Acide désoxyribonucléique
L'ADN, abréviation de l'acide désoxyribonucléique, est la molécule qui contient le code génétique des organismes. Cela inclut les animaux, les plantes, les protistes, les archées et les bactéries.
L'ADN est présent dans chaque cellule de l'organisme et indique aux cellules quelles protéines fabriquer. La plupart du temps, ces protéines sont des enzymes. Les enfants héritent de l'ADN de leurs parents. C'est pourquoi les enfants partagent avec leurs parents des traits tels que la couleur de la peau, des cheveux et des yeux. L'ADN d'une personne est une combinaison de l'ADN de chacun de ses parents.
Une partie de l'ADN d'un organisme est constituée de séquences d'"ADN non codant". Elles ne codent pas pour les séquences de protéines. Certains ADN non codants sont transcrits en molécules d'ARN non codantes, comme l'ARN de transfert, l'ARN ribosomique et les ARN régulateurs. D'autres séquences ne sont pas transcrites du tout, ou donnent naissance à des ARN de fonction inconnue. La quantité d'ADN non codant varie considérablement d'une espèce à l'autre. Par exemple, plus de 98 % du génome humain est constitué d'ADN non codant, alors que seulement 2 % environ du génome bactérien typique est constitué d'ADN non codant.
Les virus utilisent soit l'ADN soit l'ARN pour infecter les organismes. La réplication du génome de la plupart des virus à ADN a lieu dans le noyau de la cellule, alors que les virus à ARN se répliquent généralement dans le cytoplasme.
La structure d'une partie de la double hélice de l'ADN
Structure chimique de l'ADN. Les groupes phosphate sont jaunes, les sucres désoxyribonucléiques sont orange, et les bases azotées sont vertes, violettes, roses et bleues. Les atomes représentés sont : P=phosphore O=oxygène =azote H=hydrogène
Copie de l'ADN
Structure de l'ADN
L'ADN a la forme d'une double hélice, qui ressemble à une échelle enroulée en spirale. Chaque échelon de l'échelle est une paire de nucléotides.
Nucléotides
Un nucléotide est une molécule composée de :
- le désoxyribose, une sorte de sucre à 5 atomes de carbone,
- un groupe phosphate composé de phosphore et d'oxygène, et
- base azotée
L'ADN est composé de quatre types de nucléotides :
- Adenine (A)
- Thymine (T)
- Cytosine (C)
- Guanine (G)
Les "barreaux" de l'échelle ADN sont constitués de deux bases, une base provenant de chaque jambe. Les bases sont reliées au milieu : "A" ne s'apparie qu'avec "T", et "C" ne s'apparie qu'avec "G". Les bases sont maintenues ensemble par des liaisons hydrogène.
L'adénine (A) et la thymine (T) peuvent s'associer car elles forment deux liaisons hydrogène, et la cytosine (C) et la guanine (G) s'associent pour former trois liaisons hydrogène. Bien que les bases soient toujours en paires fixes, les paires peuvent se présenter dans n'importe quel ordre (A-T ou T-A ; de même, C-G ou G-C). De cette façon, l'ADN peut écrire des "codes" à partir des "lettres" que sont les bases. Ces codes contiennent le message qui indique à la cellule ce qu'elle doit faire.
Chromatine
Sur les chromosomes, l'ADN est lié à des protéines appelées histones pour former la chromatine. Cette association participe à l'épigénétique et à la régulation des gènes. Les gènes sont activés et désactivés au cours du développement et de l'activité cellulaire, et cette régulation est à la base de la plupart des activités qui ont lieu dans les cellules.
Copier l'ADN
Lorsque l'ADN est copié, on appelle cela la réplication de l'ADN. En bref, les liaisons hydrogène qui maintiennent ensemble les bases jumelées sont rompues et la molécule est divisée en deux : les pieds de l'échelle sont séparés. Cela donne deux brins simples. De nouveaux brins sont formés en faisant correspondre les bases (A avec T et G avec C) pour former les brins manquants.
Tout d'abord, une enzyme appelée ADN hélicase divise l'ADN en son milieu en rompant les liaisons hydrogène. Ensuite, une fois que la molécule d'ADN est en deux morceaux séparés, une autre molécule appelée ADN polymérase fabrique un nouveau brin qui correspond à chacun des brins de la molécule d'ADN divisée. Chaque copie d'une molécule d'ADN est constituée de la moitié de la molécule originale (de départ) et de la moitié de nouvelles bases.
