Vidéo de la leçon: Découverte et structure de l’ADN Biologie

Transcription de la vidéo

Dans cette vidéo, nous allons apprendre la structure de l'ADN, des molécules qui le composent aux liaisons qui le maintiennent en place. Nous allons également découvrir comment le travail des scientifiques au milieu des années 1900 a contribué à notre compréhension actuelle de l’ADN. Alors déroulons la double hélice et voyons ce qu’il y a à l’intérieur.

Les acides nucléiques sont un type de molécule biochimique qui porte des informations génétiques. Ils se trouvent dans presque toutes les cellules vivantes et sont chargés de contrôler les fonctions cellulaires, qui à leur tour dictent toutes les caractéristiques de l'organisme, de son apparence à sa taille jusqu’à ses besoins nutritionnels. Lorsque les organismes se reproduisent, les informations contenues dans les acides nucléiques de chaque parent sont transmises à la progéniture.

Il existe deux types d’acides nucléiques: l’ADN, qui signifie acide désoxyribonucléique, et l’ARN, qui veut dire acide ribonucléique. Ces molécules se trouvent principalement dans le noyau de chaque cellule vivante. Les organismes vivants stockent généralement leurs informations génétiques dans l’ADN, tandis que les molécules d’ARN permettent de transférer et d’interpréter ces informations.

Bien que la molécule que nous connaissons maintenant sous le nom d’ADN ait été découverte pour la première fois dans les années 1800, ce n’est que vers le milieu des années 1900 que sa structure et son rôle dans la transmission génétique ont été déterminés. Ces découvertes ont marqué un tournant, car elles constituent les fondements qui ont menés aux innovations dans de nombreux domaines de la science moderne. Aujourd'hui, nous avons une idée précise de ce à quoi ressemble l'ADN et de la façon dont il fonctionne comme le programme de la vie.

Tout d'abord, parlons des éléments constitutifs les plus simples de l'ADN. L’ADN est composé de nombreux nucléotides. Chaque nucléotide a trois composants. Le premier est le sucre désoxyribose, représenté ici par un pentagone. Nous le dessinons comme un pentagone parce que le désoxyribose est un sucre pentose, ce qui signifie qu’il contient cinq atomes de carbone dans sa structure atomique, comme vous pouvez le voir ici. Nous donnons à chacun de ces atomes de carbone un numéro et une apostrophe que nous appelons prime. Par exemple, celui-ci sera désigné comme l’atome de carbone cinq prime.

Le deuxième composant d’un nucléotide est une base contenant de l’azote, ou azotée, qui est liée de manière covalente au désoxyribose. Les nucléotides de l'ADN contiennent tous le même sucre désoxyribose, mais ils possèdent chacun l'une des quatre bases azotées différentes possibles. Il s’agit de la guanine, représentée ici par la lettre G en orange; l’adénine, représentée par la lettre A en vert; la cytosine, représentée par la lettre C en bleu; et la thymine, représentée par, vous l’avez deviné, la lettre T en rose. La guanine et l’adénine sont connues sous le nom de purines car elles ont une grande structure chimique à deux cycles. La cytosine et la thymine quant à elles correspondent à des pyrimidines car elles ont une structure chimique plus petite à un seul cycle.

Le troisième et dernier composant d’un nucléotide est un groupe phosphate. Le groupe phosphate est important car c’est ce qui permet à un nucléotide de se lier à un nucléotide adjacent. Pour ce faire, il forme deux liaisons esters entre le groupe phosphate et un atome de carbone de chaque côté. Celles-ci sont communément connues sous le nom de liaison phosphodiester. Les millions de nucléotides reliés par ces liaisons phosphodiester forment une chaîne polynucléotidique. Puisque ces liaisons se forment entre les groupes de sucre et phosphate, on dit que le polynucléotide possède un squelette sucre-phosphate.

Comment les polynucléotides deviennent-ils des molécules d'ADN entièrement formées? Si nous zoomons sur une extrémité du polynucléotide, nous pouvons voir qu’il possède un groupe phosphate libre, qui n’est pas lié à un deuxième sucre désoxyribose. Souvenez-vous que chaque atome de carbone dans la molécule de sucre est numéroté. Eh bien, ce groupe phosphate libre est lié au carbone cinq prime, on dit alors que c’est l’extrémité cinq prime du polynucléotide. Si nous zoomons maintenant de l’autre côté, nous pouvons voir qu’il y a un groupe OH libre, qui est lié à l’atome de carbone trois prime. C'est ce que l'on appelle l'extrémité trois prime du polynucléotide.

