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Hélices d'ADN

Modélisation moléculaire de deux structures d’ADN. En haut, la forme la plus fréquente, structure en double hélice appelée ADN-B. En bas, l’ADN-P, nouvelle structure de la molécule soumise à une torsion. Dans cette forme très inhabituelle, les bases azotées (A,T,C,G) se retrouvent exposées à l’extérieur de la double hélice et ainsi accessibles à une attaque enzymatique. L’ADN-P pourrait jouer un rôle dans le cycle cellulaire.

LABORATOIRE DE BIOCHIMIE THEORIQUE - PARIS
© CNRS Photothèque / Université de Montpellier 2
Référence : 1999n00019

 

 

L’acide désoxyribonucléique (ADN) est le support de l’information génétique de tous les êtres vivants. Chez les eucaryotes, l’ADN est localisé dans le noyau de chaque cellule de l’organisme. Chez les procaryotes, la molécule d’ADN est libre dans le cytoplasme des cellules.

 

 

 

Hélices d'ADN

 

Phase cristalline liquide d'ADN

 

ADN bactérien

 

Séquenceurs

 

Gel d'ADN à séquencer

 

Chromosome polytène

 

Enzyme ribonucléotide réductase

 

 

Structure et composition de l’ADN : la double hélice

L’ADN est constitué de deux chaînes (ou brins) enroulées l’une autour de l’autre en une double hélice de 2 nm (10-9m) de diamètre. Chaque chaîne est composée d’une succession de nucléotides qui sont un assemblage de trois molécules : un groupement phosphate, un sucre (désoxyribose) et une base azotée. Les bases azotées sont au nombre de quatre : adénine (notée A), thymine (T), guanine (G), cytosine (C). La complémentarité de ces bases, deux à deux, permet l’association des deux brins d’ADN : l’adénine est toujours appariée à une thymine et la guanine à une cytosine.

 

Les gènes, unités d’information de l’ADN

Un gène est un fragment de la séquence nucléotidique de la molécule d’ADN et correspond à un polypeptide donné. L’ensemble des gènes caractéristiques de l’espèce à laquelle appartient un organisme, constitue son génome. Chez les individus d’une même espèce, un gène peut cependant exister sous différentes formes présentant de légères modifications de séquence, on parle d’allèles. L’ensemble des allèles d’un individu définit son génotype. Lorsqu’ils s’expriment, lors de la synthèse des protéines, les gènes participent à la construction de l’individu et à la mise en place de son phénotype.

 

Les chromosomes

Le chromosome est la structure qui contient l’ADN et qui permet le partage de l’information génétique au cours de la mitose. Chaque chromosome comprend de nombreux gènes. Lors d’observations de cellules en division, les chromosomes, structures facilement colorables, apparaissent au microscope optique sous forme de bâtonnets épais : les biologistes réalisent les caryotypes afin de visualiser l’ensemble des chromosomes d’une cellule d’un organisme et de les étudier. Chez les organismes diploïdes, toutes les cellules, sauf les gamètes, comportent un nombre pair de chromosomes homologues. Les deux chromosomes homologues d’une paire possèdent les mêmes gènes qui peuvent être :

- soit sous différentes formes ou allèles, l’individu est alors hétérozygote

- soit identiques, l’individu est alors homozygote. Le nombre de chromosomes varie d’une espèce à l’autre : l’Homme a 23 paires de chromosomes, la drosophile 4 paires, la souris 20 paires et la plante arabette a 5 paires de chromosomes.

 

Réplication de l’ADN

La réplication se déroule lors de la phase S (pour “synthèse”), pendant l’interphase, avant chaque division cellulaire. Au cours de la réplication, chaque brin de la double hélice sert de modèle à la synthèse d’un brin d’ADN complémentaire. On dit que l’ADN est “copié” selon un mécanisme semi-conservatif : il en résulte deux molécules identiques correspondant chacune à un brin parental associé, par complémentarité des bases, à un brin nouvellement synthétisé. La réplication est initiée au niveau des origines de réplication, endroits où la double hélice d’ADN est accessible. Sous l’action de l’enzyme ADN polymérase, un brin fils est synthétisé par assemblage successif des nucléotides selon la règle de complémentarité des bases appliquée à la séquence du brin parental. Les nucléotides proviennent d’un stock présent dans le cytoplasme de la cellule.

 

Un peu d'histoire

  • Publication des lois de Mendel, établissant une théorie de la transmission des caractères héréditaires, par Gregor Mendel en 1866. Cette théorie sera redécouverte vers 1900.
  • 1ère observation de chromosomes par E. Balbiani vers 1880.
  • Théorie chromosomique de l’hérédité démontrée par le biologiste Thomas Hunt Morgan en 1911. (Prix Nobel 1933)
  • Mise au point du test de Feulgen, technique pour colorer spécifiquement l’ADN, et observation de la constitution des chromosomes en 1924 par Robert Feulgen.
  • Identification de la nature chimique de l’ADN en 1944 par les bactériologistes Oswald Avery, Colin MacLeod, et McCarty.
  • Observation de la forme en hélice de l’ADN sur des clichés pris en diffraction aux rayons X par Rosalind Franklin et Maurice Wilkins vers 1950.
  • Mise en évidence de la complémentarité des bases azotées par Chargaff en 1950.
  • Mise en évidence de l’ADN comme molécule porteuse de l’information génétique par Alfred Hershey et Martha Chase en 1952.
  • Détermination de la structure de la molécule d’ADN par James Watson et Francis Crick en 1953. (Prix Nobel 1962)
  • Mise en évidence du mécanisme de réplication chez la bactérie E.Coli en 1957, par Matthew Meselson et Franklin Stahl.

 

 

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