Information génétique – glossariumBITri

1. Les formes de vie et leur information génétique

En général, les cellules peuvent être déterminées comme l’unité minimale de la vie, par leur capacité à générer, dupliquer et traiter l’information. Une cellule contientdifférentes parties, qui possèdent une fonction et un processus déterminés pour faire de la cellule une machine qui peut réagir à son environnement et aux influences extérieures . La capacité à recevoir, traiter et créer des informations par duplication, comme dans la traduction/transcription, fait de la cellule un système totalement indépendant et donc une forme de vie indépendante.

Les cellules peuvent être séparées en deux types différents. L’un est le concept le plus simple et le plus basique d’une structure cellulaire. Il est utilisé par les bactéries et les archées, qui étaient les seules formes de vie sur terre jusqu’à ce que des cellules plus évoluées apparaissent au cours du processus d’évolution. Ces cellules sont appelées cellules procaryotes, tandis que les autres sont les cellules eucaryotes, qui héritent d’une structure cellulaire plus complexe. La principale différence entre ces deux types de cellules est la structure et la forme de stockage de l’information. L’information de la cellule procaryote, appelée ADN en termes biologiques, est stockée sous la forme d’une structure pliée qui flotte dans la cellule en chaînes denses super enroulées. À l’inverse, la cellule eucaryote possède un noyau, appelé noyau, où l’ADN est stocké pour une utilisation ultérieure. L’ADN est enroulé autour de protéines, appelées histones. La structuredu noyau est ponctuée, ainsi certains fragments peuvent quitter le confinement du noyau par des trous dans la membrane du noyau.

2. ADN- structure et fonctionnalité

L’ADN est un terme court pour l’acide désoxyribonucléique. L’ADN décrit la structure de l’information génétique, qui est basée sur un polynucléotide. Un polynucléotide décrit une longue chaîne de nucléotides qui est la même dans toutes les cellules vivantes, aussi bien chez les eucaryotes que chez les procaryotes. Chaque nucléotide est basé sur l’une des quatre bases nucléiques suivantes : Adénine, Cytosine ; Thymine etGuanine. Deux bases sont complémentaires l’une de l’autre, l’adénine de la thymine et la guanine de la cytosine, et une certaine structure peut être formée par les séquences des nucléobases complémentaires. Le nucléotide lui-même est constitué d’une phosphatemolécule, d’une molécule de sucre et d’une nucléobase. Les différentes nucléobases sont liées par une forte liaison hydrogène qui confère à l’ADN une certaine flexibilité tout en maintenant la séquence déterminée des nucléobases. Dans le noyau cellulaire, l’ADN se présente sous la forme d’une double hélice pour prendre moins de place lorsqu’il est enroulé en une boule serrée au centre du noyau (Lara, 2009). Selon Lara, chaque nucléotide peut établir une « association tête-queue avec n’importe quel autre nucléotide » à ses extrémités 5′ et 3′. Cela signifie que chaque nucléotide a une structure définie avec deux extrémités différentes pour interagir et se lier avec d’autres nucléotides. Ce phénomène définit la séquence de l’ADN qui est essentielle à la croissance et au développement des formes de vie.

La séquence de l’ADN a été chiffrée pour la première fois par les scientifiques James Dewey Watson etFrancis Crick. Avec leur découverte de la séquence de l’ADN, également appelée « Universalité du code génétique », l’attention s’est déplacée de la chimie derrière l’ADN vers le codage de l’ADN par les bases nucléiques et la structure moléculaire de l’information dans une cellule (Lyre, 2002).

La séquence d’ADN est utilisée pour stocker des informations sur la construction des protéineset d’autres fonctions opérationnelles de la cellule. Par la transcription et la traduction, cette information peut être reproduite et lue pour construire de nouvelles protéines dans la cellule.

