Structure de l'ADN

Structure de l'ADN : Vue d'ensemble

L'ADN est l'abréviation d'acide désoxyribonucléique, et c'est un polymère composé de nombreuses petites unités monomères appelées nucléotides. Ce polymère est constitué de deux brins qui s'enroulent l'un autour de l'autre en une forme de torsion que l'on appelle une double hélice (Fig. 1). Pour mieux comprendre la structure de l'ADN, prenons un seul des brins et détordons-le, tu remarqueras que les nucléotides forment une chaîne.

Fig. 2 : Un seul brin d'ADN est un polymère, une longue chaîne d'unités plus petites appelées nucléotides.

Structure des nucléotides de l'ADN

Comme tu peux le voir sur le schéma ci-dessous, chaque structure de nucléotide de l'ADN se compose de trois parties différentes. D'un côté, nous avons un phosphate chargé négativement qui est relié à une molécule de désoxyribose fermée (un sucre à 5 carbones) qui est elle-même liée à une base azotée.

Fig. 3. La structure des nucléotides de l'ADN : un sucre désoxyribose, une base azotée et un groupe phosphate.

Chaque nucléotide possède les mêmes groupes phosphate et sucre. Mais en ce qui concerne la base azotée, il en existe quatre types différents, à savoir l'adénine (A), la thymine (T), la cytosine (C) et la guanine (G). Ces quatre bases peuvent être classées en deux groupes en fonction de leur structure.

• A et G ont deux anneaux et sont appelées purines,
• tandis que C et T n'ont qu'un seul anneau et sont appelées pyrimidines.

Comme chaque nucléotide contient une base azotée, il y a effectivement quatre nucléotides différents dans l'ADN, un type pour chacune des quatre bases différentes !

Comme nous l'avons déjà mentionné, la molécule d'ADN est composée de deux brins de polynucléotides. Ces deux brins sont maintenus ensemble par des liaisons hydrogène formées entre les bases azotées pyrimidine et purine sur les brins opposés. Il est important de noter que seules les bases complémentaires peuvent s'apparier entre elles. Ainsi, A doit toujours s'apparier avec T, et C doit toujours s'apparier avec G. Nous appelons ce concept l'appariement des bases complémentaires, et il nous permet de déterminer quelle sera la séquence complémentaire d'un brin.

Étant donné que A s'apparie toujours avec T et que G s'apparie toujours avec C, la proportion de nucléotides A dans la double hélice d'ADN est égale à celle de T. Et de la même façon, pour C et G, leur proportion dans une molécule d'ADN est toujours égale l'une à l'autre. En outre, il y a toujours des quantités égales de bases puriques et pyrimidiques dans une molécule d'ADN. En d'autres termes, [A] + [G] = [T] + [C].

Liaisons hydrogène entre les nucléotides de l'ADN

Certains atomes d'hydrogène sur une base peuvent agir comme donneur de liaison hydrogène et former une liaison relativement faible avec un accepteur de liaison hydrogène (atomes d'oxygène ou d'azote spécifiques) sur une autre base. A et T ont chacun un donneur et un accepteur et forment donc deux liaisons hydrogène entre eux. En revanche, C a un donneur et deux accepteurs et G a un accepteur et deux donneurs. Par conséquent, C et G peuvent former trois liaisons hydrogène entre eux.

Structure moléculaire de l'ADN

Maintenant que nous avons appris les structures des nucléotides de l'ADN, nous allons voir comment ceux-ci forment la structure moléculaire de l'ADN. Si tu l'avais remarqué, les séquences d'ADN de la dernière section comportaient deux nombres de part et d'autre : 5 et 3. Tu te demandes peut-être ce qu'ils signifient. Eh bien, comme nous l'avons dit, la molécule d'ADN est une double hélice composée de deux brins qui sont appariés par des liaisons hydrogène formées entre des bases complémentaires. Et nous avons dit que les brins d'ADN ont un squelette de sucre-phosphate qui maintient les nucléotides ensemble.

Fig. 4 : La structure moléculaire de l'ADN est constituée de deux brins formant une double hélice.

Maintenant, si nous regardons de près un brin d'ADN, nous pouvons voir que les deux extrémités d'un squelette de sucre-phosphate ne sont pas les mêmes. À une extrémité, tu as le sucre ribose comme dernier groupe, tandis qu'à l'autre extrémité, le dernier groupe doit être un groupe phosphate. Nous prenons le groupe de sucre ribose comme début du brin et nous le marquons par 5'. Par convention scientifique Et tu dois l'avoir deviné, l'autre extrémité qui se termine par un groupe phosphate est marquée par 3'. Maintenant, si tu te demandes pourquoi c'est important, eh bien, les deux brins complémentaires d'une double hélice d'ADN sont, en fait, dans la direction opposée l'un de l'autre. Cela signifie que si un brin va de 5' à 3', l'autre brin va de 3' à 5' !

