La biologie moléculaire est l’étude de la vie au niveau des atomes et des molécules. Supposons, par exemple, que l’on souhaite comprendre autant que possible un ver de terre. A un certain niveau, il est possible de décrire les caractéristiques évidentes du ver, notamment sa taille, sa forme, sa couleur, son poids, les aliments qu’il mange et la façon dont il se reproduit.

Il y a longtemps, cependant, les biologistes ont découvert qu’une compréhension plus fondamentale de tout organisme pouvait être obtenue en étudiant les cellules dont cet organisme est constitué. Ils pouvaient identifier les structures dont les cellules sont faites, la façon dont les cellules changent, les substances dont la cellule a besoin pour survivre, les produits fabriqués par la cellule, et d’autres caractéristiques cellulaires.

La biologie moléculaire pousse cette analyse de la vie un peu plus loin. Elle tente d’étudier les molécules dont sont constitués les organismes vivants de la même manière que les chimistes étudient tout autre type de molécule. Par exemple, ils essaient de découvrir la structure chimique de ces molécules et la façon dont cette structure change au cours de divers processus vitaux, tels que la reproduction et la croissance. Dans leurs recherches, les biologistes moléculaires utilisent des idées et des outils issus de nombreuses sciences différentes, notamment la chimie, la biologie et la physique.

Le dogme central

Le principe clé qui domine la biologie moléculaire est connu sous le nom de dogme central. (Un dogme est une croyance établie.) Le dogme central est basé sur deux faits. Le premier fait est que les acteurs clés du fonctionnement de toute cellule sont les protéines. Les protéines sont de très grandes molécules complexes constituées d’unités plus petites appelées acides aminés. Une protéine typique peut être constituée, par exemple, de quelques milliers de molécules d’acides aminés reliées entre elles bout à bout. Les protéines jouent une multitude de rôles dans les cellules. Elles sont les blocs de construction à partir desquels les structures cellulaires sont fabriquées ; elles agissent comme des hormones (messagers chimiques) qui transmettent des messages d’une partie d’une cellule à une autre ou d’une cellule à une autre cellule ; et elles agissent comme des enzymes, des composés qui accélèrent la vitesse à laquelle les réactions chimiques ont lieu dans les cellules.

Le deuxième fait fondamental est que les protéines sont construites dans les cellules sur la base de plans directeurs stockés dans des molécules appelées acides désoxyribonucléiques (ADN) présentes dans les noyaux des cellules. Les molécules d’ADN sont constituées de très longues chaînes d’unités appelées nucléotides, reliées entre elles bout à bout. La séquence dans laquelle sont disposés les nucléotides agit comme une sorte de code qui indique à une cellule quelles protéines fabriquer et comment les fabriquer.

Mots à connaître

Acide aminé : Composé organique à partir duquel les protéines sont fabriquées.

Cellule : Unité de base d’un organisme vivant ; les cellules sont structurées pour remplir des fonctions hautement spécialisées.

Cytoplasme : Substance semi-fluide d’une cellule contenant des organites et enfermée par la membrane cellulaire.

ADN (acide désoxyribonucléique) : Matériel génétique situé dans le noyau des cellules et contenant des informations pour le développement d’un organisme.

Enzyme : L’une des nombreuses protéines complexes qui sont produites par les cellules vivantes et qui déclenchent des réactions biochimiques spécifiques.

Hormone : Substance chimique produite dans les cellules vivantes qui est transportée par le sang vers les organes et les tissus situés dans des parties éloignées du corps, où elle régule l’activité cellulaire.

Nucléotide : Unité à partir de laquelle les molécules d’ADN sont fabriquées.

Protéine : Composé chimique complexe qui consiste en de nombreux acides aminés attachés les uns aux autres et qui sont essentiels à la structure et au fonctionnement de toutes les cellules vivantes.

Ribosome : Petites structures dans les cellules où sont produites les protéines.

Le dogme central, donc, est très simple et peut être exprimé comme suit :

ADN → ARNm → protéines

Ce que cette équation dit en mots, c’est que le code stocké dans les molécules d’ADN dans le noyau d’une cellule est d’abord écrit dans un autre type de molécule connu sous le nom d’acide ribonucléique messager (ARNm). Une fois construites, les molécules d’ARNm quittent le noyau pour se rendre dans le cytoplasme de la cellule. Elles se fixent sur les ribosomes, des structures situées dans le cytoplasme où la production de protéines a lieu. Les acides aminés qui existent en abondance dans le cytoplasme sont ensuite amenés aux ribosomes par un autre type d’ARN, l’ARN de transfert (ARNt), où ils sont utilisés pour construire de nouvelles molécules de protéines. Ces molécules ont leur structure dictée par les molécules d’ARNm qui, à leur tour, ont des structures initialement dictées par les molécules d’ADN.

Signification de la biologie moléculaire

Le développement de la biologie moléculaire a fourni une manière nouvelle et complètement différente de comprendre les organismes vivants. Nous savons maintenant, par exemple, que les fonctions que remplit une cellule peuvent être décrites en termes chimiques. Supposons que nous sachions qu’une cellule fabrique des cheveux roux. Ce que nous avons appris, c’est que la raison pour laquelle la cellule fabrique des cheveux roux est que les molécules d’ADN dans son noyau portent un message codé pour la fabrication de cheveux roux. Ce message codé passe de l’ADN de la cellule à son ARNm. L’ARNm dirige alors la production des protéines du poil roux.

La même chose peut être dite pour n’importe quelle fonction cellulaire. Peut-être une cellule est-elle responsable de la production d’anticorps contre une infection, ou de la fabrication de l’hormone insuline, ou de l’assemblage d’une hormone sexuelle. Toutes ces fonctions cellulaires peuvent être spécifiées comme un ensemble de réactions chimiques.

Mais une fois que ce fait a été réalisé, alors les humains ont de nouvelles façons passionnantes de traiter les organismes vivants. Si le maître architecte des fonctions cellulaires est une molécule chimique (ADN), alors cette molécule peut être modifiée, comme toute autre molécule chimique. Si et quand cela se produit, les fonctions assurées par la cellule sont également modifiées. Pour ces raisons, le développement de la biologie moléculaire est considéré par de nombreuses personnes comme l’une des plus grandes révolutions de toute l’histoire scientifique.