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Au coeur de la vie : les protéines

Par Julien Perreault, B. Sc. (Mathématiques.)

La synthèse des protéines est un processus hautement organisé et très semblable dans tout type de cellule (eubactéries, archaebactéries et eucaryotes). Les protéines sont l’unité de base de la cellule. Par exemple, elles garantiront le transfert de molécules au travers la membrane cellulaire, la transduction de signaux au-delà de la membrane, la régulation de plusieurs réactions biochimiques. D’autres protéines contribuent à l’architecture de la cellule pour former les membranes cellulaires, les microfilaments, les ribosomes, les vacuoles etc. Il y a également les protéines globulaires qui constituent des agents dynamiques des fonctions biologiques (par exemple le transport actif des substances a travers les membranes de la cellule). D’autres types de protéines sont des enzymes qui catalysent les réactions chimiques de la cellule. En présence de ces enzymes, les réactions chimiques se produisent 103 à 1017 fois plus rapidement. La vitesse des réactions est un des éléments vitaux de la cellule. Pour ces raisons, la question de l’origine de la vie est étroitement liée à l’apparition du mécanisme de synthèse des protéines.

Le présent article vise à démontrer que le mécanisme de la synthèse des protéines est un système complexe et irréductible. Nous présentons brièvement la prédiction de la théorie créationniste, une étude détaillée du système et des acteurs biologiques impliqués dans la synthèse des protéines et nous terminons avec une conclusion en regard de la théorie créationniste.

Ce que la théorie créationniste prédit

La théorie créationniste soutient que, par l’effet d’une cause intelligente, les biomolécules essentielles aux différents mécanismes de la cellule sont apparues simultanément et dans une interaction fonctionnelle. Nous prédirons alors que les propriétés chimiques de chaque biomolécule sont étroitement liées voire totalement dépendantes.

La dimension « planification » qui est mise en évidence lors de l’étude de la synthèse des protéines vient confirmer la thèse selon laquelle ce mécanisme est dû à une cause intelligente. Lors de la description du processus, vous constaterez que l’information génétique de la cellule « planifie », bien que cela ne soit pas conscient, mais c’est plutôt l’exécution passive d’un programme. On entend par « planification » la synthèse de biomolécules qui sont utiles qu’à un moment précis, ultérieur à leur synthèse, et combinées à d’autres biomolécules sans lesquelles elles sont parfaitement inutiles. C’est ce qu’on nomme les propriétés émergentes d’un système complexe.

La synthèse des protéines

Les protéines sont des chaînes d’acides aminés. Leur synthèse fait intervenir les molécules fondamentales suivantes : l’ADN, une molécule directrice que l’on trouve dans le noyau, l’ARN, une molécule ouvrière pouvant jouer le rôle de messager (ARN-messager) ou celui d’ouvrier spécialisé (ARN de transfert), les acides aminés et des enzymes spécifiques. L’assemblage précis d’une chaîne d’acides aminés s’exécute dans les ribosomes, un organite de la cellule. La première étape de la synthèse d’une protéine est l’élaboration du « plan de construction » de la protéine voulue à partir de l’ADN du noyau. Ce « plan de construction », ou information génétique, est transcrit sur un ARN-messager qui le conduit au ribosome, site de fabrication des protéines. Cette étape à elle seule est très complexe et ne sera pas le sujet du présent article.

L’information génétique, c’est-à-dire le « plan de construction » de la protéine, est codée sous forme de codon, une suite de trois nucléotides que l’on peut comparer à un mot de trois lettres. Chaque codon représente un des 20 acides aminés qu’utilise la cellule dans la synthèse de n’importe quel type de protéine.

Voyons maintenant l’étape de synthèse qui se produit dans les ribosomes. L’initiation du processus se fait grâce à des molécules nommées ARNt (ARN de transfert) qui reconnaîtront le codon de départ « AUG ». Des facteurs d’initiation catalyseront l’assemblage du complexe d’initiation qui se formera au niveau du codon d’initiation. On connaît trois facteurs d’initiation chez les procaryotes (IF-1, IF-2, IF-3). Chaque facteur d’initiation remplit un rôle précis. Par exemple, le facteur IF-3 empêchera l’association prématurée de l’élément 30S et de l’élément 50S. Ces deux éléments ribosomaux font partie du complexe d’initiation mais l’élément 30S, combiné à l’ARNt, doit d’abord reconnaître le codon d’initiation. C’est seulement après cette étape que l’élément 50S doit rejoindre le complexe d’initiation en s’associant à l’élément 30S, au moment où le facteur IF-3 est libéré du complexe.

Une fois le codon d’initiation traduit, la synthèse de la longue chaîne d’acides aminés s’amorce. Chacun des codons de l’ARNm sera « reconnu » par un ARNt spécifique. Les ARNt sont de grosses molécules (70-80 nucléotides) en forme de trèfle et possèdent le lobe de l’anticodon. Les ARNt sont les « lecteurs » du code génétique. La cellule doit synthétiser au moins vingt type d’ARNt qui chacun pourra reconnaître au moins un codon sur le brin d’ARNm. À l’opposé du lobe de l’anticodon se trouve la tige acceptrice. C’est à cet endroit de l’ARNt que sera fixé l’acide aminé spécifié par le codon de l’ARNm.

Nous arrivons à une étape cruciale de haute précision : celle où l’acide aminé voulu est sélectionné parmi les 20 acides amines connus et fixé à la tige acceptrice de l’ARNt. L’ARNt ne possède pas la capacité d’opérer cette étape. La cellule doit avoir au préalable synthétisé un jeu de 20 ARN-synthétases qui ont chacun la capacité de sélectionner un et un seul acide aminé précis et de catalyser la réaction qui mène à la liaison d’un ARNt et d’un acide aminé. Époustouflant !

L’allongement se poursuit de cette façon ; tous les codons de l’ARNm reçoivent un ARNt auquel est lié (et activé) l’acide aminé représenté par le codon. Les acides aminés sont alors côte à côte et forment des liaisons peptidiques et finalement une protéine fonctionnelle, … non, pas encore ! Non seulement des enzymes procèdent à de multiples retouches sur certaines protéines, mais la protéine n’est fonctionnelle qu’à son site d’activité. Un mécanisme de transport est élaboré dans la cellule pour permettre à chaque protéine d’accomplir la « tâche » pour laquelle elle a été produite. Certaines protéines seront incorporées dans la membrane, d’autres seront conduites vers certains organites.

Les faits concluent d’eux-mêmes

Nous avons vu qu’il existe dans la cellule une correspondance très complexe et hautement spécifique entre le « langage » de l’ADN (les codons) et l’interprétation qu’en font les ARNt et les ARN-synthétases. Ceci implique que, en tout temps, l’ADN doit transmettre des codons pour lesquels il existe un ARNt correspondant. La cellule n’a pas droit à l’erreur puisque tout ce qui la forme (membranes, interactions, organites, …) est directement et précisément encodé dans l’ADN.

L’étude proposée nous permet alors de conclure que l’ADN, les ribosomes, les ARNt, les ARN-synthétases ainsi que tous les autres acteurs qui permettent à la protéine d’atteindre sa forme biologiquement active sont tous apparus simultanément et dans une interaction fonctionnelle ce qui correspond à une création.

Selon la théorie de l’évolution, on propose une apparition graduelle et indépendante (donc non simultanée) de chacun de ces acteurs biologiques, ce qui n’a aucun sens vu l’irréductibilité du système.

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