Le corps humain : un organisme autonome et instable

Le corps humain est constitué d'environ un trillion soit 100 mille milliards de cellules plus ou moins spécialisées ! Elles sont organisées dans un but commun : maintenir l'organisme en bon état. Comme une machine, nos tissus (organes, etc) s'usent et nos fonctions métaboliques se dérèglent. Mais contrairement à une machine, du fait que nos organes sont vivants, des mécanismes nous maintiennent en permanence dans le meilleur état possible, mieux encore que la machine la mieux entretenue. Pour assurer cette fonction vitale, chaque jour des millions de cellules sont renouvellées, du plus profond de nos entrailles à la surface de notre épiderme.

Comme tous les organismes vivants, le corps humain est non seulement autonome et ne compte que sur sa propre énergie pour assurer ses fonctions mais c'est un organisme instable, ce qui est une condition étrange mais primordiale pour garantir son évolution. En effet, il est instable en ce sens qu'il est capable de réagir et de s'adapter à son environnement. La plupart du temps il s'agit de fonctions réflexes héritées d'un lointain passé où nous n'étions même pas encore humains et aujourd'hui profondément enfouies dans l'ADN de chaque cellule.

S'il prenait à notre corps l'envie de ne plus s'adapter, de ne plus réagir aux solicitations nerveuses, aux substances chimiques, de ne plus évacuer les déchets, de ne plus réguler la respiration et la circulation sanguine en fonction de l'activité cellulaire, bref de ne plus rien faire, ce serait l'anarchie en quelque minutes : suffocation, douleurs cardiaques, nausées, paralysie, bref la mort de l'organisme. Ainsi, contrairement à une machine qui doit fonctionner de la manière la plus stable possible, le corps humain doit être instable pour assurer ses fonctions. La première à toutes les chances de s'user et de tomber en panne, tandis que le corps humain bénéficie d'une assurance-vie assortie d'un dépannage discret à perpétuité, ou du moins valable environ un siècle.

Il s'agit toutefois d'une vision mécaniste de notre métabolisme qui reste très naïve. Ainsi que nous l'avons expliqué à propos de la chimie prébiotique, lors des balbutiements des premières formes de vie dans les marais chauds de Darwin, de toute évidence elles ne disposaient pas encore de "centre de contrôle relais" ni même de centre de contrôle du tout ! L'ADN contenu dans le noyau cellulaire, car c'est bien de lui qu'il s'agit, est une structure apparue très tard dans l'histoire de la vie, il y a environ 1.2 milliards d'années, puis seulement sont apparus les vertébrés (500 millions d'années) ensuite les mammifères (200 millions d'années) pour aboutir à l'homme vieux d'à peine 7 millions d'années en tenant compte de notre ancêtre Toumaï. Qu'a donc l'ADN de si particulier pour avoir été intégré dans tous les organismes vivants évolués ?^[1]

Le code génétique

Ainsi que nous l'avons expliqué dans l'article consacré à l'origine de la vie, l’ADN ou acide désoxyribonucléique contient tout notre patrimoine héréditaire, le génome. Il est présent dans chacune des cellules de notre corps, des neurones du cerveau à l'épiderme. A ne pas confondre avec d'autres structures tels que les poils ou les ongles qui sont constitués de protéines (kératine), des substances sur lesquelles nous reviendrons. 

Chez l'homme, l'ADN comprend quelque 12 milliards d'atomes ! Chaque maillon de cette macromolécule contient quatre bases azotées ou nucléotides : l'adénine (A), la thymine (T), la guanine (G), la cytosine (C) complété par un sucre simple et un acide phosphorique.