L’ADN n’est généralement pas constitué d’un polynucléotide unique. Il est généralement double brin. En d’autres termes, il est composé de deux polynucléotides reliés ensemble. Alors, comment se forme ce complexe? Une deuxième chaîne polynucléotidique est assemblée, qui est ensuite reliée à la première par des liaisons hydrogène entre les bases azotées. Ces liaisons hydrogène ne se forment cependant pas n’importe où. La thymine ne forme que des liaisons avec l’adénine, et la cytosine ne forme que des liaisons avec la guanine. Ce phénomène est connu sous le nom d’appariement de bases complémentaires. Cela signifie que les deux brins qui composent une molécule d'ADN sont complémentaires l'un de l'autre.

Une autre caractéristique de ces deux brins est qu’ils sont antiparallèles. Cela signifie qu’ils sont orientés dans des directions opposées. Donc, l'extrémité cinq prime d'un brin s'aligne avec l'extrémité trois prime de l'autre brin, et vice versa. La structure ressemble maintenant un peu à une échelle, avec les liaisons hydrogène entre les bases représentant les barreaux. Pour former la structure finale de l’ADN, cette molécule en forme d’échelle se tord dans le sens des aiguilles d’une montre. Cette structure finale est connue sous le nom de double hélice, et c’est la forme de l’ADN la plus courante.

Maintenant que nous connaissons la structure de l’ADN, nous sommes en mesure de calculer la composition en pourcentage de l’ADN. En raison de l’appariement complémentaire des bases, une molécule d’ADN a toujours le même nombre de bases guanine, indiquées ici en orange, que de bases cytosine, indiquées ici en bleu. Par exemple, dans le morceau d’ADN montré ici, il y en a sept de chaque. De même, il doit toujours y avoir le même nombre de bases adénine, représentées ici en vert, que de bases thymine, représentées ici en rose; dans ce cas six de chaque. C’est le scientifique américain appelé Chargaff qui a découvert cela à la fin des années 1940 avant même que la structure de l’ADN ait été établie. C’est ce qu’on appelle la règle de Chargaff, qui peut être utilisée pour calculer le pourcentage de chaque base dans l’ADN d’un organisme particulier. Il s’agit de sa composition en pourcentage.

Voyons maintenant comment les séquences d’ADN sont interprétées par les scientifiques. Vous pouvez considérer l’ADN un peu comme un livre d’instructions pour tout ce qui se passe à l’intérieur d’une cellule, avec les bases azotées G, A, C et T agissant comme une sorte d’alphabet génétique. L’ordre ou la séquence de ces bases est donc très important pour déterminer les protéines qui seront produites. Les scientifiques étudient les séquences ADN depuis les années 1970 afin de mieux comprendre le fonctionnement des gènes et comment les utiliser à notre avantage, par exemple dans le développement de traitements médicaux personnalisés.

Le problème lors de l’étude de ces séquences est que l’ADN ne se trouve pas toujours dans la même orientation. Par exemple, cette section d’ADN indiquée ici pourrait se mettre dans ce sens ou dans celui-ci. Et selon la direction dans laquelle elle a été analysée, sa lecture de gauche à droite donnera au scientifique une information génétique totalement différente. Pour éviter ce problème, l’ADN est toujours lu dans le sens cinq prime vers trois prime. Par conséquent, quelle que soit leur orientation, les séquences ADN seront toujours interprétées de la même manière.

Voyons maintenant comment la structure de l’ADN a été découverte. En 1951, une scientifique anglaise appelée Rosalind Franklin a commencé à étudier la structure de l’ADN. Elle avait beaucoup d’expérience dans la technique de laboratoire appelée cristallographie aux rayons X. Elle consiste à faire passer des rayons X à travers des structures cristallines et à observer comment ils se diffusent ou se diffractent. En capturant ces motifs de diffraction sous forme de photographies, les scientifiques peuvent analyser la structure moléculaire d’un cristal particulier.