Mutations
Lorsque l'ADN est copié, des erreurs sont parfois commises - on parle alors de mutations. Il existe trois principaux types de mutations :
- Suppression, lorsqu'une ou plusieurs bases sont omises.
- Substitution, où une ou plusieurs bases sont remplacées par une autre base dans la séquence.
- L'insertion, où une ou plusieurs bases supplémentaires sont mises en place.
- La duplication, où une séquence de paires de bases est répétée.
Les mutations peuvent également être classées selon leur effet sur la structure et la fonction des protéines, ou leur effet sur la forme physique. Les mutations peuvent être mauvaises pour l'organisme, ou neutres, ou bénéfiques. Parfois, les mutations sont fatales pour l'organisme : la protéine produite par le nouvel ADN ne fonctionne pas du tout, ce qui entraîne la mort de l'embryon. D'autre part, l'évolution est favorisée par les mutations, lorsque la nouvelle version de la protéine fonctionne mieux pour l'organisme.
Synthèse des protéines
Une partie de l'ADN qui contient les instructions pour fabriquer une protéine est appelée un gène. Chaque gène possède la séquence d'au moins un polypeptide. Les protéines forment des structures, et aussi des enzymes. Les enzymes effectuent la majeure partie du travail dans les cellules. Les protéines sont fabriquées à partir de petits polypeptides, qui sont formés d'acides aminés. Pour qu'une protéine puisse faire un travail particulier, les acides aminés corrects doivent être réunis dans le bon ordre.
Les protéines sont fabriquées par de minuscules machines dans la cellule appelées ribosomes. Les ribosomes se trouvent dans le corps principal de la cellule, mais l'ADN n'est présent que dans le noyau de la cellule. Le codon fait partie de l'ADN, mais l'ADN ne quitte jamais le noyau. Comme l'ADN ne peut pas quitter le noyau, la cellule fait une copie de la séquence d'ADN dans l'ARN. Celle-ci est plus petite et peut passer par les trous - les pores - de la membrane du noyau et sortir dans la cellule.
Les gènes codés dans l'ADN sont transcrits en ARN messager (ARNm) par des protéines telles que l'ARN polymérase. L'ARNm mature est ensuite utilisé comme modèle pour la synthèse des protéines par le ribosome. Les ribosomes lisent des codons, des "mots" composés de trois paires de bases qui indiquent au ribosome quel acide aminé ajouter. Le ribosome scanne un ARNm et lit le code pendant qu'il fabrique la protéine. Un autre ARN, appelé ARNt, aide à faire correspondre le bon acide aminé à chaque codon.
Histoire de la recherche sur l'ADN
L'ADN a été isolé pour la première fois (extrait de cellules) par le médecin suisse Friedrich Miescher en 1869, alors qu'il travaillait sur les bactéries du pus dans les bandages chirurgicaux. La molécule a été trouvée dans le noyau des cellules et il l'a donc appelée nucléine.
En 1928, Frederick Griffith a découvert que les traits de la forme "lisse" du pneumocoque pouvaient être transférés à la forme "rugueuse" de la même bactérie en mélangeant des bactéries "lisses" tuées avec la forme "rugueuse" vivante. Ce système a fourni la première suggestion claire que l'ADN porte l'information génétique.
L'expérience Avery-MacLeod-McCarty a identifié l'ADN comme le principe de transformation en 1943.
Le rôle de l'ADN dans l'hérédité a été confirmé en 1952, lorsque Alfred Hershey et Martha Chase, dans l'expérience Hershey-Chase, ont montré que l'ADN est le matériel génétique du bactériophage T2.
Dans les années 1950, Erwin Chargaff a découvert que la quantité de thymine (T) présente dans une molécule d'ADN était à peu près égale à la quantité d'adénine (A) présente. Il a constaté que la même chose s'applique à la guanine (G) et à la cytosine (C). Les règles de Chargaff résument cette constatation.
En 1953, James D. Watson et Francis Crick ont proposé dans la revue Nature ce qui est maintenant accepté comme le premier modèle correct de structure de l'ADN à double hélice. Leur modèle moléculaire à double hélice de l'ADN était alors basé sur une seule image de diffraction des rayons X "Photo 51", prise par Rosalind Franklin et Raymond Gosling en mai 1952.
