{"id":9583,"date":"2021-01-05T23:23:20","date_gmt":"2021-01-06T04:23:20","guid":{"rendered":"https:\/\/nebula.org\/blog\/acide-desoxyribonucleique-adn\/"},"modified":"2021-02-20T20:18:59","modified_gmt":"2021-02-21T01:18:59","slug":"acide-desoxyribonucleique-adn","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/nebula.org\/blog\/fr\/acide-desoxyribonucleique-adn\/","title":{"rendered":"ADN (acide d\u00e9soxyribonucl\u00e9ique) – Le mod\u00e8le universel de la vie"},"content":{"rendered":"\n

Introduction \u00e0 l’ADN<\/h2>\n\n

L’acide d\u00e9soxyribonucl\u00e9ique est un acide nucl\u00e9ique qui est un polynucl\u00e9otide compos\u00e9 d’une cha\u00eene de nombreux nucl\u00e9otides. La biomol\u00e9cule localis\u00e9e dans les chromosomes est porteuse d’informations g\u00e9n\u00e9tiques dans tous les organismes vivants et dans de nombreux virus (virus \u00e0 ADN, parar\u00e9trovirus), c’est-\u00e0-dire la base mat\u00e9rielle des g\u00e8nes. <\/p>\n\n

\u00c0 l’\u00e9tat normal, l’ADN est construit sous la forme d’une double h\u00e9lice. Ses \u00e9l\u00e9ments constitutifs sont quatre nucl\u00e9otides diff\u00e9rents, chacun compos\u00e9 d’un r\u00e9sidu phosphate, du sucre d\u00e9soxyribose et de l’une des quatre bases organiques (ad\u00e9nine, thymine, guanine et cytosine, souvent abr\u00e9g\u00e9es en A, T, G et C).<\/p>\n\n

Les g\u00e8nes de l’ADN contiennent les informations n\u00e9cessaires \u00e0 la production d’acides ribonucl\u00e9iques. Dans les g\u00e8nes codant pour les prot\u00e9ines, il s’agit d’un groupe ARN important, l’ARNm. Il contient \u00e0 son tour les informations pour la construction des prot\u00e9ines, n\u00e9cessaires au d\u00e9veloppement biologique d’un \u00eatre vivant et au m\u00e9tabolisme dans la cellule. La s\u00e9quence des bases d\u00e9termine ici la s\u00e9quence des acides amin\u00e9s de la prot\u00e9ine respective: Le code g\u00e9n\u00e9tique code pour un acide amin\u00e9 sp\u00e9cifique avec trois bases adjacentes chacune.<\/p>\n\n

Dans les cellules des eucaryotes, qui comprennent \u00e9galement des plantes, des animaux et des champignons, la majorit\u00e9 de l’ADN du noyau cellulaire (noyau latin, donc ADN nucl\u00e9aire ou ADNn) est organis\u00e9e en chromosomes. Une petite partie se trouve dans les mitochondries, les \u00abcentrales \u00e9lectriques\u00bb des cellules, et est donc appel\u00e9e ADN mitochondrial (ADNmt). Les plantes et les algues poss\u00e8dent \u00e9galement de l’ADN dans les organites photosynth\u00e9tiques, les chloroplastes ou les plastes (ADNc). Chez les bact\u00e9ries et les arch\u00e9es – les procaryotes qui n’ont pas de noyau cellulaire – l’ADN est situ\u00e9 dans le cytoplasme. Certains virus, appel\u00e9s virus \u00e0 ARN, stockent leurs informations g\u00e9n\u00e9tiques dans de l’ARN au lieu de l’ADN.<\/p>\n\n

\"Structure
Structure de l’ADN. La structure 3D de l’ADN est celle d’une \u00e9chelle tordue.<\/figcaption><\/figure>\n\n
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Edit\u00e9 par Christina Swords, Ph.D.<\/em><\/p>\n\n

