La transcription : de l'ADN à l'ARN messager

Dans le noyau, l'ARN polymérase recopie un gène de l'ADN en une molécule d'ARN messager, par complémentarité des bases, et cet ARNm sort ensuite dans le cytoplasme où se fabriquent les protéines.

Objectifs

Expliquer pourquoi un intermédiaire est nécessaire entre l'ADN du noyau et la synthèse des protéines dans le cytoplasme.
Comparer la structure de l'ADN et celle de l'ARN.
Décrire les étapes de la transcription et le rôle de l'ARN polymérase.
Écrire la séquence d'un ARNm à partir de la séquence d'un brin d'ADN.

1. Pourquoi un messager ?

Les protéines sont fabriquées dans le cytoplasme, au niveau des ribosomes. Or l'ADN, qui porte l'information génétique, ne sort jamais du noyau. Il faut donc un intermédiaire qui transporte l'information : c'est l'ARN messager (ARNm).

Une expérience classique le montre. On fournit pendant un court moment à des cellules de l'uracile radioactif, une base que l'on trouve dans l'ARN mais pas dans l'ADN. On repère ensuite la radioactivité par autoradiographie :

juste après le marquage, la radioactivité se trouve surtout dans le noyau : l'ARN y est fabriqué ;
un peu plus tard, elle se retrouve surtout dans le cytoplasme : l'ARN a migré hors du noyau.

flowchart LR
A[ADN dans le noyau] -->|transcription| B[ARNm]
B -->|sortie par les pores nucléaires| C[ARNm dans le cytoplasme]
C -->|traduction sur les ribosomes| D[Protéine]

Dans l'expérience à l'uracile radioactif, pourquoi utilise-t-on l'uracile et pas la thymine ?

Parce que l'uracile est plus facile à rendre radioactif
Parce que l'uracile n'existe que dans l'ARN : on suit donc uniquement l'ARN
Parce que l'uracile n'existe que dans l'ADN
Parce que l'uracile se trouve dans les protéines

L'uracile est propre à l'ARN (l'ADN contient de la thymine à sa place). La radioactivité observée signale donc la présence d'ARN, et non d'ADN.

2. L'ARN, un cousin de l'ADN

Comme l'ADN, l'ARN est une chaîne de nucléotides. Chaque nucléotide contient un sucre, un groupement phosphate et une base azotée. Mais il y a des différences :

Comparaison de l'ADN et de l'ARN messager
Caractère	ADN	ARNm
Nombre de brins	Deux brins (double hélice)	Un seul brin
Sucre	Désoxyribose	Ribose
Bases	A, T, C, G	A, U, C, G (uracile à la place de la thymine)
Localisation	Noyau	Fabriqué dans le noyau, puis passe dans le cytoplasme
Durée de vie	Stable	Courte (dégradé après usage)

Quelle base trouve-t-on dans l'ARN mais pas dans l'ADN ?

L'adénine (A)
La thymine (T)
La guanine (G)
L'uracile (U)

L'ARN contient de l'uracile (U) à la place de la thymine (T). A, C et G sont communes aux deux molécules.

3. Les étapes de la transcription

La transcription est la synthèse d'une molécule d'ARN à partir d'un gène, dans le noyau. Elle est réalisée par une enzyme, l'ARN polymérase. Un seul des deux brins d'ADN sert de modèle : le brin transcrit (ou brin matrice). L'autre est le brin non transcrit.

Initiation : l'ARN polymérase se fixe au début du gène et sépare localement les deux brins d'ADN.

Élongation : elle avance le long du brin transcrit et assemble des nucléotides d'ARN complémentaires ; l'ADN se referme derrière elle.

Terminaison : à la fin du gène, l'ARN polymérase se détache ; l'ARNm libéré quitte le noyau par les pores nucléaires.

La règle de complémentarité

En face de chaque base du brin transcrit, l'ARN polymérase place le nucléotide d'ARN complémentaire :

Correspondance des bases pendant la transcription
Base du brin transcrit (ADN)	Base placée dans l'ARNm
A (adénine)	U (uracile)
T (thymine)	A (adénine)
C (cytosine)	G (guanine)
G (guanine)	C (cytosine)

L'ARN est fabriqué dans le sens 5' vers 3', en lisant le brin transcrit dans le sens 3' vers 5'. Conséquence pratique : l'ARNm a la même séquence que le brin non transcrit, en remplaçant T par U.

Chez les cellules à noyau (eucaryotes), l'ARN tout juste transcrit subit souvent une maturation avant de sortir : certaines portions (les introns) sont retirées et les autres (les exons) sont raccordées ; c'est l'épissage.

Quelle enzyme réalise la transcription ?

L'ADN polymérase
Le ribosome
L'ARN polymérase
L'amylase

L'ARN polymérase assemble les nucléotides d'ARN en suivant le brin transcrit. L'ADN polymérase sert à la réplication de l'ADN, et le ribosome à la traduction.

Place les noms sur le schéma de la cellule : l'ARNm (en rouge) est fabriqué dans le noyau et rejoint les ribosomes.

4. Exemples résolus

Exemple 1 : transcrire un brin d'ADN

Le brin transcrit d'un fragment de gène a la séquence : 3' TAC GGA TCA ACT 5'. Écris la séquence de l'ARNm.

On applique la complémentarité base par base : T donne A, A donne U, C donne G, G donne C.

TAC donne AUG ; GGA donne CCU ; TCA donne AGU ; ACT donne UGA.

On oriente l'ARNm en sens inverse du brin transcrit : 5' AUG CCU AGU UGA 3'.

Vérification : le brin non transcrit est 5' ATG CCT AGT TGA 3' ; c'est bien la séquence de l'ARNm, avec T à la place de U.

Exemple 2 : partir du brin non transcrit

Ibrahim connaît le brin non transcrit : 5' ATG GCA TTC 3'. Quelle est la séquence de l'ARNm ? Cherche d'abord.

Voir la solution

L'ARNm a la même séquence que le brin non transcrit, en remplaçant T par U : 5' AUG GCA UUC 3'. Le brin transcrit, lui, est 3' TAC CGT AAG 5'.

Le brin transcrit porte la séquence 3' CAT 5'. Quelle est la séquence de l'ARNm ?

5' GUA 3'
5' GTA 3'
5' CAU 3'
5' GUU 3'

C donne G, A donne U, T donne A : l'ARNm est 5' GUA 3'. Il n'y a jamais de T dans l'ARN.

5. Erreurs fréquentes

Récapitulatif

L'ADN reste dans le noyau ; l'ARNm transporte une copie de l'information d'un gène vers le cytoplasme.
L'ARN est simple brin, contient du ribose et l'uracile à la place de la thymine.
L'ARN polymérase ouvre l'ADN, lit le brin transcrit et assemble l'ARN par complémentarité : initiation, élongation, terminaison.
L'ARNm a la même séquence que le brin non transcrit, avec U à la place de T ; il sort du noyau par les pores nucléaires.

Transcription

Synthèse d'un ARN à partir d'un gène, dans le noyau.

ARN polymérase

Enzyme qui ouvre l'ADN et assemble les nucléotides d'ARN.

Brin transcrit

Brin d'ADN qui sert de modèle ; l'ARNm lui est complémentaire.

Complémentarité ADN vers ARN

A donne U, T donne A, C donne G, G donne C.

ARN messager

Copie simple brin d'un gène, qui sort du noyau vers les ribosomes.