3. Processus de réplication de l’information en biologie

Les cellules ont la capacité de reproduire des protéines, par la traduction, pour soutenir la survie de la cellule à long terme. Les protéines sont basées sur les acides aminés et chaque protéine se distingue par son utilisation et sa fonction. La cellule elle-même est séparée en deux compartiments différents. Le cytoplasme entoure toutes les parties de l’intérieur de la cellule et ces parties peuvent flotter librement à travers le confinement des parois cellulaires. En revanche, le noyau, de forme arrondie, contient l’ADN de la cellule ainsi que les équipements qui gèrent ces informations stockées. Même l’activation et le blocage de certaines séquences nucléotidiques peuvent être réalisés avec ce type d’équipement (Lara, 2009 : 3). Les deux parties, le noyau et le cytoplasme, sont séparées par l’enveloppe nucléaire, qui divise physiquement les différentes étapes du flux d’informations à l’intérieur de la cellule. Selon Lyre (2003 : 91), le traitement de l’information comprend deux étapes différentes, la transcription et la traduction. En outre, l’ADN peut être répliqué pour correspondre au besoin de la division cellulaire par la croissance.

1. Transcription :

Le processus de transcription décrit l’acte de copier une séquence d’ADN en une forme d’information plus mobile. Cette forme est appelée l’ARNm, qui signifie acide ribonucléique messager. Elle représente la moitié de la partie requise de la structure en hélice des nucléotides d’origine.

Lorsque l’ARN messager est entièrement développé, il passe par des trous dans la paroi du noyau et entre dans l’étape suivante du traitement de l’information, le cytoplasme.

2. La traduction :

Dans le cytoplasme a lieu l’étape suivante du traitement de l’information cellulaire, appelée processus de traduction. L’ARNm flotte maintenant librement dans le cytoplasme et une protéine appelée ribosome, se fixe à l’ARNm et commence à ajouter un ARNt au premier codon de l’ARNm. Il existe différents ARNt correspondant aux différentes séquences de bases nucléiques attachées à la structure de l’ARNm. En lisant la séquence de nucléobases, un acide aminé est construit et une protéine se développe (bioadmin, 2013). Cette protéine se déplace dans le cytoplasme et est intégrée dans la maille cellulaire qui sépare l’intérieur de la cellule du monde extérieur. Une fois placée à l’intérieur de la maille, laprotéine peut commencer à remplir différentes fonctions.

3. La réplication :

L’acte de réplication de l’ADN est nécessaire lorsque la cellule atteint une certaine taille. L’ADN est répliqué pour donner à la nouvelle cellule un ensemble d’informations pour produire des protéines et fonctionner de manière appropriée. D’abord, la double hélice de l’ADN est séparée, et les bases nucléiques complémentaires divisées sont à nouveau appariées avec leurs homologues pour maintenir le même ensemble de séquences et donc l’information génétique donnée par l’ADN de la cellule d’origine.

4. Capacité de stockage de l’ADN

Un acide aminé est basé sur un codon, qui contient trois nucléobases. Si l’on prend en compte le fait qu’il existe quatre possibilités différentes pour remplir ces triplets d’un codon, on peut alors déterminer la complexité d’un codon. Les configurations d’un codon triplet sont les suivantes : 64 codons différents. Si nous prenons une chaîne d’ADN composée de 100 codons, nous avons des séquences alternatives. La moyenne des nucléotides contenus dans l’ADN d’une forme de vie simple, par exemple Escherichia coli, est de N=. Cela signifie que si nous calculons que pour l’alternance des séquences, cela signifie (Lyre, 2002, p. 94). Ces capacités de stockage dépassent les limites de notre propre imagination. Même pour la plus simple des formes de vie ici sur terre, les informations sur les processus et les substances stockées sont trop complexes pour être comprises.

