Structure à double hélice de l’ADN

En biologie, « double hélice » est un terme utilisé pour décrire la structure de l’ADN. Une double hélice d’ADN est constituée de deux chaînes spiralées d’acide désoxyribonucléique. La forme est similaire à celle d’un escalier en colimaçon. L’ADN est un acide nucléique composé de bases azotées (adénine, cytosine, guanine et thymine), d’un sucre à cinq carbones (désoxyribose) et de molécules de phosphate. Les bases nucléotidiques de l’ADN représentent les marches de l’escalier, et les molécules de désoxyribose et de phosphate forment les côtés de l’escalier.

Points clés à retenir

• La double hélice est le terme biologique qui décrit la structure globale de l’ADN. Sa double hélice est constituée de deux chaînes d’ADN en spirale. Cette forme de double hélice est souvent visualisée comme un escalier en spirale.
• La torsion de l’ADN est le résultat d’interactions à la fois hydrophiles et hydrophobes entre les molécules qui composent l’ADN et l’eau dans une cellule.
• La réplication de l’ADN et la synthèse des protéines dans nos cellules dépendent toutes deux de la forme en double hélice de l’ADN.
• Les docteurs James Watson, Francis Crick, Rosalind Franklin et Maurice Wilkins ont tous joué un rôle essentiel dans l’élucidation de la structure de l’ADN.

Pourquoi l’ADN est-il tordu ?

L’ADN est enroulé en chromosomes et étroitement tassé dans le noyau de nos cellules. L’aspect tordu de l’ADN est le résultat des interactions entre les molécules qui le composent et l’eau. Les bases azotées qui composent les marches de l’escalier torsadé sont maintenues ensemble par des liaisons hydrogène. L’adénine est liée à la thymine (A-T) et la guanine à la cytosine (G-C). Ces bases azotées sont hydrophobes, c’est-à-dire qu’elles n’ont pas d’affinité avec l’eau. Comme le cytoplasme cellulaire et le cytosol contiennent des liquides à base d’eau, les bases azotées veulent éviter tout contact avec les fluides cellulaires. Les molécules de sucre et de phosphate qui forment le squelette sucre-phosphate de la molécule sont hydrophiles, ce qui signifie qu’elles aiment l’eau et ont une affinité pour l’eau.

L’ADN est disposé de telle sorte que le phosphate et le squelette du sucre sont à l’extérieur et en contact avec le fluide, tandis que les bases azotées se trouvent dans la partie interne de la molécule. Afin d’empêcher davantage les bases azotées d’entrer en contact avec le fluide cellulaire, la molécule se tord pour réduire l’espace entre les bases azotées et les brins de phosphate et de sucre. Le fait que les deux brins d’ADN qui forment la double hélice soient antiparallèles contribue également à la torsion de la molécule. L’antiparallèle signifie que les brins d’ADN vont dans des directions opposées, ce qui garantit que les brins s’emboîtent bien les uns dans les autres. Cela réduit le risque d’infiltration de liquide entre les bases.

Réplication de l’ADN et synthèse des protéines

L’ADN est transcrit et traduit pour produire des protéines.

La forme en double hélice permet la réplication de l’ADN et la synthèse des protéines. Dans ces processus, l’ADN torsadé se déroule et s’ouvre pour permettre la fabrication d’une copie de l’ADN. Dans la réplication de l’ADN, la double hélice se déroule et chaque brin séparé est utilisé pour synthétiser un nouveau brin. Au fur et à mesure que les nouveaux brins se forment, les bases sont appairées ensemble jusqu’à ce que deux molécules d’ADN à double hélice soient formées à partir d’une seule molécule d’ADN à double hélice. La réplication de l’ADN est nécessaire pour que les processus de mitose et de méiose se produisent.

Dans la synthèse des protéines, la molécule d’ADN est transcrite pour produire une version ARN du code de l’ADN appelée ARN messager (ARNm). La molécule d’ARN messager est ensuite traduite pour produire des protéines. Pour que la transcription de l’ADN ait lieu, la double hélice de l’ADN doit se dérouler et permettre à une enzyme appelée ARN polymérase de transcrire l’ADN. L’ARN est également un acide nucléique, mais il contient la base uracile au lieu de la thymine. Lors de la transcription, la guanine s’associe à la cytosine et l’adénine s’associe à l’uracile pour former la transcription de l’ARN. Après la transcription, l’ADN se referme et se tord pour revenir à son état initial.

Découverte de la structure de l’ADN

Francis Crick et James Watson lors d’un symposium de biologie moléculaire.

La découverte de la structure à double hélice de l’ADN a été attribuée à James Watson et Francis Crick, récompensés par un prix Nobel pour leurs travaux. La détermination de la structure de l’ADN a été basée en partie sur les travaux de nombreux autres scientifiques, dont Rosalind Franklin. Franklin et Maurice Wilkins ont utilisé la diffraction des rayons X pour trouver des indices sur la structure de l’ADN. La photo de l’ADN prise par Franklin par diffraction des rayons X, appelée « photo 51 », a montré que les cristaux d’ADN forment une forme en X sur le film radiographique. Les molécules ayant une forme hélicoïdale ont ce type de motif en X. En se basant sur les résultats de l’étude de Franklin sur la diffraction des rayons X, Watson et Crick ont révisé leur proposition précédente de modèle d’ADN à triple hélice pour en faire un modèle d’ADN à double hélice.

Les preuves découvertes par le biochimiste Erwin Chargoff ont aidé Watson et Crick à découvrir l’appariement des bases dans l’ADN. Chargoff a démontré que les concentrations d’adénine dans l’ADN sont égales à celles de la thymine, et que les concentrations de cytosine sont égales à celles de la guanine. Grâce à ces informations, Watson et Crick ont pu déterminer que la liaison de l’adénine à la thymine (A-T) et de la cytosine à la guanine (C-G) forment les étapes de la forme en escalier torsadé de l’ADN. La colonne vertébrale en sucre-phosphate forme les côtés de l’escalier.

Sources

• « La découverte de la structure moléculaire de l’ADN – La double hélice ». Nobelprize.org, www.nobelprize.org/educational/medicine/dna_double_helix/readmore.html.