Si il y a bien deux mots du jargon de tout biologiste qui sont omniprésents dans notre vie quotidienne, ce sont bien “protéines” et “gènes”. Dès l’enfance, nos parents insistent pour nous faire manger une bouchée de viande “parce que c’est plein de protéines”. Également, le débat sur les Organismes Génétiquement Modifiés (OGM) a largement introduit le terme ”gène” dans la sphère publique. Pour autant, sauriez-vous définir ce qu’est un gène ou une protéine?

Vous connaissez probablement ce mot désignant l’ensemble du matériel génétique d’un individu : le génome. Figurez-vous votre génome comme un livre très détaillé sur votre biologie : votre taille, la couleur de vos yeux, de vos cheveux, votre métabolisme… Chaque cellule vous composant possède une copie de votre génome dans son noyau sous la forme d’ ADN.

Un gène est comme une phrase dans ce livre qu’est le génome. Ainsi, un gène a un début et une fin et contient une information importante pour la cellule. Un gène est un fragment d’ADN, un assemblage séquentiel de petites molécules nommées nucléotides. Ces nucléotides sont au nombre de quatre et représentés par les lettres A,T,C et G. Chaque gène a sa propre longueur, et sa propre “séquence” de ATCG (Figure 1).

Figure 1: Représentation simplifiée du génome d’une cellule en comparaison avec un livre. Le génome contient des gènes tout comme le livre contient des phrases, chacuns renfermant une information unique. Les trois gènes présentés ont des séquences de nucléotides (ATCG) différentes.

Résumons: un gène est une séquence d’ADN qui contient une information. Cette information sera “lue” par la cellule, et utilisée à diverses fins.

Et qu’en est-il des protéines? Connaissez-vous les acides aminés? Les acides aminés forment une famille d’un peu plus de 20 petites molécules, toutes avec des structures et propriétés différentes (Figure 2). Une protéine, ce n’est qu’un assemblage de plusieurs acides aminés , comme un collier de perles. Quand la cellule synthétise une nouvelle protéine, elle “enfile les perles” dans un ordre défini. En fait, quand vous mangez des protéines, vos cellules les digèrent en les découpant et récupérant les acides aminés qui les composent. Les cellules se servent ensuite de ces acides aminés pour faire de nouvelles protéines.

Figure 2: Quelque exemples d’acides aminés et leur structure en trois dimensions. Chaque sphère représente un atome. [3] (Hydrogène = blanc, carbone = noir, azote = bleu, oxygène = rouge, soufre = jaune).

Chaque protéine synthétisée par vos cellules a une forme qui lui est propre. Reprenons notre collier de perle. Si vous le posez dans la paume de votre main et serrez le poing, celui-ci adopte une forme en trois dimensions. Pour les protéines, c’est le même principe. Cette forme est influencée par la composition en acides aminés de la protéine. La forme d’une protéine est très importante pour sa fonction dans la cellule. Voici quelque exemples de protéines pour imager le tout (Figure 3):

Figure 3: Représentation en trois dimensions de l’amylase [4] (l’enzyme digérant l’amidon) et de l’insuline [5].. Peut-être arriverez-vous à reconnaître certains des acides aminés en Figure 1? Les figures ont été générées en utilisant le site Protein Data Bank.

Les protéines sont utilisés par les cellules pour diverses fonctions. Par exemple, l’une de ces fonctions et la production d’énergie afin de maintenir la cellule en vie. Certaines hormones comme l’insuline sont également des protéines et sont nécessaires à la communication entre cellules d’un même organisme. Il existe également des protéines servant à la cellule comme défense contre des pathogènes. C’est le cas des anticorps.

Pour résumer, une protéine est un assemblage d’acides aminés avec une forme et une fonction qui lui est propre. Des protéines peuvent également être assemblées pour former des complexes protéiques. C’est le cas, par exemple, de l’hémoglobine, qui regroupe deux copies de deux protéines différentes.

Gènes et protéines sont étroitement liés. Beaucoup de gènes contiennent les informations nécessaires à la synthèse de protéines. On dit que ces gènes sont « codant » pour des protéines. Une cellule humaine est une véritable usine à protéine: dans son génome, plus de 15 000 gènes peuvent être “lus” pour synthétiser tout autant de protéines [6]. En fait, ce qui définit l’ordre des acides aminés d’une protéine et sa taille, est la séquence de nucléotides du gène qui lui est associé (Figure 4). Nous reviendrons sur cette étape importante dans la partie “Du gène à la protéine: l’aventure de la Vie” du dossier. Pour résumer, chaque protéine dans une cellule est associée à un gène dans le génome.

Figure 4: Les gènes humains de l’amylase [1] et de l’insuline [2]. Il apparaît qu’ils n’ont ni la même séquence de ATCG, ni la même taille. Pour synthétiser amylase ou insuline, la cellule “lit” leurs gènes respectifs et interprète leurs informations. Vous pouvez corréler la longueur de ces gènes avec la taille de leur protéines associées en Figure 3.

A travers cet article, nous espérons que vous avez une idée claire de ce que sont les gènes et les protéines. Cette information nous aidera beaucoup pour approfondir des sujets d’autant plus passionnants !

Paul Lubrano

Sources:

Toute information sur les protéines et acides aminés a été trouvée et peut être approfondie dans l’ouvrage suivant: Nelson, D. L., & Cox, M. M. (2017). Lehninger Principles of Biochemistry (Seventh éd.). New-York, USA : W. H. Freeman.

Toute information sur les gènes a été trouvée et peut être approfondie dans l’ouvrage suivant: Griffiths, A. J. F., Wessler, S. R., Carroll, S. B., & Doebley, J. (2010). Introduction to Genetic Analysis (10th éd.). New York, USA : W. H. Freeman.

[1] Genebank, Homo sapiens amylase alpha 1A (AMY1A), transcript variant 2, mRNA, consulté le 24 mai 2020, lien: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/nuccore/NM_001008221

[2] Genebank, Homo sapiens insulin (INS), transcript variant 1, mRNA, consulté le 24 mai 2020, lien: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/nuccore/NM_000207

[3] Toutes les images des structures des acides aminés ont été obtenues sur le site du NCBI “NCBI Structures – Amino acid explorer”. Consulté le 30/05/2020, lieni: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/Class/Structure/aa/aa_explorer.cgi

[4] N. Ramasubbu et al., Structure of Human Salivary [alpha]-Amylase at 1.6 Å Resolution: Implications for its Role in the Oral Cavity, Acta Cryst. (1996). D52, 435-446

[5] Structure de Hoshikawa, N., Sasaki, K., Sakabe et N., Sakabe, K déposée au lien suivant https://www.rcsb.org/structure/3W7Z le 11 Mars 2013. Pas de publication associée.

[6] De nombreuses informations sur le génome humain peuvent etre consultées au lien suivant: https://www.genome.gov/human-genome-project/results . Consulté le 31/05/2020