5. Sémantique de la production de protéines etfonctionnalité de l’ADN

La définition de la sémantique est « l’étude des significations dans le langage » (Cambridge, 2014)qui peut être appliquée aux cellules comme le langage du codage de l’ADN et du flux d’informations dans l’interaction cellulaire. Comme indiqué précédemment, l’information génétique est stockée dans l’ADN d’une cellule par le biais du codage des nucléotides et des codons. L’importance de l’information pour la cellule est le décodage de cette séquence déterminée de nucléotides pour générer des acides aminés et produire des protéines vitales pour la survie de la cellule elle-même. Ces protéines ont une fonction bien déterminée dans la maille cellulaire pour échanger des nutriments ou soutenir la structure de la cellule. La sémantique d’une cellule elle-même est basée sur la fonctionnalité du décodage de la séquence de nucléotides. Un code n’est utile que lorsque la fonctionnalité définie de la protéine est donnée après la synthèse et que la protéine fonctionne de la manière pour laquelle elle a été conçue. Lara affirme dans son article qu’il existe des régulateurs externes qui « méditent l’activation ou la non-activation de portions spécifiques, qui peuvent également être régulées par des agents externes à la protéine » (Lara, p. 3). Le problème de cette thèse est la complexité des relations entre l’information stockée dans l’ADN et son effet sur les protéines. Les protéines déjà existantes permettent à l’ADN de traduire l’information nécessaire et de construire les protéines plus tard dans le processus.Le flux d’information doit donc être décrit comme étant à double sens et, par conséquent, ni l’ADN ni les protéines ne peuvent être considérés comme l’émetteur du signal initialde la traduction des morceaux d’ADN (Lyre, 2002).

6. Signaux pour l’ADN-Transcription et flux d’informations

Un facteur d’influence pour le traitement et le stockage des informations biologiques est la séquence du nucléoïde. Mais à côté de cela, d’autres propriétés structurelles de l’ADN peuvent être valorisées comme codage de stockage. La configuration électronique des parties des molécules d’ADN ou la topologie,topologie désigne « l’étude des propriétés des formes géométriques qui restent invariantes sous certaines transformations, comme la flexion ou l’étirement » (dictionnaire.com, 2017), propriétés de l’ADN dans sa structure tridimensionnelle (Lyre, 2002, p. 99). Ces propriétés fonctionnelles de la structure de l’ADN peuvent influencer la capacité de stockage et la manière de coder l’information dans l’ADN cellulaire de différentes formes de vie. Un phénomène appelé « ADN poubelle » peut également constituer un renforcement de ces propriétés par sa répétitivité dans l’ADN général. Des molécules régulatrices, des enzymes et des protéines structurelles qui influencent l’information biologique de la cellule d’une certaine manière. Certains gènes sont exprimés d’une certaine manière pour déterminer la structure des protéines cultivées. Dans le processus de transcription, les protéines structurelles mentionnées précédemment peuvent activer ou désactiver certains types d’expression de gènes afin de modifier la composition globale des protéines.La structure des protéines est modifiée en utilisant la même partie de l’ADN par la transcription mais en modifiant l’expression des gènes.

Autant de facteurs intracellulaires, des facteurs extracellulaires déterminent le traitement de l’information. On peut les distinguer en deux parties distinctes. D’une part, il y a les molécules qui peuvent traverser la membrane cellulaire, en raison de leur petite structure, et adhérer à des récepteurs nucléaires spéciaux et modifier le processus de traduction de l’ADN et la synthèse de l’ARN pour le processus de traduction ultérieur. De l’autre côté, il y a le facteur d’influence de la charge ajoutée par des molécules externes, qui peut modifier la structure tridimensionnelle de la molécule de protéine et donc sa fonctionnalité pour la cellule (Lyre, 2002, p. 100). Une cellule isolée peut être appelée un flux d’information autorégulé et donc une machine de traitement indépendante pour les informations envoyées par la cellule elle-même (Lara, p. 9).

7. Facteurs d’influence pour le codage de l’information

Selon l’explication de Lyre, l’action de traiter l’information a été développée par le concept d’évolution à travers plusieurs milliards d’années. Sinon, selon Lyre, il n’y aurait aucun intérêt pour les cellules à développer une structure cellulaire si ce n’est en changeant l’information dans l’ADN et en codant l’information sous la forme de leur ADN cellulaire pour la synthèse des protéines (Lyre, 2002, p. 103). Le concept d’évolution peut être décrit comme la force principale derrière le système d’ADN sur lequel reposent tous les êtres vivants complexes. L’environnement et les facteurs qui interviennent dans ce système complexe de formes de vie coexistantes et d’interactions sont la force motrice de l’évolution de l’information biologique contenue dans une cellule vivante. Il détermine « qu’une nouvelle cellule reconstruit diachroniquement les structures soutenant le phénotype de l’être vivant individuel » (Díaz, 2017, p. 6). Comme l’a décrit M. Diaz, l’évolution de l’information génétique est déterminée par l’environnement dans lequel un être vivant interagit et modifie donc l’information biologique sur une longue période pour ajuster le phénotype de l’être individuel. Il le décrit comme le « substrat sur lequel de nouvelles déterminations dans le processus de morphogenèse ont lieu de manière épigénétique » (Díaz, 2017, p. 6). La capacité neuronale des formes de vie peut également être différente pour le traitement d’une information donnée. Par exemple, un humain peut traiter des informations ou des processus de plus en plus difficiles comme une autre forme de vie qui pourrait avoir plus de capacité neuronale par ses informations biologiques, mais la structure du cerveau et les connexions neuronales ne peuvent pas permettre la pleine capacité de la pensée complexe.

