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L'acide ribonucléique (ARN) est essentiel à la vie cellulaire, servant de messager qui transmet l'information génétique de l'ADN à la machinerie de synthèse des protéines de la cellule. L'ARN ribosomal se combine aux protéines pour former les ribosomes, les usines à protéines de la cellule. L'ARN de transfert apporte les acides aminés aux ribosomes, permettant la traduction de l'ARN messager en chaînes polypeptidiques. D'autres espèces d'ARN régulent l'activité cellulaire. L'enzyme ARN polymérase (RNAP), existant sous de multiples formes, orchestre l'élongation des brins d'ARN lors de la transcription de l'ADN.
Dans les cellules eucaryotes, les RNAP sont classés de I à V, chacun ayant une structure distincte et produisant une classe spécifique d'ARN. Par exemple, RNAP II synthétise l’ARN messager (ARNm). Les cellules procaryotes possèdent un seul type RNAP. L'enzyme comprend plusieurs sous-unités protéiques qui coordonnent diverses fonctions lors de la transcription. Un site actif lié au magnésium au sein du complexe ajoute des unités sucre-phosphate à l'ARN naissant, ajoutant des bases nucléotidiques conformément aux règles d'appariement des bases.
Le squelette de l’ADN est constitué d’une alternance de résidus sucre et phosphate, avec quatre bases azotées – adénine (A), thymine (T), cytosine (C) et guanine (G) – attachées à chaque sucre. La séquence des paires de bases le long de l’ADN dicte la séquence d’acides aminés des protéines. L'ADN adopte généralement une conformation en double hélice, où A s'associe à T et C s'associe à G. L'ARN, un analogue simple brin, suit la même logique d'appariement mais remplace l'uracile (U) par la thymine.
L'initiation nécessite un complexe de facteurs d'initiation protéiques et d'ARN polymérase qui reconnaît les régions promotrices de l'ADN. Ces promoteurs délimitent les unités de transcription, c'est-à-dire des groupes d'un ou plusieurs gènes. Le complexe RNAP déroule un court segment de la double hélice pour former une bulle de transcription, puis lit le brin matrice base par base pour commencer la synthèse de l'ARN.
Avant le véritable allongement, le complexe RNAP peut effectuer des faux départs, transcrivant environ dix nucléotides avant d'abandonner et de redémarrer. L'élongation commence une fois que les facteurs initiateurs se détachent, permettant au RNAP de recruter des facteurs d'élongation qui facilitent le mouvement des bulles le long de l'ADN. La polymérase étend ensuite le brin d'ARN, incorporant des nucléotides complémentaires. En cas de mésappariement, RNAP peut cliver et resynthétiser le segment défectueux. La transcription se termine lorsque l'enzyme rencontre une séquence d'arrêt ; la transcription d'ARN terminée, ainsi que les facteurs d'initiation et l'ADN, sont publiées.