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13.1: Hélice d'ADN
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Hélice d'ADN
 
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13.1: Hélice d'ADN

Aperçu

L’acide désoxyribonucléique, ou ADN, est le matériel génétique responsable de la transmission des traits de génération en génération dans tous les organismes et la plupart des virus. L’ADN est composé de deux brins de nucléotides qui serpentent l’un autour de l’autre pour former une double hélice. La découverte de la structure de l’ADN s’est produite progressivement sur près d’un siècle, représentant l’une des histoires les plus célèbres et captivantes de l’histoire de la science.

Structure de l’ADN en détail

Chaque brin d’ADN se compose de sous-unités appelées nucléotides qui contiennent le désoxyribose de sucre, un groupe de phosphate, et l’une des quatre bases contenant de l’azote: adénine (A), guanine (G), cytosine (C), et thymine (T). L’adénine et la guanine sont membres d’une plus grande classe de produits chimiques appelés purines qui contiennent tous des structures à deux anneaux. La cytosine et la thymine appartiennent à un groupe de structures à anneaux uniques appelées pyrimidines.

Les nucléotides adjacents dans le même brin sont codévalentment liés par des liaisons phosphodiester. Les deux brins de nucléotides sont maintenus ensemble par des liaisons hydrogène, dans lesquelles les adénines dans un brin s’associent à des thymines à la même position dans l’autre brin, et les cytosines dans une paire de brins avec des guanines dans la même position dans l’autre brin. Cette liaison hydrogène est rendue possible par l’arrangement antiparallel des deux brins d’ADN, dans lequel les extrémités de 5' et 3' des brins sont orientées dans des directions opposées. Sans cet arrangement, les nucléotides seraient dans la mauvaise position pour former des liaisons hydrogène entre les brins.

Les deux brins de la molécule d’ADN sont étroitement enroulés dans une structure printanière appelée double hélice. Cependant, la double hélice n’est pas parfaitement symétrique. Au lieu de cela, il ya des rainures se produisant régulièrement dans la structure. La rainure principale se produit là où les épines dorsales sucre-phosphate sont relativement éloignées. Cet espace donne accès à des protéines liant l’ADN, telles que des facteurs de transcription. La rainure mineure, en revanche, se produit lorsque les épines dorsales sucre-phosphate sont proches les unes des autres. Relativement peu de protéines se lient à l’ADN par l’intermédiaire de la rainure mineure.

La découverte de la structure de l’ADN : une brève histoire

L’histoire de la découverte de la structure de l’ADN commence en 1869 lorsque le scientifique suisse Friedrich Miescher a découvert une substance qu’il a appelée « nucléin ». Dans le processus d’extraction de protéines à partir de globules blancs, Miescher a trouvé une substance inattendue qui avait une teneur en phosphore relativement élevée. Il ne savait pas ce que c’était, mais il soupçonnait que cela pourrait être biologiquement important. Miescher avait raison, mais il a fallu des décennies à la communauté scientifique pour apprécier pleinement ses idées.

La prochaine découverte critique a été faite par le biochimiste russe Phoebus Levene. En 1919, Levene proposa que la nucléine, alors connue sous le nom d’acide nucléique, soit composée de chaînes de molécules qu’il appelait polynucléotides. La proposition de Levene découlait de ses recherches sur la levure, dans lesquelles il a constaté que les nucléotides individuels étaient composés d’un groupe de phosphate, d’un sucre et d’une base contenant de l’azote. Bien que le modèle de polynucléotide de Levene ait été correct à bien des égards, il n’était toujours pas clair comment les bases ont été arrangées dans la molécule d’ADN.

Le biochimiste autrichien Erwin Chargaff s’est développé sur le travail de Levene. Travaillant à la fin des années 1940, Chargaff a fait une constatation clé: la quantité d’adénine dans l’ADN est toujours à peu près égale à la quantité de thymine, et la quantité de guanine est toujours à peu près égale à la quantité de cytosine. Ce modèle est devenu connu sous le nom de règle de Chargaff et était un élément clé de preuve qui a permis l’élucidation finale de la structure de l’ADN.

Au début des années 1950, le biologiste américain James Watson et le physicien anglais Francis Crick faisaient la course à leur principal rival, l’Américain Linus Pauling, pour découvrir la structure tridimensionnelle de l’ADN. S’appuyant sur le travail de Chargaff, ils ont utilisé la connaissance de la physique, des mathématiques et de la chimie pour construire des modèles physiques de l’ADN. Mais ils n’ont pas réussi jusqu’à ce qu’ils reçoivent un morceau critique de données: une radiographie « photographie » de l’ADN qui a indiqué en détail sa structure double-hélicoïdale. Cette photographie était les données inédites de la physicienne Rosalind Franklin et a été donnée à Watson et Crick à l’insu de Franklin. Watson et Crick ont publié leur description de la structure de l’ADN en 1953, et avec Maurice Wilkins (un collègue de Franklin), ils ont remporté le prix Nobel de physiologie ou de médecine en 1962 pour cette découverte. Malheureusement, Franklin est mort en 1958 et n’était donc pas admissible à un prix Nobel.


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