Le monde à ARN

  

Jusqu'au début des années 80 les choses étaient claires : l'ADN est le support de l'information génétique, il est recopié en ARN messager qui est traduit en protéines dans les ribosomes. Les protéines sont des catalyseurs, les ARN et ADN stockent l'information génétique. Les rôles sont bien partagés. Mais cet univers bien rangé va être bouleversé par la découverte de Thomas Cech et Sydney Altman (prix Nobel de chimie en 1989). Les ARN messagers contiennent très souvent une portion qui n'est pas utilisée pour lors de la traduction et qui est éliminée peu de temps après la synthèse de l'ARN. Ce morceau inutilisé est appelé intron. Cech et Altman eurent la surprise de constater que cette élimination ne nécessite aucune enzyme. C'est l'intron lui même qui réalise la catalyse. Pour la première fois on montrait que les ARN avaient une fonction catalytique comme les protéines on les appela ribozymes. Depuis les exemples d'implications des ARN dans le métabolisme se sont multipliés. Voici quelques exemples parmi les plus marquant :

  • Dans le ribosome ce sont les ARN de transfert qui catalysent la formation de la liaison peptidique. Ils sont même capables de s'acquiter de cette tâche en dehors du ribosome et sans ARN messager par exemple lors de la synthèse du peptidoglycane constituant essentiel de la paroi des bactéries.
  • L'une des étapes de la synthèse de la chlorophylle nécessite de l'acide glutamique (acide aminé). Celui-ci doit être fixé sur son ARN de transfert pour que la réaction aie lieu. La réaction suivante est catalysée par le pyridoxal phosphate un co-enzyme très simple intervenant dans de nombreuses réactions.

Alors les ARN auraient précédés les protéines? Pas sûr. Dans le métabolisme actuel les bases azotées sont fabriquées à partir d'acides aminés. Cependant, un acide aminé, l'histidine, est fabriqué à partir d'une base azotée. Cet acide aminé a d'importantes propriétés catalytiques intervenant dans le site actif des protéines. Il les doit à son noyau imidazole. Ce noyau existe dans la base azotée adénine mais il n'a pas d'activité catalitique car il est bloqué par le ribose. Si le ribose est fixé sur le noyau pyrimidique (N6 ribosyl-adénine) la molécule a une importante activité catalytique.

 

Modéle imaginaire d'une association protéine ARN. dans certaines conditions un tel système peut se reproduire. La N6 ribosyl-adénine (A) exerce une activité catalytique sur les molécules qui se fixent sur l'ARN. Ces molécules (acides aminés ou autres) stabilisent l'association des 2 brins de l'ARN.

En fait, la notion même de première molécule n'a peut être pas de sens. Chacune aurait pu-être une face d'une même pièce. Dans le co-enzyme A par exemple il est frappant de constater qu'un court peptide est fixé sur un nucléotide. A un moment de leur histoire les deux molécules ont associé leurs capacités catalytiques probablement grâce au phosphate qui fixait les molécules à un support argileux ou autre. Toutes deux utilisaient les acides aminés comme substrat. Des polymères de nucleotides (ARN) portaient des polymères d'acides aminés : deux faces d'une même pièce. Une face (nucléotides) sert à l'ancrage sur le support et à la catalyse; l'autre (polypeptide) sert à la catalyse. L'augmentation de taille de l'ARN permet de s'affranchir du support. Le brin d'ARN peut se dupliquer (grâce à l'activité catalytique de sa gaine de protéines?). L'une des faces (ARN) en se spécialisant dans la duplication va perdre une grande parti de ses capacités catalytiques (perte du noyau imidazole libre) mais pas celle de fixer et de sélectionner les acides aminés . L'autre face (protéine) se spécialise dans la catalyse et va supplanter l'autre. La capacité à sélectionner l'acide aminé détermine la nature des acides aminés de la protéine : c'est une ébauche de code génétique.