Structure et organisation de l’ADN<\/h2>\n\n

Blocs de construction<\/h3>\n\n

L’acide d\u00e9soxyribonucl\u00e9ique est une mol\u00e9cule \u00e0 longue cha\u00eene (polym\u00e8re) compos\u00e9e de nombreux \u00e9l\u00e9ments constitutifs appel\u00e9s d\u00e9soxyribonucl\u00e9otides ou nucl\u00e9otides. Chaque nucl\u00e9otide a trois composants: l’acide phosphorique ou phosphate, le sucre d\u00e9soxyribose et une nucl\u00e9obase ou base h\u00e9t\u00e9rocyclique. Les sous-unit\u00e9s d\u00e9soxyribose et acide phosphorique sont les m\u00eames pour chaque nucl\u00e9otide. Ils forment l’\u00e9pine dorsale de la mol\u00e9cule. Les unit\u00e9s de base et de sucre (sans phosphate) sont appel\u00e9es nucl\u00e9osides.<\/p>\n\n

Les r\u00e9sidus de phosphate sont hydrophiles en raison de leur charge n\u00e9gative; ils donnent \u00e0 l’ADN en solution aqueuse une charge globalement n\u00e9gative. Puisque cet ADN charg\u00e9 n\u00e9gativement dissous dans l’eau ne peut plus \u00e9mettre de protons, il n’est pas (plus) \u00e0 proprement parler un acide. Le terme acide d\u00e9soxyribonucl\u00e9ique fait r\u00e9f\u00e9rence \u00e0 un \u00e9tat non charg\u00e9 dans lequel des protons sont attach\u00e9s aux r\u00e9sidus phosphate.<\/p>\n\n

La base peut \u00eatre une purine, \u00e0 savoir l’ad\u00e9nine (A) ou la guanine (G), ou une pyrimidine, \u00e0 savoir la thymine (T) ou la cytosine (C). Puisque les quatre nucl\u00e9otides diff\u00e9rents ne diff\u00e8rent que par leur base, les abr\u00e9viations A, G, T et C sont \u00e9galement utilis\u00e9es pour les nucl\u00e9otides correspondants.<\/p>\n\n

Les cinq atomes de carbone d’un d\u00e9soxyribose sont num\u00e9rot\u00e9s de 1 ‘\u00e0 5’. La base est li\u00e9e \u00e0 l’extr\u00e9mit\u00e9 1 ‘de ce sucre. Le r\u00e9sidu phosphate est attach\u00e9 \u00e0 l’extr\u00e9mit\u00e9 5 ‘. Strictement parlant, le d\u00e9soxyribose est le 2-d\u00e9soxyribose; le nom vient du fait que, par rapport \u00e0 une mol\u00e9cule de ribose, il manque un groupe hydroxy alcoolique (groupe OH) en position 2 ‘(c’est-\u00e0-dire qu’il a \u00e9t\u00e9 remplac\u00e9 par un atome d’hydrog\u00e8ne).<\/p>\n\n

En position 3 ‘, il y a un groupe OH qui relie le d\u00e9soxyribose \u00e0 l’atome de carbone 5’ du sucre du nucl\u00e9otide suivant via une liaison dite phosphodiester. Ainsi, chaque brin dit simple a deux extr\u00e9mit\u00e9s diff\u00e9rentes: une extr\u00e9mit\u00e9 5 ‘et une extr\u00e9mit\u00e9 3’. Les ADN polym\u00e9rases qui synth\u00e9tisent des brins d’ADN dans le monde vivant ne peuvent attacher de nouveaux nucl\u00e9otides au groupe OH qu’\u00e0 l’extr\u00e9mit\u00e9 3 ‘, mais pas \u00e0 l’extr\u00e9mit\u00e9 5’. Le seul brin cro\u00eet donc toujours de 5 ‘\u00e0 3’. Un nucl\u00e9oside triphosphate (avec trois r\u00e9sidus de phosphate) est fourni en tant que nouveau bloc de construction, \u00e0 partir duquel deux phosphates sont s\u00e9par\u00e9s sous forme de pyrophosphate. Le r\u00e9sidu phosphate restant de chaque nucl\u00e9otide nouvellement ajout\u00e9 est connect\u00e9 au groupe OH \u00e0 l’extr\u00e9mit\u00e9 3 ‘du dernier nucl\u00e9otide pr\u00e9sent dans le brin par s\u00e9paration de l’eau. La s\u00e9quence de bases dans le brin code les informations g\u00e9n\u00e9tiques.<\/p>\n\n

