Les acides aminés
Pour fabriquer les protéines, la cellule utilise des molécules
qu'elle accroche les unes aux autres : ce sont les acides aminés.
Il existe 20 acides aminés naturels. Le corps humain sait en fabriquer
11 et l'alimentation nous apporte les 9 autres : lors de la digestion,
ils sont récupérés grâce à la décomposition
des protéines (animales ou végétales) contenues dans
les aliments.
Les acides aminésservent à fabriquer les protéines
dans les cellules. Pour cela, chaque acide aminé est "codé" dans
le code génétique (sur l' ADN ou l' ARNm ) par un triplet
d'unités de base appelé codon . Chaque gène , qui est
une chaîne de codons, est le "plan de fabrication" d'une
protéine, qui est une chaîne d'acides aminés. L'assemblage
des acides aminés en protéines se fait sur les ribosomes .
Au cours du métabolisme , les acides aminés sont aussi transformés
en d'autres substances. Certaines maladies génétiques entraînent
l'accumulation d'un des acides aminés : par exemple dans la phénylcétonurie,
un acide aminé (la phénylalanine) s'accumule dans le cerveau
et provoque des lésions irréversibles
Il existe plus de 100 acides a-aminés présent dans la nature,
certains on été découverts sur des météorites,
notament les condrites carbonés. Seul vingt de ces acides a-aminés
sont utilisés par le règne vivant : ils sont les "maillons" qui
constituent les protéines. Celles-ci sont comparables à des "colliers" constitués
de cent à plusieurs milliers de ces "perles", reliées
de manière covalente au moyen de fonctions amide (liaison peptidique).
Si le nombre d'acides aminés est inférieur à 20, on
parle de peptide, et de 20 à 100 de polypeptide.
Ce que sont les protéines
Une protéine est une macromolécule présente chez tous les êtres vivants. Indispensables à la vie de la cellule et de l'organisme tout entier, les protéines sont fabriquées par nos cellules à partir de l' ADN et grâce au code génétique . De celles qui constituent nos cheveux (la kératine) à celles qui nous défendent contre les microbes (les anticorps), les protéines ont des fonctions très variées.
Les protéines sont formées de l’enchaînement de molécules beaucoup plus petites, les acides aminés . Certaines protéines en comptent quelques dizaines, d'autres plusieurs milliers. Chaque protéine a une structure particulière, qui dépend de l'ordre des acides aminés et de la façon dont leur chaîne se replie dans l'espace. La forme des protéines est étroitement liée à leur fonction : fonction de structure (kératine des ongles et des cheveux, collagène de la peau, …) ; fonction de transport (hémoglobine qui transporte l’oxygène dans le sang,..) ; fonction de défense contre des micro-organismes (anticorps) ; fonctions hormonales (insuline, adrénaline,…) ; fonction d'activation des réactions chimiques des cellules ( enzymes )
La cellule
La cellule est l’unité de base de tous les organismes vivants.
Un organisme vivant peut être fait d' une seule cellule : c’est
le cas des bactéries mais aussi de certains animaux et végétaux.
Un homme de taille moyenne en contient de 60 000 à 100 000 milliards.
La cellule se nourrit, produit de l'énergie, échange des informations
avec son entourage, se multiplie et meurt au bout d'un certain temps.
Les organismes vivants sont dits eucaryotes quand leurs cellules
possèdent un noyau et procaryotes quand elles n’en possèdent
pas. Le premier groupe contient les animaux (dont l'homme), les végétaux,
les champignons et certains organismes unicellulaires (levures par exemple).
Leurs cellules se présentent comme de petits sacs, délimités
par une membrane , avec en leur cœur un noyau qui contient l’ ADN
et qui contrôle toute l’activité de la cellule. Autour
du noyau, une sorte de gelée, le cytoplasme , contient les éléments
indispensables à la vie de la cellule (dont les ribosomes et les
mitochondries ). Les organismes procaryotes (sans noyau), comprenant les
bactéries, sont unicellulaires. Leur ADN est répandu dans
toute la cellule, qui ne contient pas tous les organites des cellules eucaryotes.
