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Chaque cellule vivante contient de l'ADN composé de quatre nucléotides. L'ordre précis de ces nucléotides code pour les gènes qui demandent à la cellule de produire les protéines et les ARN essentiels à la croissance et à la réplication. Bien que chaque chromosome porte une seule copie d'ADN par cellule, les gènes qu'il abrite sont souvent transcrits en de nombreuses molécules d'ARN.
Les cellules dépendent de trois espèces principales d’ARN :l’ARN messager (ARNm), l’ARN de transfert (ARNt) et l’ARN ribosomal (ARNr). L'ARNm sert de modèle à la synthèse des protéines, tandis que l'ARNt et l'ARNr facilitent l'assemblage des acides aminés en chaînes polypeptidiques. Les ribosomes, machines complexes constituées de protéines et d'ARNr, traduisent l'ARNm en protéines fonctionnelles. Dans ce processus, l'ARNt apporte l'acide aminé correct pour correspondre au codon de l'ARNm, tandis que l'ARNr catalyse la formation de liaisons peptidiques qui relient les acides aminés entre eux.
Les cellules animales typiques contiennent des milliards de protéines, chacune synthétisée sur un ribosome. Les cellules à division rapide peuvent héberger jusqu'à dix millions de ribosomes, soulignant la forte demande pour ces usines moléculaires.
Un ribosome est constitué de deux sous-unités qui convergent autour d’un brin d’ARNm pour construire une protéine. Les sous-unités sont composées de plus de 50 protéines qui fournissent un support structurel, organisées autour de quatre grandes molécules d'ARNr qui maintiennent la forme ribosomale et catalysent la réaction de liaison peptidique. L'assemblage des ribosomes commence dans le noyau, où l'ARNr est transcrit à partir de l'ADN, transformé en fragments et combiné avec des protéines. Les ribosomes partiellement assemblés sont ensuite exportés vers le cytoplasme pour la maturation finale et prêts pour la traduction.
Pour répondre à l'exigence de dix millions de ribosomes, les cellules répètent les gènes d'ARNr dans des réseaux en tandem :environ 100 copies de chaque gène d'ARNr résident dans un génome animal typique. Malgré cette amplification, la cellule doit transcrire des milliers de molécules d'ARNr pour assembler les ribosomes nécessaires, ce qui explique l'abondance d'ARNr par rapport à sa matrice d'ADN singulière par cellule.
