biologie (suite)

En 1954, F. H. C. Crick et James D. Watson proposaient la théorie du code génétique, permettant d’interpréter les divers messages. Avec des alphabets de vingt signes, on pouvait imaginer que trois éléments nucléiques étaient nécessaires pour entraîner l’incorporation d’un acide aminé ; groupés par trois, les quatre signes peuvent engendrer 4³ = 64 combinaisons, tandis que, réunis par deux, 4² = 16 combinaisons seraient possibles. Or, vingt combinaisons étant indispensables, il convient d’adopter le code à 64 combinaisons ; il ressort qu’un même élément protéique correspondra à plusieurs combinaisons, à plusieurs synonymes.

Ce code génétique semble universel et valable pour tout le monde vivant. On sait préparer au laboratoire des messagers plus ou moins simples ; un de ces messagers très simple, formé par le même signe nucléique répété trois fois, associé à un système de traduction provenant d’une Bactérie, a été compris ; il s’est formé une chaîne protéique composée d’un même élément répété plusieurs fois.

Les mécanismes des diverses manifestations de phénomènes vitaux, la différenciation de l’embryon aussi bien qu’un comportement physiologique ou nerveux ne seront véritablement connus que lorsque seront identifiées les protéines se trouvant à l’origine des réactions responsables des effets considérés. Peut-être des ensembles de protéines correspondent-ils à des structures définies.

Biologie cellulaire et cytologie moléculaire

La cellule constitue l’unité fondamentale de tout être vivant, qu’il soit unicellulaire (Protozoaires, Protophytes) ou pluricellulaire (Métazoaires, Métaphytes).

Bien que les parois de la cellule aient été observées dès 1665 par l’Anglais Robert Hooke (1635-1703), une théorie cellulaire montrant l’importance primordiale de la cellule ne sera édifiée qu’en 1839 par deux Allemands, Matthias Jakob Schleiden (1804-1881), un botaniste, Theodor Schwann (1810-1882), un zoologiste. Les travaux ultérieurs corrigeaient les fort nombreuses erreurs. L’amélioration des techniques favorisait les analyses plus précises, et progressivement s’organisaient la cytologie moderne et la physiologie cellulaire. La construction du microscope électronique ouvrait une nouvelle ère en permettant la découverte des ultrastructures, ou structures fines des diverses parties de la cellule. L’accumulation des observations fit ressortir une identité structurale des cellules animale et végétale. Un organite tel que l’appareil de Golgi, longtemps considéré comme propre à la cellule animale, existe aussi dans la cellule végétale, et son rôle y est important. La complexité du cytoplasme devient évidente ; il abrite des organites variés (mitochondries, appareil de Golgi, réticulum endoplasmique, ribosomes, vacuoles...). Tous présentent un extraordinaire développement de systèmes membraneux, ou membranes intérieures, les cytomembranes, composées de feuillets extrêmement minces ; ces cytomembranes délimitent des compartiments et agissent soit comme barrières, soit comme sièges de réactions métaboliques. La cellule peut être comparée à un sac contenant environ 50 p. 100 de membranes, qui interviennent dans le métabolisme. Des membranes et des systèmes de membranes sont présents dans toutes les cellules ; ce sont la membrane plasmatique, la mieux connue et fort importante, le système de membranes dans les mitochondries, dans le réticulum endoplasmique, les systèmes de membranes de l’appareil de Golgi et de ses dérivés, des lysosomes, des membranes nucléaires, des vacuoles et vaculoïdes de sécrétion. D’autres systèmes de membranes sont particuliers à des cellules ou à des tissus : membrane de myéline des nerfs, synapses du tissu nerveux, membranes des érythrocytes, des chloroplastes, des cellules photosensibles (cônes et bâtonnets de la rétine).

• Pourquoi cette multiplication des membranes ? Quels sont leurs rôles et leurs fonctions ?
La réponse à ces questions exigeait la connaissance de la composition chimique des membranes et de leur organisation moléculaire, c’est-à-dire l’organisation architecturale tridimensionnelle des divers éléments, les types de contact des éléments entre eux et les diverses interréactions dans les interfaces.

Logiquement, les recherches s’orientèrent vers la cytologie moléculaire, qui considère les macromolécules, ou groupements ternaires et quaternaires des molécules.

Les membranes péricellulaires et intracellulaires sont composées de lipides (phospholipides, cholestérine, complexes lipidiques) et de protéines. Selon les rapports quantitatifs des lipides et des protéines, on distingue deux types de membranes, les uns à prédominance lipidique (membrane plasmatique, membrane des globules rouges, membrane myélinique des nerfs...), les autres à prédominance protéique (membranes des mitochondries, du réticulum endoplasmique, des lysosomes...). Les protéines des membranes présentent deux aspects : protéines à molécules allongées, qui participent à la structure, et protéines globulaires, qui exercent une action métabolique (les enzymes notamment). Chacun des systèmes de membranes présente des particularités structurales. La structure des membranes n’est pas immuable ; elle varie sous l’influence de certaines conditions, interactions dynamiques entre les composants chimiques, et de certains mouvements des membranes, qui changent les contacts entre les divers sites et modifient les réactions enzymatiques. Sous des actions variées, les membranes peuvent disparaître ; cette perturbation intervient certainement dans la vie cellulaire, car les cytomembranes assurent les activités métaboliques et synthétiques. Tout comme les structures, les fonctions des divers systèmes de membranes sont spécialisées.

Les mécanismes responsables sont liés aux processus moléculaires, dont l’analyse complexe est commencée ; elle entraîne le développement de deux nouvelles disciplines, la cytoenzymologie et l’histoenzymologie.

Des enzymes sont fixées aux membranes. Ce sont des macromolécules compliquées, qui se fixent à un substrat grâce à un « site d’union » ; mais le déclenchement de la réaction catalytique est solidaire du contact avec un « site actif » de l’enzyme. Ces sites actifs, composés de quelques acides aminés, sont indispensables à la fonction catalytique comportant un transfert d’électrons et leur nouvelle répartition. Il est donc important de rechercher la situation des sites actifs dans la séquence des acides aminés constitutifs de l’enzyme.