La molécule
Une molécule est un assemblage d'atomes disposés toujours
selon la même architecture. Les molécules sont la base de la
matière, vivante ou non. La plupart des molécules du vivant,
comme l' ADN ou les protéines , sont de grosses molécules
(des macromolécules ) mais ne diffèrent pas, dans leur principe,
des molécules de la matière inerte.
Le concept de molécule est étroitement lié à celui
de corps pur, corps constitué d’une seule espèce de
molécules. Si le nombre d’atomes naturels constituant l’univers
est limité à 92, les multiples possibilités de leurs
combinaisons donnent un nombre colossal de molécules possibles. Les
molécules du vivant sont des molécules complexes principalement
composées d’atomes de carbone, d’hydrogène, d’oxygène
d’azote et de soufre. Elles sont constituées de quelques atomes à plusieurs
millions d’atomes et leur variété a permis d’élaborer
le fonctionnement complexe des êtres vivants. Les propriétés
chimiques d’une molécule dépendent des atomes qui la
composent mais aussi de son architecture.
Le code génétique
Le code génétique est un système de correspondance
qui permet à la cellule de fabriquer des protéines à partir
de son nucléotides , en acides aminés . Par exemple, AAT de
l’ADN correspond à l'acide aminé "leucine".
Le code génétique est universel : chez tous les êtres
vivants, un même triplet de nucléotides correspond à un
même acide aminé.
Plusieurs groupes de 3 nucléotides peuvent "coder" pour
un même acide aminé . Cette redondance du code génétique
est précieuse : si, de façon spontanée ou sous l'effet
de causes extérieures (radiations, agents chimiques…), une
séquence AAT est devenue AAC (transcrites UUA et UUG sur l’ ARN
m), il n’y a aucune conséquence sur l’organisme, car
ces deux codons correspondent au même acide aminé (la leucine).
Mais d’autres mutations de l’ADN peuvent conduire à des
erreurs dans la protéine, qui se met à dysfonctionner, entraînant
des conséquences allant jusqu’au cancer . Le génie génétique
utilise l'universalité du code génétique pour faire
produire des protéines humaines à des bactéries , en
leur injectant la séquence d'ADN codant pour cette protéine.
L'ADN
L'ADN est une macromolécule présente dans les cellules de
tous les êtres vivants. Quand les cellules se divisent, cet ADN se
reproduit à l'identique : toutes les cellules d'un individu contiennent
le même ADN, c'est ce qui fait l'identité de l'individu. Un
gène est un morceau d'ADN.
Chez les animaux et les végétaux, l'ADN (pour Acide DésoxyriboNucléique)
se trouve dans le noyau des cellules. C'est lui qui contient toute l'information
nécessaire au bon fonctionnement de la cellule. L'ADN est formé de
deux brins enroulés en hélice. Chaque brin est constitué de
l’enchaînement de nucléotides qui diffèrent par
une de leurs molécules , qu’on appelle " base ".
Il existe 4 bases différentes : adénine (A), thymine (T),
guanine (G) et cytosine (C). Elles maintiennent ensemble les 2 brins de
l’ADN (A d’un brin "s’associe" toujours avec
T sur l’autre brin, et C toujours avec G). Lors de la division cellulaire
, il arrive que des mutations aux conséquences parfois graves apparaissent
dans les bases de l’ADN des nouvelles cellules. La thérapie
génique permet d'espérer les corriger.
Les hormones
Une hormone est une molécule produite par une glande ou un tissu.
Généralement transportée par le sang, elle agit sur
un organe ou sur un autre tissu situés à distance. Par exemple,
le pancréas produit l'insuline qui régule le taux de sucre
dans l'organisme. Les hormones sont de véritables "messagers" qui,
avec le système nerveux, coordonnent l’activité des
milliards de cellules du corps humain. achat produit minceur
Lorsqu'elles atteignent leurs cibles, les hormones agissent sur
des récepteurs qui leur sont spécifiques. Chacune déclenche
alors une action qui lui est propre (cette action peut aussi être
le déclenchement de la production hormonale d’une autre glande).
