L’anatomie et les fonctions des cellules

Le sens de l’information génique (III)

Pour transférer une information, réparer une blessure ou copier une chaîne spécifique de molécules, tous les organismes vivants ont besoin des deux acides nucléiques, l'ARN et l'ADN, qui seront tantôt viraux ou cellulaires en fonction du sujet.

Grâce au code génétique, la cellule eucaryote est capable de synthétiser les protéines qui véhiculeront les besoins vitaux à travers tout l'organisme. Ces protéines sont elles-mêmes assistées par d'autres protéines qui favorisent les réactions chimiques, ce sont les enzymes.

2°. Il existe des preuves expérimentales que la polymérisation de l’HCN (ou l’hydrolyse des polycyanogènes) peut conduire à la formation des purines, y compris de deux constituants des molécules d’ARN modernes, l’adénine et la guanine.

3°. Des réactions chimiques simples liant les nucléotides sont omniprésentes dans tous les organismes, sous forme de coenzymes ou d’ATP.

Malheureusement il est difficile d’expliquer l’origine des bases pyrimidiques qui composent l’ARN telles que la cytosine et l’uracile, et celle du ribose lié d’une façon particulière à l’ARN. Ainsi qu'on le vera en biochimie, on suppose que la chimie de contact, sur des surfaces argileuses a pu jouer un rôle dans cette évolution.

En découvrant la double hélice de l’ADN, Watson et Crick précisaient le sens de la transmission de l'information génique : stockée dans les gènes de l’ADN, cette information est transcrite par l'ARN messager qui la traduit sous forme de protéine.

En 1970, David Baltimore de MIT, Satoshi Mazutani et Howard Temin de l’Université du Wisconsin découvrirent que dans certains virus, tel le sarcome de Rous (tumeur) ou le FeL V (leucémie féline), une enzyme comme la transcriptase inverse renversait le sens de l’information génique : l’ARN viral fait office de code génétique et c’est la transcriptase inverse qui retranscrit l’ADN. Le noyau cellulaire est alors infecté. La cellule subit une mutation de son génome qui active le développement d’un cancer. Si l’ADN abrite un oncogène, la cellule dégénérera et deviendra cancéreuse. Cette découverte allait expliquer bon nombre de maladies résistantes, en particulier le fait qu’elles pouvaient se transmettre à des animaux non consanguins et que certaines tumeurs provoquaient une déficience des protections immunitaires de l’organisme. Ces rétrovirus seront malheureusement découverts chez l’être humain en 1978. Le SIDA (HIV) compte parmi ceux-ci.

Enfin, les protéines que l'on retrouve dans les acides nucléiques (hétéroprotéines) ou les tissus (holoprotéines) sont incapables de se reproduire. Les anticorps par exemple qui assurent notre défense immunitaire sont une variété de protéines synthétisées par les globules blancs. Une fois libérés dans le sang, leur tâche consiste à neutraliser les antigènes, un point c'est tout. Les protéines doivent donc être copiées. Cette technique est vieille de plus de 3.8 milliards d'années.

Et si nous étendions le code génétique...

Avant de décrire la structure d'une cellule, on peut se demander pourquoi tous les organismes vivants n'utilisent que 20 acides aminés pour fabriquer leurs protéines et pourquoi toujours les 4 mêmes nucléotides pour fabriquer l'ADN ? Ils disposent pourtant d'un assortiment de 64 codons... Cette question pertinente soulève un profond mystère que les biologistes ne parviennent pas à élucider. Hasard ou nécessité ? 

Nous savons que certains acides aminés inhabituels comme la sélénocystéine et la pyrrolysine, des versions légèrement différentes de la cystéine et de la lysine, sont utilisés par certains organismes. Nous savons également que dame Nature utilise tous les codons d'une manière ou d'une autre.

Certains des 64 codons sont redondants, codant pour le même acide aminé, tandis que trois d'entre eux sont des codons inutiles, dépourvus de sens; ils ne codent pour aucun acide aminé. En revanche, pour le ribosome ils sont les bienvenus car il les utilise comme marqueurs signifiant "stop, fin de la séquence". C'est par exemple le cas du codon stop ambre UAG. Des expériences ont été réalisées en 2004 par l'équipe du professeur Peter G. Schultz du Scripps Research Institute sur des bactéries Escherichia coli en leur ajoutant deux acides aminés non naturels, O-méthyle-L-tyrosine et L-homoglutamine. Comme on s'y attendait, E.coli a utilisé ces acides aminés comme s'ils appartenaient à son patrimoine. Pourquoi dans ce cas dame Nature n'en fait pas autant, comptant sur les mutations et la diversité par exemple pour améliorer ses créations ?  Si nous trouvions l'animal à l'origine du dilemme de l'oeuf ou de la poule, nous pourrions répondre à cette question.

Traces de chromatine, la substance à la base des chromosomes des cellules eucaryotes (association d'ADN et de protéines histones).

Pour y parvenir nous devons essayer de comprendre comment la vie est apparue sur Terre et, si nous découvrons ses traces ailleurs dans l'univers, par quel miracle elle s'y est développée à partir d'unités simples et a priori inertes. C'est le défi que nous propose de résoudre la bioastronomie et sa branche spécialisée qu'est l'exobiologie. Tellement passionnantes par leurs conséquences potentielles, je vous propose de consulter les nombreux articles que j'ai consacré à ces disciplines.

En attendant, voyons comment fonctionne une cellule et quelle est sa structure interne. Ce sera l'objet du prochain chapitre.