La double h\u00e9lice<\/h3>\n\n

L’ADN se pr\u00e9sente normalement sous la forme d’une double h\u00e9lice h\u00e9lico\u00efdale dans une conformation appel\u00e9e ADN-B. Deux des brins simples d\u00e9crits ci-dessus sont fix\u00e9s l’un \u00e0 l’autre dans des sens oppos\u00e9s: \u00e0 chaque extr\u00e9mit\u00e9 de la double h\u00e9lice, l’un des deux brins simples a son extr\u00e9mit\u00e9 3 ‘, l’autre son extr\u00e9mit\u00e9 5’. Du fait de la juxtaposition, deux bases sp\u00e9cifiques sont toujours oppos\u00e9es l’une \u00e0 l’autre au milieu de la double h\u00e9lice, elles sont \u00ab\u00a0appari\u00e9es\u00a0\u00bb. La double h\u00e9lice est principalement stabilis\u00e9e par empilement d’interactions entre les bases successives d’un m\u00eame brin (et non, comme souvent revendiqu\u00e9, par des liaisons hydrog\u00e8ne entre les brins).<\/p>\n\n

L’ad\u00e9nine et la thymine sont toujours appari\u00e9es, formant deux liaisons hydrog\u00e8ne, ou cytosine avec la guanine, qui sont reli\u00e9es par trois liaisons hydrog\u00e8ne. Un pont est form\u00e9 entre les positions mol\u00e9culaires 1\u25501 et 6\u25506, et dans le cas d’appariements guanine-cytosine en plus entre 2\u25502. Comme les m\u00eames bases sont toujours appari\u00e9es, la s\u00e9quence des bases dans un brin peut \u00eatre utilis\u00e9e pour d\u00e9river celles de l’autre brin, les s\u00e9quences sont compl\u00e9mentaires. Les liaisons hydrog\u00e8ne sont presque exclusivement responsables de la sp\u00e9cificit\u00e9 de l’appariement, mais pas de la stabilit\u00e9 de la double h\u00e9lice.<\/p>\n\n

Puisqu’une purine est toujours combin\u00e9e avec une pyrimidine, la distance entre les brins est la m\u00eame partout, une structure r\u00e9guli\u00e8re se forme. L’h\u00e9lice enti\u00e8re a un diam\u00e8tre d’environ 2 nm et s’enroule encore de 0,34 nm avec chaque mol\u00e9cule de sucre.<\/p>\n\n

Les plans des mol\u00e9cules de sucre sont \u00e0 un angle de 36 \u00b0 les uns par rapport aux autres, et une rotation compl\u00e8te est donc r\u00e9alis\u00e9e apr\u00e8s 10 bases (360 \u00b0) et 3,4 nm. Les mol\u00e9cules d’ADN peuvent devenir tr\u00e8s volumineuses. Par exemple, le plus grand chromosome humain contient 247 millions de paires de bases.<\/p>\n\n

Lorsque les deux brins individuels sont torsad\u00e9s ensemble, des espaces lat\u00e9raux restent, de sorte que les bases sont ici directement sur la surface. Il y a deux de ces rainures qui s’enroulent autour de la double h\u00e9lice (voir illustrations et animation au d\u00e9but de l’article). Le \u00ab\u00a0grand sillon\u00a0\u00bb a une largeur de 2,2 nm, le \u00ab\u00a0petit sillon\u00a0\u00bb seulement 1,2 nm.<\/p>\n\n

En cons\u00e9quence, les bases du grand sillon sont plus accessibles. Les prot\u00e9ines qui se lient \u00e0 l’ADN d’une mani\u00e8re sp\u00e9cifique \u00e0 la s\u00e9quence, comme les facteurs de transcription, se lient donc g\u00e9n\u00e9ralement au grand sillon.<\/p>\n\n

Certains colorants ADN, par exemple le DAPI, se lient \u00e9galement \u00e0 un sillon.<\/p>\n\n

