L’acide désoxyribonucléique ou ADN est une molécule qui est le support de l’information génétique dans presque tous les organismes vivants. Il contient les instructions biologiques pour le développement, la survie et la reproduction des organismes.L’ADN se trouve dans le noyau d’une cellule où il est emballé dans une forme compacte appelée chromosome avec l’aide de plusieurs protéines appelées histones. On le trouve également dans des structures cellulaires appelées mitochondries. Cependant, dans le cas des procaryotes, l’ADN n’est pas enfermé dans un noyau ou une membrane mais est présent dans le cytoplasme. L’ADN des procaryotes est généralement circulaire et super enroulé, sans histones. L’ADN stocke l’information génétique sous la forme d’une séquence de nucléotides dans des régions spéciales appelées gènes, qui sont utilisées pour fabriquer des protéines. L’expression de l’information génétique en protéines est un processus en deux étapes dans lequel la séquence de nucléotides de l’ADN est convertie en une molécule appelée acide ribonucléique ou ARN par un processus appelé transcription. L’ARN est utilisé pour fabriquer des protéines par un autre processus appelé traduction. Le génome humain contient près de 3 – 109 bases avec environ 20 000 gènes sur 23 chromosomes.

L’ADN a été découvert pour la première fois par le biochimiste allemand Frederich Miescher en l’an 1869. Grâce aux travaux d’Erwin Chargaff, James Watson, Francis Crick, Maurice Wilkins et Rosalind Franklin, la structure de l’ADN a été découverte en 1953. La structure de l’ADN est la suivante : deux brins complémentaires de polynucléotides qui vont dans des directions opposées et sont maintenus ensemble par des liaisons hydrogène. Cette structure aide l’ADN à se répliquer pendant la division cellulaire et aussi pour qu’un seul brin serve de matrice pendant la transcription.

• 1 Caractéristiques d’une molécule d’ADN
  • 1.1 Double hélice
  • 1.2 Bases complémentaires
  • 1.3 Dénaturation et renaturation de l’ADN
  • 1.4 Sillons
• 2 Fonctions biologiques
  • 2.1 Réplication
  • 2.2 Transcription et traduction
• 3 Formes d’ADN
• 4 Histoire de la structure de l’ADN
• 5 Modèles d’ADN

Caractéristiques d’une molécule d’ADN

Double hélice

est constituée de deux chaînes polynucléotidiques, . Le dans l’ADN est composé d’un lié à la 5′ de laquelle est reliée par une liaison bêta-glycosidique à une purine ou une pyrimidine . Le ribose est un facteur déterminant de la présence de l’une des formes d’ADN. Dans cette scène, qui montre l’ADN B, le carbone 2′ est hors du plan des autres membres de l’anneau à cinq membres. Les quatre types de bases sont les deux bases puriques à deux anneaux et les deux bases pyrimidiques à un anneau et Les atomes d’hydrogène sur certains atomes d’azote et d’oxygène peuvent subir des déplacements tautomères. Les atomes d’azote qui sont impliqués dans la formation de tautomères apparaissent sous forme de groupes amino ou imino et les atomes d’oxygène sont sous forme cétonique ou énolique. Il existe une préférence pour les formes amino et céto, ce qui est crucial pour le fonctionnement biologique de l’ADN, car cela fournit un lien avec le désoxyribose et conduit à la spécificité de la liaison hydrogène dans l’appariement des bases et donc à la complémentarité des chaînes. L’azote imino ne peut servir que d’atome donneur dans la liaison hydrogène, mais l’azote amino peut également servir d’atome récepteur. Chaque nucléotide d’une chaîne d’ADN est lié à un autre par . L’ADN compte quatre nucléotides. Le squelette sucre-phosphate de l’ADN est très régulier en raison de la liaison phosphodiester alors que l’ordonnancement des bases est très irrégulier.

A C G T

Purines Pyrimidines

Bases complémentaires

Les deux chaînes d’un ADN sont reliées par des liaisons hydrogène entre des bases spécifiques. L’adénine forme des paires de bases avec la thymine et la guanine avec la cytosine. Cet appariement spécifique de bases entre et est connu sous le nom d’appariement de bases de Watson-Crick. La spécificité de la liaison hydrogène entre les bases conduit à une complémentarité dans la séquence des nucléotides des deux chaînes. Ainsi, dans un brin d’ADN, la teneur en adénine est égale à celle de la thymine et la teneur en guanine est égale à celle de la cytosine. En général, l’ADN avec une teneur plus élevée en GC est plus stable que celui avec une teneur plus élevée en AT en raison de la stabilisation due aux interactions d’empilement des bases.

