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L'ARN messager transcrit de l'ADN a une fonction principale, celle de spécifier une protéine à synthétiser. Une grande partie des autres ARN cellulaires participent aussi à cette tâche, mais en tant que machines à décoder plutôt que de porteurs du code. Le code à déchiffrer comporte quatre lettres, correspondant aux nucléotides (A, G, C, ou U), alors que sa traduction en compte 20, les acides aminés qui composent toutes les protéines. Le nombre minimum de nucléotides nécessaires pour spécifier un acide aminé est donc de trois, vu que deux lettres tirées d'un alphabet de quatre ne peuvent coder que 16 combinaisons différentes. Avec trois nucléotides, le nombre est de 64, ce qui permet d'incorporer une ponctuation, nécessaire à la bonne lecture du code, et implique une redondance, avec plusieurs triplets de nucléotides spécifiant le même acide aminé. Ce deux prédictions ont été vérifiées expérimentalement, et l'un des grands succès de la biologie moléculaire des années 60 fut de déchiffrer complètement le code génétique.
Le code génétique et ses éléments de redondance
Pour que le code soit déchiffré correctement, il faut aussi spécifier un cadre de lecture modulo 3. Ceci est accompli par l'incorporation d'une méthionine (code AUG) en première position, dans un environnement favorable à l'attachement d'un ribosome. La première apparition du code AUG dans un mRNA spécifie normalement le cadre de lecture, et il est souvent précédé de plusieurs codons "stop" (UAA, UAG, UGA) pour éviter toute ambiguïté. Il est clair que des mutations qui introduisent ou enlèvent 1 ou 2 nucléotides de la partie codante d'un gène vont décaler le cadre de lecture, et donc provoquer la synthèse de protéines non fonctionelles. Ceci est une cause fréquente de mutations naturelles.
Deux cadres de lecture pour le même mRNA - deux polypeptides différents