séquence d'ADN codante n'entraîne aucune modification de la protéine traduite.
Pour produire une protéine, l'ADN est traduit en ARN-messager (ARNm). Celui-ci est interprété par les ribosomes qui assemblent les acides aminés présents sur des ARN-transfert (ARNt). L'ARNt contient un « anti-codon », complémentaire d'un codon, et porte l'acide aminé correspondant au codon. Il y a donc 61 ARNt portant les acides aminés et 3 signifiant la fin du codage. Pendant la traduction, le ribosome lit l'ARNm codon par codon, met en relation un codon de l'ARNm avec l'anti-codon d'un ARNt et ajoute l'acide aminé porté par celui-ci à la protéine en cours de synthèse.
Le code génétique a 3 caractéristiques essentielles:
- il est dégénéré ;
- il est universel ;
- il n'est pas chevauchant.
| Sommaire |
Les codons
| U
| C
| A
| G
| ||||||
| U
| U | ||||||||
| C | |||||||||
| non-sens
| non-sens | A | |||||||
| G | |||||||||
| C
| CUG | histidine
| U | ||||||
| C | |||||||||
| A | |||||||||
| G | |||||||||
| A
| U | ||||||||
| C | |||||||||
| lysine
| A | ||||||||
| G | |||||||||
| G
| U | ||||||||
| C | |||||||||
| acide glumatique
| A | ||||||||
| G | |||||||||
Pour lire ce tableau, il faut savoir que la première colonne indique la première lettre du codon, la première rangée indique la seconde et la dernière colonne indique la dernière lettre du codon. Les colonnes colorées en jaune très claire indiquent la totalité du codon. À côté se trouve chaque fois l'acide aminé correspondant.
Un ARNm et un gène se terminent toujours par un « codon non-sens » aussi appelé « codon-stop », il existe 3 codons-stop (UAG, UAA et UGA). Ceux-ci tiennent le rôle du point en bout de phrase.
L'universalité du code génétique
Principe de base
Ce système de codage entre l'ADN et les acides aminés s'est avéré être utilisé par l'immense majorité des être vivants. De l'homme à la bactérie, ce même code est utilisé. Cette universalité du code est expliquée en terme d'évolution : si le changement d'une base dans l'ADN peut entraîner des changements parfois bénéfiques dans l'être vivant, cela n'est que peu probable dans le cas d'un changement du codage. En effet, cela reviendrait à changer la position des touches d'une machine à écrire d'un dactylographe tapant à l'aveugle : le texte résultant sera fort probablement complètement illisible. Le système de codage est ainsi resté inchangé durant les milliards d'années d'évolution de la vie. On estime généralement qu'il s'est fixé ainsi très tôt dans l'histoire de la vie, probablement avant le dernier ancêtre commun à tous les êtres vivant (baptisé LUCA).
Exceptions
Cette vision des choses est simpliste : si l'immense majorité des organismes vivants aujourd'hui utilisent le code génétique standard, les généticiens ont découverts quelques variantes à ce code. De plus, ces variantes se retrouvent dans les différentes lignées évolutives et consistent en des traductions différentes de quelques codons.
- Le codon CUG, traduit habituellement par la leucine, correspond à la sérine chez de nombreuses espèces de champignons Candida .
- Les variations du codage utilisés par les mitochondries sont encore plus nombreuses. Dans le génome mitochondrial de la levure de boulanger (Saccharomyces cerevisiaie), la thréonine est codée par 4 des 6 codons correspondant classiquement à la leucine.
- De nombreuses espèces d'algues vertes du genre Acetabulairia utilisent les codons-stop UAG et UAA pour coder la glycine.
- Dans les trois règnes du vivant, on trouve parfois un 21e acide aminé, la sélénocystéine, codé par le codon UGA (habituellement un codon-stop).
- Dans les archéobactéries et les eubactéries, un 22e acide aminé, la pyrrolysine est parfois rencontré, codé par UAG (également habituellement un codon-stop).
- Dans les mitochondries humaines, AUA, comme AUG, code la méthionine et non l'isoleucine.
- Dans les mitochondries humaines, AGA et AGG sont des codons-stop et ne codent pas l'arginine.
- Dans les mitochondries humaines, de la levure de boulanger, de spiroplasmes et de Mycoplasma mollicutes, UGA n'est pas un codon-stop mais code le tryptophane.
On pense donc aujourd'hui que la vie comptait à l'origine un nombre plus restreint d'acides aminés. Ces acides aminés ont été modifiés et ont vu leur nombre augmenter (par un phénomène similaire à la formation de la sélénocytéine et à la pyrrolysine qui dérivent de la sérine et de la lysine, respectivement, modifiées alors qu'elles sont sur leur ARN de transfert sur le ribosome.) Ces nouveaux acides aminés ont alors utilisés un sous-ensemble des ARN de transfert et leur codage associé. On remarque peut-être des traces de ce phénomène avec la glutamine, qui dans certaines bactéries, dérive du glutamate encore attaché à son ARN de transfert.