généralité
L'ADN, ou acide désoxyribonucléique, constitue le patrimoine génétique de nombreux organismes vivants, y compris les êtres humains.
Un nucléotide générique formant l'ADN comprend 3 éléments: un groupe phosphate, le sucre de désoxyribose et une base azotée.
Organisé en chromosomes, l'ADN est utilisé pour générer des protéines, qui jouent un rôle fondamental dans la régulation de tous les mécanismes cellulaires d'un organisme.
Qu'est ce que l'ADN?
L'ADN est la macromolécule biologique qui contient toutes les informations nécessaires au bon développement et au bon fonctionnement des cellules d'un organisme vivant.
C'EST UN ACIDE NUCLEIQUE
Grâce à l'image d'un nucléotide générique, le lecteur peut remarquer que le pentose représente l'élément auquel le groupe phosphate est lié (par une liaison phosphodiestérique) et la base azotée (par une liaison N-glycosidique).
L'acronyme ADN signifie acide désoxyribonucléique ou acide désoxyribonucléique .
L'acide désoxyribonucléique appartient à la catégorie des acides nucléiques, à savoir les macromolécules biologiques constituées de longues chaînes de nucléotides .
Un nucléotide est l'unité moléculaire d'un acide nucléique, résultant de l'union de 3 éléments:
- Un groupe phosphate ;
- Un pentose, c'est-à-dire un sucre avec 5 atomes de carbone;
- Une base azotée .
Un autre acide nucléique très important: l'ARN
L' ARN est un autre acide nucléique fondamental pour le bon fonctionnement des cellules de nombreux organismes. L'acronyme ARN signifie acide ribonucléique .
L'acide ribonucléique diffère de l'acide désoxyribonucléique du profil des nucléotides.
POURQUOI EST CE PATRIMOINE GÉNÉTIQUE?
Les livres de génétique et la biologie moléculaire définissent l'ADN avec la terminologie du patrimoine génétique .
Le fait que l’ADN soit le siège des gènes est une justification de l’utilisation de cette formulation. Les gènes sont les séquences nucléotidiques dont sont dérivées les protéines. Les protéines sont une autre classe de macromolécules biologiques essentielles à la vie.
Dans les gènes de chacun de nous, il y a une partie "écrite" de ce que nous sommes et de ce que nous allons devenir.
DECOUVERTE DE L'ADN
La découverte de l'ADN est le résultat de nombreuses expériences scientifiques.
Les recherches les plus anciennes et les plus importantes à cet égard ont commencé à la fin des années 1920 et appartenaient à un médecin britannique, Frederick Griffith ( expérience de transformation de Griffith ). Griffith a défini ce que nous appelons maintenant l’ADN sous le terme " principe de transformation " et a estimé qu’il s’agissait d’une protéine.
Les expériences de Griffith se sont poursuivies entre 1930 et 1940 avec le biologiste américain Oswald Avery et ses collaborateurs. Avery a montré que le "principe de transformation" de Griffith n'était pas une protéine, mais un autre type de macromolécule: un acide nucléique. .
La structure précise de l'ADN est restée inconnue jusqu'en 1953, date à laquelle James Watson et Francis Crick ont proposé le " modèle à double hélice " pour expliquer la disposition des nucléotides dans l'acide désoxyribonucléique.
Watson et Crick avaient une intuition incroyable, révélant à toute la communauté scientifique ce que les biologistes et les généticiens cherchaient depuis des années.
La découverte de la structure exacte de l'ADN a permis d'étudier et de comprendre les processus biologiques dans lesquels l'acide désoxyribonucléique est impliqué: par la manière dont il réplique et forme l'ARN (un autre acide nucléique) et dont il génère les protéines.
Des études menées par Rosaling Franklin, Maurice Wilkins et Erwin Chargaff ont été fondamentales pour la description du modèle de Watson et Crick.
structure
Le soi-disant "modèle à double hélice" de Watson et Crick a montré que l'ADN est une très longue molécule, composée de deux brins nucléotidiques (filaments polynucléotidiques). Unis l'un à l'autre mais orientés dans des directions opposées, ces deux brins polynucléotidiques sont enveloppés l'un dans l'autre, à la manière d'une spirale.
La structure de l’ADN étant un sujet assez complexe, nous allons essayer de mentionner les points les plus importants, sans dépasser les détails.
QU'EST-CE QUE LA PENTOSE DE L'ADN?
Le sucre à 5 carbones, qui distingue la structure des nucléotides de l'ADN, est le désoxyribose .
Parmi les 5 atomes de carbone du désoxyribose, 3 méritent une mention spéciale:
- Le soi-disant " carbone 1 ", parce que c'est celui qui rejoint la base azotée ;
- Le soi-disant " carbone 2 ", parce que c'est ce qui donne le nom de désoxyribose au sucre (NB: le désoxyribose signifie "sans oxygène" et désigne l'absence d'atomes d'oxygène liés au carbone);
- Le soi-disant " carbone 5 ", car c'est celui qui se lie au groupe phosphate .
Comparaison avec l'ARN
Dans les molécules d'ARN, le pentose est le ribose . Le ribose ne diffère du désoxyribose que par la présence, sur le "carbone 2", d'un atome d'oxygène.
Le lecteur peut comprendre cette différence en regardant la figure ci-dessous.
TYPES DE NUCLEOTIDES ET DE BASES D'AZOTE
L'ADN a 4 types de nucléotides différents .