Des preuves expérimentales soutenant le modèle de Watson et Crick ont été publiées dans une série de cinq articles dans le même numéro de Nature. Parmi ceux-ci, l'article de Franklin et Gosling était la première publication de leurs propres données de diffraction des rayons X et de leur méthode d'analyse originale qui soutenait en partie le modèle de Watson et Crick ; ce numéro contenait également un article sur la structure de l'ADN par Maurice Wilkins et deux de ses collègues, dont l'analyse et les modèles de rayons X de l'ADN-B in vivo soutenaient également la présence in vivo des configurations d'ADN à double hélice telles que proposées par Crick et Watson pour leur modèle moléculaire d'ADN à double hélice dans les deux pages précédentes de Nature. En 1962, après la mort de Franklin, Watson, Crick et Wilkins ont reçu conjointement le prix Nobel de physiologie ou de médecine. À l'époque, les prix Nobel n'étaient décernés qu'à des lauréats vivants. Un débat se poursuit pour savoir qui devrait recevoir le mérite de cette découverte.
En 1957, Crick a expliqué la relation entre l'ADN, l'ARN et les protéines, dans le dogme central de la biologie moléculaire.
La façon dont l'ADN a été copié (le mécanisme de réplication) est apparue en 1958 grâce à l'expérience de Meselson-Stahl. D'autres travaux de Crick et de ses collègues ont montré que le code génétique était basé sur des triplets de bases ne se chevauchant pas, appelés codons. Ces découvertes représentent la naissance de la biologie moléculaire.
La manière dont Watson et Crick ont obtenu les résultats de Franklin a fait l'objet de nombreux débats. Crick, Watson et Maurice Wilkins ont reçu le prix Nobel en 1962 pour leurs travaux sur l'ADN - Rosalind Franklin était morte en 1958.
James D. Watson et Francis Crick (à droite), avec Maclyn McCarty (à gauche)
L'ADN et la vie privée
La police américaine a utilisé les bases de données publiques d'ADN et d'arbres généalogiques pour résoudre des affaires non résolues. L'Union américaine des libertés civiles a fait part de ses préoccupations concernant cette pratique.
Pages connexes
- Division cellulaire
- Mitose
- Meiosis
- Réparation de l'ADN
- Chromosome
- Analyse des séquences
Questions et réponses
Q : Qu'est-ce que l'ADN ?
A : L'ADN est l'abréviation d'acide désoxyribonucléique et est la molécule qui contient le code génétique des organismes, y compris les animaux, les plantes, les protistes, les archées et les bactéries. Elle est constituée de deux chaînes de polynucléotides en double hélice.
Q : Comment l'ADN indique-t-il aux cellules les protéines à fabriquer ?
R : La plupart du temps, les protéines qui sont fabriquées sont des enzymes qui sont déterminées par les instructions contenues dans l'ADN.
Q : Comment les enfants héritent-ils des traits de leurs parents ?
R : Les enfants partagent des traits avec leurs parents car ils héritent d'une partie de l'ADN de leurs parents qui détermine des choses comme la couleur de la peau, des cheveux et des yeux. La combinaison de l'ADN des deux parents forme un ensemble unique d'instructions pour chaque enfant.
Q : Qu'est-ce que l'ADN non codant ?
R : Les séquences d'ADN non codantes sont des parties du génome d'un organisme qui ne codent pas pour des séquences de protéines. Certains ADN non codants peuvent être transcrits en molécules d'ARN non codantes telles que l'ARN de transfert ou l'ARN ribosomal, tandis que d'autres séquences peuvent ne pas être transcrites du tout ou donner naissance à des ARN aux fonctions inconnues. La quantité d'ADN non codant varie selon les espèces.
Q : Où les organismes eucaryotes stockent-ils la plupart de leur ADN ?
R : Les organismes eucaryotes comme les animaux, les plantes, les champignons et les protistes stockent la plupart de leur ADN à l'intérieur du noyau cellulaire tandis que les procaryotes comme les bactéries et les archées stockent le leur uniquement dans le cytoplasme dans des chromosomes circulaires.
Q : Comment la chromatine aide-t-elle à organiser l'ADN à l'intérieur des chromosomes eucaryotes ?
R : Les protéines de la chromatine telles que les histones aident à compacter et à organiser l'ADN à l'intérieur des chromosomes eucaryotes afin qu'il soit facilement accessible en cas de besoin.
