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Désoxyribonucléique

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désoxyribonucléique

désoxyribonucléique, acide (ADN)

désoxyribonucléique, acide (ADN), acide nucléique support de l’information génétique et de sa transmission au cours des générations (hérédité), principal constituant des chromosomes. A l’intérieur des cellules procaryotes (bactéries), l’ADN est « libre », tandis qu’il est enfermé dans le noyau des cellules eucaryotes. Les mitochondries (responsables de la respiration), et les chloroplastes (qui assurent la photosynthèse) possèdent leur propre ADN, qui porte le code génétique nécessaire à la synthèse de certaines des protéines dont ces organites cellulaires ont besoin.

La composition chimique de l’ADN fut déterminée en 1923, mais c’est en 1953 que Francis H. C. Crick et James D. Watson découvrirent que cette molécule est formée de deux brins, enroulés en hélices l’un autour de l’autre (ces travaux leur valurent le prix Nobel de physiologie ou médecine en 1962). A partir de cette date, la recherche scientifique fit l’un des bonds les plus spectaculaires de l’histoire de la biologie, en ouvrant une nouvelle voie, la biologie moléculaire (étude de l’ADN, de l’ARN et de ses produits). Celle-ci permit notamment d’établir les lois de la réplication de l’ADN — qui permet à une cellule de se reproduire — et de comprendre comment les protéines sont synthétisées dans les cellules à partir d’ADN et d’ARN (acide ribonucléique).

Aujourd’hui, plus de 1 million de gènes sont connus et séquencés, ce qui permet de les manipuler (voir Génétique, génie), de les comparer entre différentes espèces animales et végétales, de les utiliser en agronomie ou dans la recherche biomédicale.

Les molécules d’ADN sont les plus grosses molécules du monde vivant. La double hélice est composée de deux brins enroulés l’un autour de l’autre ; on dit que l’ADN est bicaténaire (contrairement à l’ARN, qui est monocaténaire). Chacun de ces brins est constitué d’un enchaînement de bases dites puriques (guanine, G ; adénine, A) et pyrimidiques (cytosine, C ; thymine, T). Les bases sont reliées entre elles à l’intérieur d’un brin d’ADN par des sucres — des oses —, appelés désoxyriboses, et par des acides phosphoriques. Une base plus un sucre et un phosphate constituent un nucléotide, dont la succession forme un brin d’ADN. L’appariement des deux brins est réalisé par les bases : l’adénine peut, en effet, se lier par des liaisons faibles à la thymine (A-T), et la guanine fait de même avec la cytosine (G-C). En aucun cas, thymine et guanine, ou cytosine et adénine, ne peuvent s’apparier.

L’enchaînement des nucléotides le long d’un brin d’ADN se fait dans un sens déterminé, opposé à celui de l’autre brin de la molécule d’ADN : c’est l’antiparallélisme. Selon les cas, l’ADN est circulaire (bactéries, certains virus, mitochondries et chloroplates) ou linéaire (cellules eucaryotes, virus). Complètement déroulé, l’ADN d’une bactérie mesurerait 1,4 mm de long, mais celui d’un chromosome humain, 2 m.

La possibilité qu’a cette énorme molécule de tenir dans le noyau d’une cellule est conférée, chez les eucaryotes, par des systèmes de compactage. Les noyaux des cellules eucaryotes possèdent en effet un nombre très important de petites protéines, les histones, qui se lient spécifiquement à l’ADN. Les plus importantes, les histones H1, petites protéines « circulaires », enroulent l’ADN autour d’elles. Chaque histone H1, avec la région du brin d’ADN qui lui est associée, forme un complexe appelé nucléosome ; l’ADN, avec ses nombreuses H1, ressemble alors à un collier de perles (succession de nucléosomes). Ensuite, grâce à d’autres types d’histones, les nucléosomes sont tassés les uns sur les autres. Au final, l’ADN est une molécule enroulée et compactée à l’extrême.

 

Les biologistes attribuent à l’ADN deux rôles fondamentaux. Tout d’abord, cet acide nucléique est le siège de l’information génétique de tous les organismes vivants, ainsi que des virus (qui ne possèdent pas toutes les caractéristiques de la vie), à l’exception des virus dits à ARN. Selon l’assemblage des bases les unes par rapport aux autres au sein des gènes, l’information que l’ADN contient ne sera pas la même. Par exemple, l’ordre AAAGATCGA est différent de ATAGAAGCA. Ce code génétique est traduit, par le biais de l’ARN, dans le cytoplasme, en protéines. Ensuite, l’ADN permet la transmission des informations génétiques de cellule en cellule et de génération en génération.

Le maintien de l’information génétique dans l’organisme et sa transmission sont assurés par la capacité qu’a une cellule de former deux molécules d’ADN ayant la même séquence, à partir d’une seule. Ce processus biochimique, appelé réplication, est fondé sur la propriété de complémentarité des bases A-T et G-C. Il fait intervenir un brin d’ADN chromosomique, des bases A, G, T et C libres, et plusieurs enzymes catalysant cette réaction, les ADN polymérases.

Pour que la réplication puisse avoir lieu, les deux brins de la molécule d’ADN s’ouvrent, un peu comme une fermeture à glissière. Chaque brin est alors parcouru par une ADN polymérase, qui synthétise un nouveau brin, complémentaire du premier, en accolant bout à bout des bases libres. A la fin du processus, il y a deux molécules d’ADN, dont chacune est constituée d’un brin nouvellement formé et d’un brin ancien ; la réplication est dite semi-conservative. La réplication permet, lors d’une mitose ou de la première partie d’une méiose, de former, à partir d’une cellule mère, deux cellules filles possédant des chromosomes identiques (dans lesquels un brin provient de la cellule mère, et l’autre est nouvellement synthétisé) et identiques à ceux de la cellule mère. Les mécanismes de réplication ne sont toutefois pas infaillibles et introduisent quelques erreurs dans les nouveaux brins ; mais des processus de réparation permettent de limiter le taux final d’erreurs à moins de 1 pour 1 milliard de nucléotides.

C'est ce mécanisme, très fidèle, qui explique comment l'information génétique est conservée dans toutes les cellules de l'organisme, y compris dans les cellules sexuelles (gamètes) qui vont permettre sa transmission à la descendance (voir Génétique ; Hérédité). Ce phénomène est ainsi, de la même façon, à l’origine de la permanence des caractéristiques globales de chaque espèce animale, végétale, virale ou bactérienne.

 

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