L’\u00e9nergie de liaison cumulative entre les deux brins simples les maintient ensemble. Les liaisons covalentes ne sont pas pr\u00e9sentes ici, ce qui signifie que la double h\u00e9lice d’ADN ne se compose pas d’une mol\u00e9cule, mais de deux. Cela permet aux deux brins d’\u00eatre temporairement s\u00e9par\u00e9s dans les processus biologiques.<\/p>\n\n

En plus de l’ADN-B qui vient d’\u00eatre d\u00e9crit, il existe \u00e9galement l’A-ADN et un ADN pour gaucher, appel\u00e9 Z-ADN, qui a \u00e9t\u00e9 \u00e9tudi\u00e9 pour la premi\u00e8re fois en 1979 par Alexander Rich et ses coll\u00e8gues du MIT. Cela se produit en particulier dans les sections riches en GC. Ce n’est qu’en 2005 qu’une structure cristalline a \u00e9t\u00e9 signal\u00e9e qui montre l’ADN-Z directement dans un compos\u00e9 avec l’ADN-B et fournit ainsi des preuves de l’activit\u00e9 biologique de l’ADN-Z. Le tableau suivant et la figure ci-contre montrent les diff\u00e9rences entre les trois formes en comparaison directe.<\/p>\n\n

Les empilements de base ne sont pas exactement parall\u00e8les les uns aux autres comme des livres, mais forment des coins qui inclinent l’h\u00e9lice dans un sens ou dans l’autre. Le plus grand coin est form\u00e9 par des ad\u00e9nosines associ\u00e9es aux thymidines de l’autre brin. Par cons\u00e9quent, une s\u00e9rie de paires AT forme un arc dans l’h\u00e9lice. Lorsque de telles s\u00e9ries se succ\u00e8dent \u00e0 de courts intervalles, la mol\u00e9cule d’ADN prend une structure courbe ou courb\u00e9e, qui est stable. Ceci est \u00e9galement appel\u00e9 diffraction induite par s\u00e9quence, car la diffraction peut \u00e9galement \u00eatre induite par des prot\u00e9ines (diffraction induite par les prot\u00e9ines). La diffraction induite par la s\u00e9quence se trouve souvent \u00e0 des endroits importants du g\u00e9nome.<\/p>\n\n

Chromatine et chromosomes<\/h3>\n\n

Chromosomes humains dans la m\u00e9taphase tardive de la division du noyau cellulaire mitotique: Chaque chromosome montre deux chromatides, qui sont s\u00e9par\u00e9es dans l’anaphase et divis\u00e9es pour deux noyaux cellulaires.<\/p>\n\n

Dans la cellule eucaryote, l’ADN est organis\u00e9 sous la forme de fils de chromatine, appel\u00e9s chromosomes, situ\u00e9s dans le noyau cellulaire. Un chromosome unique contient un long et continu double brin d’ADN (dans une chromatide) de l’anaphase au d\u00e9but de la phase S. \u00c0 la fin de la phase S, le chromosome est constitu\u00e9 de deux brins d’ADN identiques (dans deux chromatides).<\/p>\n\n

Etant donn\u00e9 qu’un tel fil d’ADN peut mesurer plusieurs centim\u00e8tres de long, mais qu’un noyau de cellule n’a que quelques microm\u00e8tres de diam\u00e8tre, l’ADN doit \u00eatre en plus compress\u00e9 ou \u00ab\u00a0tass\u00e9\u00a0\u00bb. Chez les eucaryotes, cela se fait avec des prot\u00e9ines dites de chromatine, dont les histones de base sont particuli\u00e8rement remarquables. Ils forment les nucl\u00e9osomes autour desquels l’ADN est envelopp\u00e9 au niveau de conditionnement le plus bas. Au cours de la division nucl\u00e9aire (mitose), chaque chromosome est condens\u00e9 \u00e0 sa forme compacte maximale. Cela permet de les identifier particuli\u00e8rement bien au microscope optique pendant la m\u00e9taphase.<\/p>\n\n