L'ADN en trois dimensions GIF 48 Kb, U.Magdeburg GIF de 208 Kb, MIT  MOV 3.3 Mb Légende

Observée au microscope électronique, la molécule d’ADN forme une double hélice excessivement longue constituée de deux séries antiparallèles de nucléotides en vis-à-vis. Dix paires de nucléotides ou bases forment une spire de 2 nm de diamètre (2 millionièmes de millimètres) et de 3.4 nm de longueur. L’extension complète de l’ADN humain forme un fil de plus d’1.20 m de long et de 1.27x10^-14 mm de largeur qui tient à l’aise dans un centimètre cube au fond d’une éprouvette ! Cette dimension n’est pas exceptionnelle. La longueur de l’ADN des oiseaux atteint 30 cm et celle de la grenouille peut atteindre 2.40 m !

A expérimenter : Extraction de l'ADN d'une banane

Pour l'anecdote et bien comprendre combien cette machinerie génétique est longue, si nous attachions l'ensemble des brins d'ADN de toutes nos cellules, on pourrait faire 600 fois l'aller-retour Terre-Soleil. Si vous tapiez les lettres du génome humain à raison de 60 mots par minute durant 8 heures par jour, il vous faudrait... 50 ans pour le transcrire. Enfin, si les 3 milliards de bases étaient superposées en laissant l'épaisseur d'une feuille de papier (0.1 mm) entre chacune, la pile atteindrait 787 fois la hauteur de l'Empire Empire State Building (381 m) soit 300 km d'altitude !

Transcription et traduction de l'information

Comment une cellule communique-t-elle avec son environnement ? Dans son principe, quand une cellule eucaryote a besoin d'une substance spécifique pour assurer ses fonctions métaboliques, Francis Crick a découvert à la fin des années 1950 que l'information se transmettait essentiellement de l'ADN vers l'ARN aux protéines au cours d'un processus qui se déroule en plusieurs étapes centrées sur une transcription et une traduction de l'information.

La molécule d'ADN et la décomposition de la structure d'un chromosome jusqu'à l'isolement de l'ADN. Documents NHGRI et Pearson Education, Inc. adaptés par l'auteur.

L'ADN du noyau synthétise un message codé sous forme d'ARN messager (ARNm). Ces ARN sont les plus variés et aussi les plus nombreux. Comment procède ensuite la cellule ? En fait, les deux brins de la double hélice de l’ADN formés de bases complémentaires constituent en quelque sorte un original et sa copie. L’ADN se divise sur une certaine longueur sous l’action d’un complexe multienzymatique, le réplisome. Contrairement à la représentation souvent donnée, selon Christian de Duve le réplisome est fixe et probablement ancré au niveau du mésosome et c’est l’ADN qui se déplace. Il se présente symétriquement à travers deux réplisomes jumeaux et sort du complexe sous forme dupliquée. Ce mécanisme est très lourd car il doit surmonter de nombreux problèmes topologiques et mécaniques liés à la structure hélicoïdale et l’orientation antiparallèle des deux brins d’ADN, et veiller à ce que la réaction enzymatique soit amorcée par un ARN.

Les bases doivent ensuite se recombiner par paires et de façon unique : A avec T et G avec C. Lorsque les nucléotides des ARN trouvent leur base complémentaire, une enzyme polymérase les assemblent avec l’ARN-messager. Cette transcription suit donc le même ordre que celui des séquences de l’ADN et peut se répéter un très grand nombre de fois. Les séquences d’ADN qui sont transcrites mais non traduites sont dénommées introns. Celles qui sont traduites et véhiculées par l’ARN-messager sont dénommées extrons.

Au cours de la transcription de l’ADN, les gènes assurent plusieurs tâches : avant toute chose ils synthétisent des ARN fonctionnels, surtout des ARN de transfert (ARNt) dont certains sont débités et mis à dimension par des enzymes contenant des ARN à fonction catalytique (telle la ribonucléase P chez le fameux colibacille Escherichia coli). Il faut insister sur ce point car cette molécule d’ARN est capable de catalyser une réaction presque aussi efficacement que le complexe réplisome ! La transcription de l’ADN sert également à synthétiser des ARNr (ARN-ribosomial) qui assurent la croissance des bactéries (transcription des gènes).