Sciences · Biologie
L’ARN (acide ribonucléique)
L’ARN, ou acide ribonucléique, est une molécule cousine de l’ADN. Il sert surtout d’intermédiaire entre les gènes et les protéines : l’ARN messager recopie un gène pour que la cellule fabrique la protéine correspondante.
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Si l'ADN est la bibliothèque où sont conservés les plans de l’organisme, l’ARN est la photocopie que l’on emporte à l’atelier. Longtemps vu comme un simple intermédiaire, il s’est révélé un acteur central de la cellule : il lit, transporte, régule et même catalyse. Il est aussi devenu célèbre en 2020 avec les vaccins à ARN messager.
Structure de l’ARN
Comme l’ADN, l’ARN est une chaîne de nucléotides. Chaque nucléotide comporte un sucre, un groupement phosphate et une base azotée. Trois différences le distinguent de l’ADN :
| Critère | ADN | ARN |
|---|---|---|
| Sucre | Désoxyribose | Ribose |
| Bases | A, T, G, C | A, U (uracile), G, C |
| Structure | Double hélice, deux brins | En général un seul brin, qui peut se replier sur lui-même |
| Taille | Très longues molécules (un chromosome) | Molécules courtes (une copie de gène) |
| Stabilité | Très stable, conservé toute la vie de la cellule | Fragile, dégradé en quelques minutes à quelques heures |
| Localisation | Noyau (et mitochondries) | Noyau et cytoplasme |
Dans l’ARN, l’uracile remplace la thymine et s’apparie avec l’adénine. Un brin d’ARN peut former des boucles et des épingles à cheveux en appariant ses propres bases, ce qui lui donne des formes tridimensionnelles variées.
Les trois grands types d’ARN
L’ARN messager (ARNm)
C’est la copie d’un gène. Lors de la transcription, une enzyme, l’ARN polymérase, ouvre la double hélice et assemble un brin d’ARN complémentaire du gène. Chez les eucaryotes, cet ARN est ensuite « mûri » dans le noyau : on retire les parties non codantes (introns), c’est l'épissage, et on protège ses extrémités. L’ARNm sort alors du noyau vers le cytoplasme.
L’ARN ribosomique (ARNr)
Associé à des protéines, il forme les ribosomes, les usines qui fabriquent les protéines. C’est l’ARNr lui-même, et non une protéine, qui catalyse la liaison entre acides aminés : le ribosome est un ribozyme.
L’ARN de transfert (ARNt)
Petite molécule en forme de trèfle, il apporte les acides aminés au ribosome. À une extrémité, il porte un acide aminé précis ; à l’autre, un anticodon de trois bases qui reconnaît le codon correspondant sur l’ARNm.
De l’ARN à la protéine : la traduction
Le ribosome se fixe sur l’ARN messager et le lit par groupes de trois bases, les codons. Il existe 64 codons possibles : 61 désignent l’un des 20 acides aminés, 3 signifient « stop ». Le codon AUG marque en général le départ. Pour chaque codon, l’ARNt complémentaire apporte son acide aminé, et la chaîne de la protéine s’allonge jusqu’au codon stop.
Ce flux d’information, ADN → ARN → protéine, a été formulé en 1958 par Francis Crick sous le nom de dogme central de la biologie moléculaire. Il connaît des exceptions : certains virus recopient leur ARN en ADN grâce à la transcriptase inverse.
D’autres ARN, d’autres rôles
Depuis la fin des années 1990, on a découvert une foule d’ARN qui ne codent aucune protéine mais régulent l’activité des gènes :
- les microARN et les petits ARN interférents bloquent ou détruisent des ARN messagers ciblés. L’interférence par ARN a valu le prix Nobel de médecine 2006 à Andrew Fire et Craig Mello, et la découverte des microARN celui de 2024 à Victor Ambros et Gary Ruvkun ;
- les longs ARN non codants participent par exemple à l’inactivation de l’un des deux chromosomes X chez la femme ;
- les ARN guides sont utilisés par les bactéries pour reconnaître les virus, un système détourné pour créer l’outil d’édition génétique CRISPR-Cas9.
Les virus à ARN
De nombreux virus ont un génome fait d’ARN et non d’ADN : grippe, coronavirus (dont le SARS-CoV-2), rougeole, hépatite C, VIH. Les ARN polymérases virales commettent beaucoup d’erreurs en se copiant, ce qui explique la vitesse d’évolution de ces virus et l’apparition fréquente de variants. Le VIH est un rétrovirus : il convertit son ARN en ADN qui s’intègre au génome de la cellule infectée.
Les vaccins à ARN messager
Un vaccin à ARNm contient un ARN messager codant une protéine du pathogène (pour le SARS-CoV-2, la protéine Spike), protégé dans de minuscules gouttelettes de lipides. Les cellules qui le reçoivent fabriquent temporairement la protéine, que le système immunitaire apprend à reconnaître. L’ARNm est ensuite dégradé en quelques jours ; il n’entre pas dans le noyau et ne modifie pas l’ADN. Les travaux de Katalin Karikó et Drew Weissman sur les ARNm modifiés, qui rendent cette technique possible, ont reçu le prix Nobel de médecine 2023. Le principe général de la vaccination est détaillé dans la fiche fonctionnement des vaccins.
L’hypothèse du monde à ARN
L’ARN est la seule molécule connue capable à la fois de stocker une information génétique (comme l’ADN) et de catalyser des réactions (comme les protéines). Beaucoup de chercheurs pensent donc qu’aux débuts de la vie, avant l’ADN et les protéines, des molécules d’ARN se répliquaient seules : c’est l’hypothèse du monde à ARN, présentée dans la fiche origine de la vie.
Questions fréquentes
L’ARN messager peut-il modifier notre ADN ?
Non. L’ARN messager reste dans le cytoplasme, alors que l’ADN est dans le noyau, et les cellules humaines ne possèdent pas normalement l’outillage pour transformer un ARN en ADN et l’insérer dans leur génome. L’ARNm est dégradé rapidement.
Pourquoi l’ARN est-il moins stable que l’ADN ?
Le ribose de l’ARN porte un groupement chimique (–OH) supplémentaire qui rend la chaîne plus facile à couper. Le simple brin est aussi plus exposé que la double hélice. Cette fragilité est utile : elle permet à la cellule d’ajuster vite la production de protéines.
Que veut dire « ARNm » ?
ARN messager : la copie d’un gène qui porte l’information du noyau jusqu’aux ribosomes, où elle est traduite en protéine.