Les hormones ont des rôles variés : hormones sexuelles ; hormone
de croissance ; insuline (provoquant la consommation du sucre contenu dans
le sang) ; hormones permettant la purification du sang, le contrôle
de la quantité d’eau dans notre organisme…Certaines
sont directement libérées dans la circulation sanguine dès
leur production, d'autres sont libérées par des canaux à la
surface du corps (hormones des glandes sudoripares, par ex.). On sait aujourd’hui "fabriquer" des
hormones dites de synthèse (insuline, hormone de croissance, DHEA…).
Pour communiquer, une cellule envoie des messagers chimiques (
protéine ) ou physiques (signal électrique). Ces messagers
sont reconnus par des relais de communication (les récepteurs) situés
dans d'autres cellules ou sur leur membrane . Ces relais transmettent le
message reçu, qui déclenche une réaction spécifique
dans l’organisme (sécrétion d’une hormone , par
exemple).
Un récepteur peut être une protéine, une fibre nerveuse… Les
récepteurs ont des natures différentes, adaptées aux
messagers qu’ils reçoivent. Les récepteurs de l’œil,
par exemple, sont spécifiques à la lumière. Lorsque
le récepteur reçoit un messager, il transmet l’information
reçue en envoyant un autre messager : la lumière reçue
par les récepteurs de l’œil est transformée en
signal électrique qui est transporté jusqu’au cerveau.
Certaines protéines réceptrices modifiées à la
suite d'une mutation sont impliquées dans certains cancers . Ainsi
lorsque le récepteur du facteur de croissance épidermique
(qui stimule la prolifération des cellules) est modifié, il
stimule la multiplication des cellules même en l'absence du facteur
de croissance. La multiplication cellulaire est alors incontrôlée.
Le métabolisme
Lorsque les protéines se décomposent dans l'intestin, les acides aminés sont "libérés" du "collier". Ainsi, elles peuvent pénétrer la paroi intestinale. Elles se mélangent par la suite à d'autres acides aminés (notamment celles provenant de protéines corporelles dégradé) pour former le "pool des acides aminés". De ce "pool" sont choisis les acides aminés dont l'organisme a besoin pour synthétiser les protéines qui lui manquent. Une fois choisis, ils sont liés dans le ribosome des cellules qui, eux, choississent l'ordre des différentes "perles" à partir de l'information détenue dans l'ADN. D'autres acides aminés du "pool" sont aussi utilisés pour produire du glucose et des acides gras. Le processus par lequel l'organisme synthétise du glucose à partir des acides aminés s'appelle la "néoglucogénèse". Il consiste tout d'abord en la suppression du groupe aminé (la partie NH2) grâce à une réaction impliquant du pyridoxine (vitamine B6). Le groupe aminé, qui est maintenant sous forme d'ammoniac (NH3) est tout de suite transformé en urée par le foie car cette substance est toxique. Le foie transforme ensuite le restant du groupe (appelé chaîne carbonée) en glucose ou en acides gras (qui sont les éléments de bases des lipides), ou aucun. Cela dépend si la chaîne carbonée est glucogénique (transformable en glucose) ou cétogénique (transformable en acides gras). Cette habilité est importante dans les cas d'une glycémie trop faible.
Les enzymes
Les enzymes sont des protéines présentes dans les cellules
de tous les êtres vivants. Elles ont pour fonction de faciliter les
réactions chimiques qui s'y produisent naturellement. Par exemple,
lors de la digestion, ce sont des enzymes qui accélèrent la
décomposition.
Une enzyme agit en attirant une ou plusieurs molécules , les substrats,
qui réagissent les uns avec les autres pour former d'autres molécules,
les produits. Par exemple, l’amylase, une enzyme contenue dans la
salive, découpe l’amidon - un sucre présent dans les
céréales, par exemple - en sucres plus simples. Après
d’autres étapes de digestion dans l'intestin, on obtient du
glucose qui fournit de l’énergie à l'organisme. Sans
l’aide des enzymes, les réactions chimiques n’auraient
pas lieu chez les êtres vivants (ou très peu) et la vie ne
pourrait pas exister. On dit que l'enzyme joue un rôle de catalyseur.
