Biologie pour les non-majors I

Les éléments constitutifs de l’ADN sont les nucléotides. Les composants importants de chaque nucléotide sont une base azotée, le désoxyribose (sucre à 5 carbones) et un groupe phosphate (voir figure 1). Chaque nucléotide est nommé en fonction de sa base azotée. La base azotée peut être une purine, comme l’adénine (A) et la guanine (G), ou une pyrimidine, comme la cytosine (C) et la thymine (T). L’uracile (U) est également une pyrimidine (comme on le voit sur la figure 1), mais il n’est présent que dans l’ARN, dont nous reparlerons plus tard.

Figure 1. Chaque nucléotide est composé d’un sucre, d’un groupe phosphate et d’une base azotée. Le sucre est le désoxyribose dans l’ADN et le ribose dans l’ARN.

Les nucléotides se combinent entre eux par des liaisons covalentes appelées liaisons ou liens phosphodiester. Le résidu phosphate est attaché au groupe hydroxyle du carbone 5′ d’un sucre d’un nucléotide et au groupe hydroxyle du carbone 3′ du sucre du nucléotide suivant, formant ainsi une liaison 5′-3′ phosphodiester.

Dans les années 1950, Francis Crick et James Watson ont travaillé ensemble pour déterminer la structure de l’ADN à l’université de Cambridge, en Angleterre. D’autres scientifiques comme Linus Pauling et Maurice Wilkins exploraient aussi activement ce domaine. Pauling avait découvert la structure secondaire des protéines en utilisant la cristallographie aux rayons X. Dans le laboratoire de Wilkins, la chercheuse Rosalind Franklin utilisait des méthodes de diffraction des rayons X pour comprendre la structure de l’ADN. Watson et Crick ont pu reconstituer le puzzle de la molécule d’ADN sur la base des données de Franklin, car Crick avait également étudié la diffraction des rayons X (figure 2). En 1962, James Watson, Francis Crick et Maurice Wilkins ont reçu le prix Nobel de médecine. Malheureusement, Franklin était déjà mort et les prix Nobel ne sont pas décernés à titre posthume.

Figure 2. Les travaux des scientifiques pionniers (a) James Watson, Francis Crick et Maclyn McCarty ont conduit à notre compréhension actuelle de l’ADN. La scientifique Rosalind Franklin a découvert (b) le diagramme de diffraction des rayons X de l’ADN, ce qui a permis d’élucider sa structure en double hélice. (crédit a : modification du travail de Marjorie McCarty, Public Library of Science)

Watson et Crick ont proposé que l’ADN soit constitué de deux brins qui s’enroulent l’un autour de l’autre pour former une hélice droite. L’appariement des bases a lieu entre une purine et une pyrimidine ; à savoir, A s’apparie avec T et G avec C. L’adénine et la thymine sont des paires de bases complémentaires, et la cytosine et la guanine sont également des paires de bases complémentaires. Les paires de bases sont stabilisées par des liaisons hydrogène ; l’adénine et la thymine forment deux liaisons hydrogène et la cytosine et la guanine trois liaisons hydrogène. Les deux brins sont de nature antiparallèle, c’est-à-dire que l’extrémité 3′ d’un brin fait face à l’extrémité 5′ de l’autre brin. Le sucre et le phosphate des nucléotides forment le squelette de la structure, tandis que les bases azotées sont empilées à l’intérieur. Chaque paire de bases est séparée de l’autre paire de bases par une distance de 0,34 nm, et chaque tour de l’hélice mesure 3,4 nm. Par conséquent, dix paires de bases sont présentes par tour d’hélice. Le diamètre de la double hélice d’ADN est de 2 nm, et il est uniforme sur toute sa longueur. Seul l’appariement entre une purine et une pyrimidine peut expliquer ce diamètre uniforme. La torsion des deux brins l’un autour de l’autre entraîne la formation de sillons majeurs et mineurs uniformément espacés (figure 3).

Figure 3. L’ADN possède (a) une structure en double hélice et (b) des liaisons phosphodiester. Les (c) sillons majeurs et mineurs sont des sites de liaison pour les protéines de liaison à l’ADN au cours de processus tels que la transcription (la copie de l’ARN à partir de l’ADN) et la réplication.

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