Le développement de la vie est déterminé par les instructions qui se trouvent dans les génomes et les facteurs externes basés sur l’environnement. En raison de cette déclaration, il n’est pas surprenant que la vie sur terre telle qu’elle est aujourd’hui étant façonnée par l’altération continue de l’information biologique originaire des bactéries et développée aux phénotypes de toutes les différentes sortes d’êtres vivants au cours de la période de milliards d’années.

Récepteurs assignés des facteurs d’influence externes, le système nerveux et les muscles/organes. Les muscles/organes peuvent être déterminés comme des unités opérationnelles quiinteragissent avec l’environnement et changent en raison de l’adaptation aux défis environnementaux rencontrés en raison des différents climats et habitats. Le système nerveux, d’autre part, sécurise le bon fonctionnement et la coordination des unités opérationnelles et peut être déterminé comme une sorte de métasystème qui traite l’information et donne des réponses aux signaux externes à travers les unités opérationnelles (Díaz, 2017, pp. 6-9).

8. L’évolution de l’ADN enregistrant à Darwin et la science de l’évolution

Charles Darwin représente le concept original de l’évolution qui applique le concept de « survie du plus apte ». Selon ce concept, seuls les individus les plus forts et les mieux adaptés d’une espèce peuvent survivre dans l’environnement dans lequel ils vivent et transmettre leur patrimoine génétique, ou information biologique, à la génération suivante, tandis que les autres individus meurent en raison de leur manque d’adaptation à l’environnement. Les biologistes d’aujourd’hui définissent l’évolution comme « l’ensemble des individus capables de générer une progéniture qui peut se reproduire » (Lyre, 2002, p. 108). Mais dans une espèce, il n’y a « pas deux individus » avec la même information génétique en raison de la mutation aléatoire dans le pool de gènes et de la recombinaison dans le processus de reproduction. Ce type de variation de l’information génétique chez les individus d’une espèce varie dans un système chaotique et n’est pas déterminé par un plan ou un modèle fixe. La simple coïncidence des randommutations dans la séquence des nucléobases, et donc des codons, peut être décrite comme le facteur moteur de l’altération de l’information biologique. Les individus les plus aptes et les plus adaptés, en raison de la mutation sur plusieurs générations, peuvent survivre mieux que ceux qui n’ont pas ce trait spécial. (Lyre, 2002, pp. 109-115)

9. Evolution de l’information biologique

L’origine d’une structure cellulaire peut être décrite comme une coïncidence. Des chaînes d’acides aminés et de nucléotides flottaient dans la soupe primitive, il y a des milliards d’années. Puis, par une sorte de coïncidence, ces chaînes ont commencé à s’organiser et à construire des réseaux capables de traiter des informations données, par exemple par l’environnement ou d’autres cellules, et de réagir en conséquence. Ces réseaux sont en forme de cercle pour assurer le traitement complet des informations provenant de sources extérieures. Cela signifie que toutes les formes de vie biologique ont évolué à partir d’un ensemble spécifique d’informations biologiques et qu’elles descendent donc d’un archétype qui s’est développé par coïncidence. Cela peut également être observé dans les étapes du développement des embryons de différentes espèces après la fécondation. Les embryons sont similaires dans les premiers stades mais développent les propriétés particulières de leur espèce au fil du temps jusqu’à ce qu’ils se distinguent totalement par leur forme et leurs capacités.