\"\"\/
Emplacement de l’ADN dans la cellule.<\/figcaption><\/figure>\n\n

ADN bact\u00e9rien et viral<\/h3>\n\n

Dans les cellules procaryotes, la majorit\u00e9 de l’ADN double brin dans les cas document\u00e9s jusqu’\u00e0 pr\u00e9sent n’est pas pr\u00e9sente sous forme de brins lin\u00e9aires avec un d\u00e9but et une fin chacun, mais sous forme de mol\u00e9cules circulaires – chaque mol\u00e9cule (c’est-\u00e0-dire chaque brin d’ADN) ferme un cercle avec ses 3 ‘et 5’ fin. Ces deux mol\u00e9cules d’ADN circulaires et ferm\u00e9es sont appel\u00e9es chromosome bact\u00e9rien ou plasmide, selon la longueur de la s\u00e9quence. Chez les bact\u00e9ries, ils ne sont pas non plus situ\u00e9s dans un noyau cellulaire, mais sont librement pr\u00e9sents dans le plasma. L’ADN procaryote est enroul\u00e9 en de simples \u00ab\u00a0supercoils\u00a0\u00bb \u00e0 l’aide d’enzymes (par exemple des topoisom\u00e9rases et des gyrases), qui ressemblent \u00e0 un cordon t\u00e9l\u00e9phonique annel\u00e9. En faisant toujours tourner les h\u00e9lices autour d’elles, l’espace requis pour l’information g\u00e9n\u00e9tique est r\u00e9duit. Dans les bact\u00e9ries, les topoisom\u00e9rases garantissent que le double brin torsad\u00e9 est arrach\u00e9 \u00e0 un emplacement souhait\u00e9 en coupant et en rejoignant constamment l’ADN (condition pr\u00e9alable \u00e0 la transcription de l’ADN et \u00e0 la r\u00e9plication de l’ADN). Selon le type, les virus contiennent de l’ADN ou de l’ARN comme information g\u00e9n\u00e9tique. Dans les virus \u00e0 ADN et \u00e0 ARN, l’acide nucl\u00e9ique est prot\u00e9g\u00e9 par une enveloppe prot\u00e9ique.<\/p>\n\n

Propri\u00e9t\u00e9s chimiques et physiques de la structure en double h\u00e9lice d’ADN<\/h3>\n\n

\u00c0 pH neutre, l’ADN est une mol\u00e9cule charg\u00e9e n\u00e9gativement, les charges n\u00e9gatives \u00e9tant situ\u00e9es sur les groupes phosphate dans le squelette des brins. Bien que deux des trois groupes OH acides des phosphates soient est\u00e9rifi\u00e9s avec les d\u00e9soxyriboses voisins respectifs, le troisi\u00e8me est toujours pr\u00e9sent et lib\u00e8re un proton \u00e0 pH neutre, ce qui provoque la charge n\u00e9gative. Cette propri\u00e9t\u00e9 est utilis\u00e9e dans l’\u00e9lectrophor\u00e8se sur gel d’agarose pour s\u00e9parer diff\u00e9rents brins d’ADN en fonction de leur longueur. Certaines propri\u00e9t\u00e9s physiques telles que l’\u00e9nergie libre et le point de fusion de l’ADN sont directement li\u00e9es \u00e0 la teneur en GC, c’est-\u00e0-dire qu’elles d\u00e9pendent de la s\u00e9quence.<\/p>\n\n

Interactions avec la pile d’ADN<\/h4>\n\n

Deux facteurs principaux sont responsables de la stabilit\u00e9 de la double h\u00e9lice: l’appariement de bases entre bases compl\u00e9mentaires et les interactions d’empilement entre bases cons\u00e9cutives.<\/p>\n\n