Dans l’expérience de Franklin, cette technique a été appliquée à des cristaux d’ADN isolés. Avec son équipe, elle a développé de nombreuses photographies de la structure cristalline de l’ADN. Cette photographie en particulier, prise en 1952, a démontré de façon irréfutable la structure de l’ADN. Tout d'abord, il a été déterminé à partir du schéma de diffraction aux rayons X que l'ADN a une forme d’hélice. Deuxièmement, à l’aide des informations sur la densité des échantillons ADN utilisés par Franklin, il a été conclu que l’ADN est composé de deux brins. Troisièmement, il a été déduit que les bases azotées sont orientées à l'intérieur vers le centre de l'hélice, tandis que les groupes phosphate sont orientés vers l'extérieur.

Cette image était la 51ème photographie prise par Franklin et son équipe, et a donc été plus récemment renommée Photo 51 pour marquer son importance. En janvier 1953, le collègue de Franklin, Maurice Wilkins, montra la photo 51 à James Watson. Watson était un autre scientifique qui, avec son partenaire de recherche Francis Crick, essayait également d’établir la structure de l’ADN. Watson et Crick se sont basés sur les informations de la photo 51 pour proposer un modèle tridimensionnel à double hélice de la structure de l’ADN, qu’ils ont publié en 1953 sans mentionner la contribution de Franklin.

En 1962, Wilkins, Watson et Crick ont reçu le prix Nobel de physiologie et de médecine pour leurs découvertes, mais à ce moment là Franklin était déjà décédée du cancer de l’ovaire. Ce n’est qu’en 1968, lorsque Watson a publié un compte-rendu personnel de leur travail, que les contributions importantes de Rosalind Franklin à la découverte de la structure de l’ADN ont été correctement reconnues. Le fait que la structure à double hélice de l’ADN soit toujours le modèle que nous utilisons aujourd’hui montre à quel point le travail de Franklin et de ses collègues a été novateur et influent.

Maintenant que nous avons tout appris sur l’ADN, faisons une question pratique.

Quel est la liaison qui se forme entre les paires de bases dans l’ADN pour maintenir les deux brins ensemble en une double hélice? (A) glycosidique, (B) hydrogène, (C) ionique, (D) covalente ou (E) phosphodiester.

Ce schéma représente la structure en double hélice de l’ADN. Si nous zoomons sur une petite portion de cette molécule d’ADN, nous pouvons voir qu’elle est composée d’unités individuelles que nous appelons des nucléotides. Chaque nucléotide contient une base. Il y a quatre bases différentes possibles, représentées par les quatre couleurs que vous voyez ici. Un type particulier de liaison covalente, appelée liaison phosphodiester, se forme entre les nucléotides. Ces liaisons phosphodiester forment les deux brins qui composent la molécule d’ADN. Mais cette question nous demande quels liaisons se forment entre les paires de bases pour maintenir les deux brins ensemble. Nous pouvons donc exclure (E) car la liaison phosphodiester n’est pas la bonne réponse.

Les liaisons qui se forment entre les paires de bases sont des liaisons hydrogène. Comme vous pouvez le voir dans cette figure, deux liaisons hydrogène se forment entre la thymine et l’adénine, les noms de ces deux bases, et trois liaisons hydrogène se forment entre la guanine et la cytosine, les deux autres bases. Nous avons donc déterminé que le type de liaison qui se forme entre les paires de bases dans l’ADN pour maintenir les deux brins ensemble en une double hélice est hydrogène (B).

Résumons ce que nous avons appris dans cette vidéo en passant en revue les points clés. L’ADN est un acide nucléique qui stocke des informations génétiques. Il est composé d’unités individuelles appelées nucléotides, qui s’unissent pour former des chaînes polynucléotidiques. Deux chaînes polynucléotidiques se rejoignent par des liaisons hydrogène entre les bases pour former l’ADN. La guanine ne forme que des liaisons avec la cytosine, et l’adénine n’a que des liaisons avec la thymine. L’ADN se trouve généralement sous la forme d’une molécule en forme de double hélice, et il est lu dans la direction cinq prime vers trois prime. Enfin, le modèle d’ADN à double hélice a été établi dans les années 1950 par Rosalind Franklin et ses collègues.