Il existe un très grand nombre d’enzymes différentes,
mais chacune ne correspond qu’à une seule molécule (comme
une serrure correspond à une seule clé) et à une seule
sorte de réaction.
Définition du gène
Un gène est un "morceau" de l’ ADN contenu dans
le noyau de nos cellules et qui porte le plan de fabrication d’une
protéine . Les gènes sont porteurs des informations relatives
aux caractéristiques d’un individu (couleur des yeux par exemple).
L'homme possède environ 30 000 gènes, ce qui ne représente
que 5% de tout son ADN. Certaines espèces animales et végétales
ont plus de gènes que l'homme.
Chaque gène existe en deux exemplaires (les allèles ), est
localisé à un endroit précis sur nos chromosomes
et est délimité aux extrémités par des codons
particuliers. Toutes nos cellules ont les mêmes gènes mais,
selon la cellule, les uns s’expriment, les autres sont "silencieux".
Ainsi les gènes codant pour les protéines de nos cheveux s’expriment
dans les cellules des cheveux mais pas dans celles du foie. L’expression
d’un gène est régulée par des séquences
situées, le long de l’ADN, de part et d’autre du gène.
Un même gène peut coder pour plusieurs protéines ; inversement,
une protéine, lorsqu’elle est faite de plusieurs polypeptides
, est codée par plusieurs gènes. Si les défauts de
certains gènes sont clairement la cause de maladies génétiques
, l’homme ne peut se résumer à ses gènes.
Mutation et apparition des cancers
Une mutation est une modification de la séquence d’ bases " de
l’ADN aux perles d’un collier, une mutation ponctuelle peut être
l’altération d’une perle, le remplacement d’une
perle par une perle d’un autre type, l’insertion ou la suppression
d’une perle.
Les mutations peuvent être dues à des agents extérieurs
(UV, agents chimiques…) ou à un défaut de copie de
l’ADN, lors de la division cellulaire , que la cellule n’a pas
détecté ou que ses mécanismes de réparation
n’ont pas pu réparer. Elles peuvent survenir au niveau d’un
gène , ou des séquences qui régulent son expression
ou encore ailleurs dans l’ADN. Certaines mutations affectant un gène
peuvent, grâce à la redondance du code génétique
, n’avoir aucune conséquence. D’autres entraîneront
une modification (structure, fonction…) de la protéine "codée" par
le gène, voire l'absence de la protéine. Les altérations
produites par les mutations se transmettent des cellules mères aux
cellules filles. Si elles se produisent dans des cellules sexuelles, elles
se transmettent des parents aux enfants.
Chez une personne en bonne santé, le nombre de cellules et leur
spécialisation est contrôlé par l’organisme.
Chez une personne atteinte d'un cancer, les cellules malades échappent à tout
contrôle, se multiplient de façon anarchique et perdent
leur spécificité. Dans certains cas, elles peuvent migrer
vers d’autres endroits de l’organisme et continuer à s'y
développer (on parle de métastase).
Les cancers ont pour origine une accumulation d’anomalies génétiques
(ou mutations ) au sein d’une cellule. Leurs causes sont multiples
: hérédité, environnement, virus , vieillissement,
habitudes personnelles, etc…Même si aujourd’hui les
traitements existants (médicaments, rayons X, chirurgie) sont
plus efficaces que par le passé, ils restent agressifs et ont
de nombreux effets secondaires. Par exemple, ils ne visent pas spécifiquement
les cellules cancéreuses et tuent également des cellules
saines. La thérapie génique , l’immunothérapie
(qui consiste à stimuler les défenses naturelles), ainsi
que la vectorisation sont aujourd’hui porteuses d’espoir.
Dans un futur plus lointain, des nanorobots "injectés" dans
le corps devraient être capables de tuer spécifiquement
les cellules cancéreuses.