Contrairement \u00e0 l’hypoth\u00e8se initiale, le gain d’\u00e9nergie gr\u00e2ce \u00e0 la liaison hydrog\u00e8ne est n\u00e9gligeable, car les bases peuvent former des liaisons hydrog\u00e8ne tout aussi bonnes avec l’eau environnante. Les liaisons hydrog\u00e8ne d’une paire de bases GC ne contribuent que de mani\u00e8re minimale \u00e0 la stabilit\u00e9 de la double h\u00e9lice, tandis que celles d’une paire de bases AT ont m\u00eame un effet d\u00e9stabilisant. Les interactions d’empilement, par contre, n’ont d’effet que dans la double h\u00e9lice entre paires de bases successives: Entre les syst\u00e8mes cycliques aromatiques des bases h\u00e9t\u00e9rocycliques, il se forme une interaction dipolaire induite par les dip\u00f4les, ce qui est \u00e9nerg\u00e9tiquement favorable. Ainsi, la formation de la premi\u00e8re paire de bases est assez d\u00e9favorable en raison du faible gain et perte d’\u00e9nergie, mais l’allongement (allongement) de l’h\u00e9lice est \u00e9nerg\u00e9tiquement favorable, puisque l’empilement des paires de bases se fait sous gain d’\u00e9nergie.<\/p>\n\n

Cependant, les interactions d’empilement sont d\u00e9pendantes de la s\u00e9quence et \u00e9nerg\u00e9tiquement les plus favorables pour le GC-GC empil\u00e9, moins favorables pour l’AT-AT empil\u00e9. Les diff\u00e9rences dans les interactions d’empilement expliquent principalement pourquoi les sections d’ADN riches en GC sont thermodynamiquement plus stables que les sections riches en AT, tandis que la liaison hydrog\u00e8ne joue un r\u00f4le mineur.<\/p>\n\n

Point de fusion de l’ADN<\/h4>\n\n

Le point de fusion de l’ADN est la temp\u00e9rature \u00e0 laquelle les forces de liaison entre les deux brins simples sont surmont\u00e9es et elles se s\u00e9parent l’une de l’autre. Ceci est \u00e9galement appel\u00e9 d\u00e9naturation.<\/p>\n\n

Tant que l’ADN est d\u00e9natur\u00e9 dans une transition coop\u00e9rative (qui a lieu dans une plage de temp\u00e9rature \u00e9troite), le point de fusion est la temp\u00e9rature \u00e0 laquelle la moiti\u00e9 des doubles brins sont d\u00e9natur\u00e9s en simples brins. A partir de cette d\u00e9finition, les termes corrects \u00ab\u00a0point m\u00e9dian de la temp\u00e9rature de transition\u00a0\u00bb Tm sont d\u00e9riv\u00e9s.<\/p>\n\n

Le point de fusion d\u00e9pend de la s\u00e9quence de base respective dans l’h\u00e9lice. Il augmente s’il y a plus de paires de bases GC dans l’h\u00e9lice, car celles-ci sont entropiquement plus favorables que les paires de bases AT. Cela n’est pas tant d\u00fb au nombre diff\u00e9rent de liaisons hydrog\u00e8ne form\u00e9es par les deux paires, mais plut\u00f4t aux diff\u00e9rentes interactions d’empilement. L’\u00e9nergie d’empilement de deux paires de bases est beaucoup plus petite si l’une des deux paires est une paire de bases AT. Les empilements GC, en revanche, sont \u00e9nerg\u00e9tiquement plus favorables et stabilisent plus fortement la double h\u00e9lice. Le rapport des paires de bases GC au nombre total de toutes les paires de bases est donn\u00e9 par le contenu GC.<\/p>\n\n

\u00c9tant donn\u00e9 que l’ADN simple brin absorbe la lumi\u00e8re UV environ 40 pour cent plus fortement que l’ADN double brin, la temp\u00e9rature de transition peut \u00eatre facilement d\u00e9termin\u00e9e dans un photom\u00e8tre.<\/p>\n\n

Si la temp\u00e9rature de la solution tombe en dessous de Tm, les brins simples peuvent se rejoindre. Ce processus est appel\u00e9 renaturation ou hybridation. L’interaction de la d\u00e9naturation et de la renaturation est exploit\u00e9e dans de nombreux processus biotechnologiques, par exemple dans la r\u00e9action en cha\u00eene par polym\u00e9rase (PCR), les transferts Southern et l’hybridation in situ.<\/p>\n\n

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