Seule la base azotée, liée au groupe pentose-phosphate du squelette (qui, contrairement à la base, ne varie jamais) se distingue de ces éléments.
Les bases de l'ADN nucléaire sont, pour des raisons évidentes, 4: l' adénine (A), la guanine (G), la cytosine (C) et la thymine (T).
L'adénine et la guanine appartiennent à la classe des purines, composés hétérocycliques à double cycle.
La cytosine et la thymine, en revanche, entrent dans la catégorie des pyrimidines, composés hétérocycliques à cycle unique.
Le modèle à double hélice de Watson et Crick a permis de clarifier deux aspects totalement inconnus à l'époque:
- Chaque base azotée présente sur un brin d’ADN rejoint une base azotée présente sur l’autre brin d’ADN, formant en fait un couple, un appariement, de bases.
- L'appariement entre les bases azotées des deux brins est très spécifique. En fait, l'adénine ne se lie qu'à la thymine, alors que la cytosine ne se lie qu'à la guanine.
Après cette seconde découverte sensationnelle, les biologistes moléculaires et les généticiens ont défini les bases d'adénine et de thymine et les bases de cytosine et de guanine comme " complémentaires l'une de l'autre ".
L'identification de l'appariement complémentaire entre les bases azotées a constitué la clé de voûte pour expliquer les dimensions physiques de l'ADN et la stabilité particulière des deux brins.
Une molécule générique d'ADN humain contient environ 3, 3 milliards de paires de bases azotées (ce qui représente environ 3, 3 milliards de nucléotides par brin).
Comparaison avec l'ARN
Dans les molécules d'ARN, les bases azotées sont l'adénine, la guanine, la cytosine et l' uracile . Ce dernier est une pyrimidine et remplace la thymine.
CRAVATE ENTRE NUCLEOTIDES
Pour maintenir les nucléotides de chaque brin d'ADN ensemble, il faut des liaisons phosphodiestères, entre le groupe phosphate d'un nucléotide et le soi-disant "carbone 5" du nucléotide immédiatement suivant.
LES FILAMENTS ONT UNE ORIENTATION OPPOSÉE
Les brins d'ADN ont deux extrémités, appelées 5 '(lit «cinq premiers») et 3' (lit «trois premiers»). Par convention, les biologistes et les généticiens ont établi que l' extrémité 5 'représente la tête d'un brin d'ADN, tandis que l' extrémité 3' représente la queue .
En proposant leur "modèle à double hélice", Watson et Crick ont affirmé que les deux brins formant l'ADN avaient une orientation opposée. Cela signifie que la tête et la queue d'un filament interagissent, respectivement, avec la queue et la tête de l'autre filament.
Etude courte sur les extrémités 5 'et 3'
Le groupe phosphate lié au "carbone 5" d'un nucléotide est son extrémité 5 ', tandis que le groupe hydroxyle lié au "carbone 3" (-OH sur la figure) représente son extrémité 3'.
L'union de plusieurs nucléotides maintient cette disposition et c'est pour cette raison que, dans les ouvrages de génétique et de biologie moléculaire, les séquences d'ADN sont décrites comme suit: P-5 '→ 3'-OH
* Remarque: la lettre majuscule P identifie l'atome de phosphore du groupe phosphate.
SIÈGE DANS LA CELLULE ET CHROMOSOME
Les organismes eucaryotes (parmi lesquels l'être humain) possèdent, dans le noyau de chacune de leurs cellules, une molécule d'ADN égale (et personnelle) .
Dans le noyau (toujours dans un organisme eucaryote), l'ADN est organisé en différents chromosomes . Chaque chromosome contient un segment précis d’ADN associé à des protéines spécifiques (histones, cohésines et condensation). L'association entre l'ADN et les protéines chromosomiques s'appelle la chromatine .
Les chromosomes chez l'être humain
Un organisme est diploïde lorsque l'ADN, à l'intérieur du noyau de la cellule, est organisé en paires de chromosomes (appelés chromosomes homologues ).
L'être humain est un organisme diploïde, car il possède 23 paires de chromosomes homologues (soit 46 chromosomes au total) dans ses cellules somatiques.
Comme dans de nombreux autres organismes, chacun de ces couples participe à un chromosome d’origine maternelle et à un chromosome d’origine paternelle.
Dans cette image, les cellules sexuelles (ou gamètes) représentent les cas: elles ont la moitié des chromosomes d’une cellule somatique normale (donc 23, chez l’être humain) et sont dites, pour cette raison, haploïdes. .
Une cellule sexuelle humaine atteint l'ensemble normal de 46 chromosomes pendant la fécondation.
fonction
L'ADN est utilisé pour générer des protéines, des macromolécules essentielles à la régulation des mécanismes cellulaires d'un organisme.
Chromosomes humains
Le processus conduisant à la formation de protéines est très complexe et comprend une étape intermédiaire fondamentale: la transcription de l'ADN en ARN .
La molécule d'ARN est comparable à un dictionnaire, car elle permet de traduire les nucléotides de l'ADN en acides aminés des protéines .
Pour faire face à la synthèse des protéines - processus qui prend naturellement le nom de traduction -, on trouve quelques petits organites cellulaires appelés ribosomes .
Les protéines ADN → ARN → sont ce que les experts appellent le dogme central de la biologie moléculaire.