Dénaturation et renaturation de l’ADN

Un double brin d’ADN peut être séparé en deux brins simples en brisant les liaisons hydrogène entre eux. Ce phénomène est connu sous le nom de dénaturation de l’ADN. L’énergie thermique fournie par le chauffage peut être utilisée pour faire fondre ou dénaturer l’ADN. Les molécules à forte teneur en GC sont plus stables et se dénaturent donc à des températures plus élevées que celles à forte teneur en AT. La température de fusion est définie comme la température à laquelle la moitié des brins d’ADN sont à l’état de double hélice et l’autre moitié à l’état de bobine aléatoire. Les simples brins d’ADN dénaturés ont une capacité à renaturer et à former à nouveau de l’ADN double brin.

Sillons

Dans un les de bases qui sont appariées les unes aux autres mais qui sont positionnées à un angle. Il en résulte des squelettes sucre-phosphate inégalement espacés et donne naissance à deux sillons : les et les de largeur et de profondeur différentes. Les sont sur la surface du sillon mineur, et le sillon majeur est sur le côté opposé. Le plancher ou la surface du sillon majeur est rempli de la . La plus grande taille du sillon majeur permet la liaison de protéines spécifiques de l’ADN.

Fonctions biologiques

Sources:

Réplication

L’ADN subit ce qu’on appelle un mode de réplication semi-conservateur dans lequel l’ADN fille contient un brin d’ADN du parent. La réplication se déroule par le déroulement de la double hélice suivi par des amorces de synthèse à partir desquelles la réplication commence. Une enzyme ADN polymérase synthétise des brins complémentaires à chaque brin parent à partir de la direction 5′-3′.

Transcription et traduction

L’expression des gènes en protéines et est un processus impliquant deux étapes appelées transcription et traduction. Dans l’étape de transcription, un brin de molécule d’ADN sert de matrice pour la synthèse d’une molécule d’ARN appelée ARN messager. Cet ARN messager est ensuite traduit en protéines sur les ribosomes.

Formes d’ADN

Pour une comparaison des différentes formes d’ADN, voir les formes d’ADN.

Historique de la structure de l’ADN

Le résumé suivant est copié d’un Atlas des macromolécules avec autorisation:

On a montré que les gènes résidaient dans l’ADN en 1944 (Avery et al.) et cela a été largement accepté après les expériences de 1952 de Hershey et Chase. La structure en double hélice de l’ADN a été prédite par James Watson et Francis Crick en 1953 (prix Nobel, 1962). Leur prédiction était basée en partie sur des études de diffraction des rayons X réalisées par Rosalind Franklin, à laquelle Watson et Maurice Wilkins n’ont pas accordé suffisamment de crédit. La double hélice de forme B prédite n’a pas été confirmée par des structures cristallines à résolution atomique avant 1973, d’abord en utilisant des dinucléotides d’ARN (Rosenberg et al.). La première structure cristalline contenant plus d’un tour complet de la double hélice n’a été résolue qu’en 1980 (1bna, 1981, 12 paires de bases). Le décalage de plus d’un quart de siècle entre la prédiction et la confirmation empirique est dû au développement de la cristallographie aux rayons X pour les macromolécules et à la nécessité de produire une séquence courte et définie d’ADN pour la cristallisation. Ce bref compte rendu est basé sur une revue de Berman, Gelbin et Westbrook , où l’on trouvera les références.

Modèles d’ADN

Le modèle d’ADN utilisé dans les scènes du présent article est un modèle théorique (Image:B-DNA.pdb), non disponible dans la Protein Data Bank. Le fichier PDB ne respecte pas certaines conventions de format PDB:

• Les bases sont désignées ADE, CYT, GUA, et THY au lieu des standards DA, DC, DG et DT.
• Les chaînes ne sont pas nommées. Typiquement, elles seraient nommées A et B.

Une chaîne contient des résidus numérotés de 1 à 12 dans la séquence CGCG AATT CGCG. L’autre chaîne contient des résidus numérotés de 13 à 24 avec une séquence identique (antiparallèle).

Les modèles théoriques représentent généralement une conformation idéalisée de l’ADN, alors que l’ADN réel peut présenter diverses irrégularités, notamment des plis et des coudes (voir les exemples liés au répresseur Lac). Il existe de nombreux modèles empiriques pour l’ADN, les premiers étant devenus disponibles dans les années 1970 et 1980 (voir ci-dessus). En mai 2012, la Protein Data Bank contient près de 4 000 entrées contenant de l’ADN. Plus de 1 300 contiennent uniquement de l’ADN, tandis que plus de 2 000 contiennent des complexes protéine-ADN. Plus de 100 entrées contiennent des protéines, de l’ADN et de l’ARN, et plus de 100 contiennent des molécules hybrides ADN/ARN.

Pour des visualisations plus interactives de l’ADN, voir DNA.MolviZ.Org, un tutoriel disponible en neuf langues.

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