Donc, si nous utilisons la séquence d'ADN que nous avons utilisée dans le dernier paragraphe, les deux brins ressembleraient à ceci :

5' TCAGTGCAA 3'

3' AGTCACGTT 5'

La molécule d'ADN est très longue, elle doit donc être très condensée pour pouvoir tenir à l'intérieur d'une cellule. Le complexe composé d'une molécule d'ADN et de protéines d'emballage appelées histones s'appelle un chromosome.

Structure et fonction de l'ADN

Comme tout ce qui concerne la biologie, la structure et la fonction de l'ADN sont étroitement liées. Les caractéristiques de la structure de la molécule d'ADN sont adaptées à sa fonction principale, qui est de diriger la synthèse des protéines, les molécules clés des cellules. Elles remplissent diverses fonctions essentielles telles que catalyser des réactions biologiques en tant qu'enzymes, fournir un support structurel aux cellules et aux tissus, agir en tant qu'agents de signalisation, et bien d'autres encore !

Fig. 5 : Structure et fonction de l'ADN : la séquence des nucléotides de l'ADN code pour la séquence des acides aminés d'une protéine.

Le code génétique

Tu as peut-être déjà entendu parler du terme code génétique. Il désigne la séquence de bases qui codent pour un acide aminé. Les acides aminés sont les éléments constitutifs des protéines. Comme nous l'avons déjà mentionné, les protéines constituent une immense famille de biomolécules qui effectuent la majeure partie du travail dans les organismes vivants. Les cellules doivent être en mesure de synthétiser une pléthore de protéines pour remplir leurs fonctions. La séquence d'ADN, ou plus précisément la séquence d'ADN d'un gène, dicte la séquence d'acides aminés pour la fabrication des protéines.

Pour ce faire, chaque groupe de trois bases (appelé triplet ou codon) code pour un acide aminé spécifique. Par exemple, AGT codera pour un acide aminé (appelé sérine) tandis que GCT (appelé alanine) en codera un autre !

L'autoréplication de l'ADN

Maintenant que nous avons établi que la séquence des bases de l'ADN détermine la séquence des acides aminés des protéines, nous pouvons comprendre pourquoi il est important que la séquence de l'ADN soit transmise d'une génération de cellules à l'autre.

L'appariement des bases complémentaires des nucléotides dans la structure de l'ADN permet à la molécule de se répliquer lors de la division cellulaire. Lors de la préparation de la division cellulaire, l'hélice d'ADN se sépare le long du centre en deux brins simples. Ces brins simples servent de modèles pour la construction de deux nouvelles molécules d'ADN double brin, chacune étant une copie de la molécule d'ADN d'origine !

La découverte de la structure de l'ADN

Plongeons-nous dans l'histoire qui se cache derrière cette grande découverte. Le scientifique américain James Watson et le physicien britannique Francis Crick ont développé leur modèle emblématique de la double hélice d'ADN au début des années 1950. Rosalind Franklin, une scientifique britannique, travaillant dans le laboratoire du physicien Maurice Wilkins, a fourni certains des indices les plus importants concernant la structure de l'ADN.

Franklin était passée maître dans la cristallographie aux rayons X, une technique puissante pour découvrir la structure des molécules. Lorsqu'un faisceau de rayons X frappe la forme cristallisée d'une molécule, telle que l'ADN, une partie des rayons est déviée par les atomes du cristal, générant une figure de diffraction qui révèle des informations sur la structure de la molécule. La cristallographie de Franklin a fourni des indications vitales à Watson et Crick sur la structure de l'ADN.

La célèbre "photo 51" de Franklin et de son étudiant diplômé, une image très claire de l'ADN obtenue par diffraction des rayons X, a fourni des indices vitaux à Watson et à Crick. Le schéma de diffraction en forme de X a instantanément indiqué une structure hélicoïdale à deux brins pour l'ADN. Watson et Crick ont rassemblé des données provenant de divers chercheurs, dont Franklin et d'autres scientifiques, pour créer leur célèbre modèle 3D de la structure de l'ADN.

Fig. 6 : Schéma de diffraction des rayons X de l'ADN.