L'ADN

1. La composition chimique de l'ADN

L'ADN (acide désoxyribonucléique) est une très longue molécule, un polymère, formée par l'enchaînement d'unités appelées nucléotides.

Un nucléotide est formé de trois éléments :

• un groupement phosphate (acide phosphorique) ;
• un sucre à cinq atomes de carbone, le désoxyribose ;
• une base azotée, fixée sur le sucre.

Il existe quatre bases azotées dans l'ADN, donc quatre nucléotides différents :

Les nucléotides d'un même brin sont reliés entre eux par des liaisons phosphodiester : le phosphate d'un nucléotide se lie au sucre du nucléotide suivant. On obtient ainsi un brin avec un « squelette » alterné sucre-phosphate, sur lequel les bases dépassent comme les dents d'un peigne. Chaque brin a une orientation : une extrémité 5' (côté phosphate libre) et une extrémité 3' (côté sucre libre).

2. Les règles de Chargaff

Vers 1950, le biochimiste Erwin Chargaff analyse l'ADN de nombreuses espèces. Il constate que :

• la quantité d'adénine est égale à celle de thymine : A = T ;
• la quantité de guanine est égale à celle de cytosine : G = C ;
• par conséquent, A + G = T + C, soit A + GT + C = 1 ;
• en revanche, le rapport A + TG + C varie d'une espèce à l'autre.

Ces égalités suggèrent que les bases fonctionnent par paires : A avec T, G avec C.

3. La structure en double hélice

À partir de ces résultats et des images obtenues par diffraction des rayons X par Rosalind Franklin et Maurice Wilkins, James Watson et Francis Crick proposent en 1953 le modèle de la double hélice.

• L'ADN est formé de deux brins enroulés l'un autour de l'autre, comme une échelle de corde tordue.
• Les montants de l'échelle sont les squelettes sucre-phosphate ; les barreaux sont les paires de bases, tournées vers l'intérieur.
• Les bases s'associent toujours de la même façon : A avec T par 2 liaisons hydrogène, G avec C par 3 liaisons hydrogène. On dit que les bases sont complémentaires, et que les deux brins sont complémentaires.
• Les deux brins sont antiparallèles : l'un va de 5' vers 3', l'autre de 3' vers 5'.

Dimensions (valeurs arrondies) : diamètre de la double hélice : environ 2 nm ; distance entre deux paires de bases successives : 0,34 nm ; un tour complet d'hélice (le « pas ») mesure 3,4 nm et contient environ 10 paires de bases.

4. Où l'information est-elle écrite ?

Le squelette sucre-phosphate est le même dans toutes les molécules d'ADN. Ce qui change d'un gène à l'autre, d'un individu à l'autre et d'une espèce à l'autre, c'est l'ordre des nucléotides, c'est-à-dire la séquence des bases le long d'un brin. L'information génétique est donc écrite dans un « alphabet » de quatre lettres, A, T, G et C, comme un texte est écrit avec les lettres de l'alphabet.

Avec seulement quatre lettres, le nombre de séquences possibles est immense : pour un fragment de n nucléotides, il existe 4ⁿ séquences différentes. Pour seulement 10 nucléotides, cela fait déjà 4¹⁰ = 1 048 576 possibilités.

La complémentarité a une conséquence capitale : un brin suffit pour reconstituer l'autre. C'est ce qui permettra la copie fidèle de l'ADN avant chaque division cellulaire (la réplication), étudiée dans le chapitre sur la transmission de l'information génétique.

5. De la molécule au chromosome

Chez les eucaryotes, l'ADN se trouve dans le noyau (et une petite quantité dans les mitochondries et les chloroplastes). Il est associé à des protéines, les histones, autour desquelles il s'enroule : l'ensemble forme la chromatine. Au moment de la division cellulaire, la chromatine se condense fortement et forme les chromosomes visibles au microscope. Chez l'être humain, chaque cellule contient 46 chromosomes, et l'ADN de toutes ces molécules mis bout à bout mesurerait près de 2 mètres.