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L’ADN
L’ADN (acide désoxyribonucléique) est la molécule qui contient l’information génétique d’un être vivant. Il est formé de deux brins enroulés en double hélice, codés par quatre bases : A, T, G et C.
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L’ADN est présent dans presque toutes les cellules de tous les organismes, de la bactérie à la baleine. Il agit comme une notice : la succession de ses bases, comme les lettres d’un texte, indique à la cellule quelles protéines fabriquer, quand et en quelle quantité. Il se transmet des parents aux enfants et se copie à chaque division cellulaire, ce qui explique à la fois la ressemblance entre générations et l'évolution des espèces par l’accumulation de modifications.
Structure de l’ADN
Les nucléotides, briques de base
Chaque brin d’ADN est une longue chaîne de nucléotides. Un nucléotide comprend trois éléments :
- un sucre, le désoxyribose (qui donne son nom à la molécule) ;
- un groupement phosphate ;
- une base azotée parmi quatre : adénine (A), thymine (T), guanine (G) et cytosine (C).
Le sucre et le phosphate forment l’armature du brin ; les bases portent l’information.
La double hélice et la complémentarité des bases
Les deux brins sont enroulés l’un autour de l’autre et reliés par leurs bases, qui s’apparient toujours de la même façon :
- A avec T, par deux liaisons hydrogène ;
- G avec C, par trois liaisons hydrogène.
Cette complémentarité est la clé du fonctionnement de l’ADN : connaître la séquence d’un brin permet de déduire celle de l’autre. Les deux brins sont orientés en sens opposés (on dit qu’ils sont antiparallèles). L’hélice fait un tour complet environ tous les 10 paires de bases, soit 3,4 nanomètres, pour un diamètre de 2 nanomètres.
Comment l’ADN tient dans le noyau
Déroulé, l’ADN d’une seule cellule humaine mesurerait environ 2 mètres, alors que le noyau ne fait que quelques micromètres. L’ADN s’enroule autour de protéines, les histones, pour former la chromatine, qui se compacte encore au moment de la division en chromosomes visibles au microscope.
Du gène à la protéine
Un gène est un segment d’ADN qui contient l’information nécessaire à la fabrication d’une molécule, le plus souvent une protéine. Le passage de l’ADN à la protéine se fait en deux étapes, résumées par le « dogme central » de la biologie moléculaire formulé par Francis Crick en 1958.
- Transcription (dans le noyau) : le gène est copié en un ARN messager, une molécule simple brin où l’uracile (U) remplace la thymine.
- Traduction (dans le cytoplasme) : les ribosomes lisent l’ARN messager par groupes de trois bases, les codons, et assemblent les acides aminés correspondants pour former la protéine.
Le code génétique compte 64 codons pour 20 acides aminés et 3 signaux d’arrêt. Il est quasi universel : le même codon désigne le même acide aminé chez la bactérie et chez l’humain, ce qui témoigne d’une origine commune de tout le vivant. Il a été déchiffré entre 1961 et 1966, notamment par Marshall Nirenberg et Har Gobind Khorana.
ADN et ARN : les différences
| ADN | ARN | |
|---|---|---|
| Sucre | Désoxyribose | Ribose |
| Bases | A, T, G, C | A, U, G, C |
| Structure | Double brin | Généralement simple brin |
| Localisation | Noyau (et mitochondries) | Noyau et cytoplasme |
| Rôle | Stockage durable de l’information | Messager, outil de traduction, régulation |
| Stabilité | Très stable | Courte durée de vie |
La réplication : comment l’ADN se copie
Avant chaque division, la cellule duplique son ADN. Une enzyme ouvre la double hélice ; chaque brin sert de modèle à la synthèse d’un brin complémentaire par l'ADN polymérase. On obtient deux molécules identiques, chacune composée d’un brin ancien et d’un brin neuf : la réplication est dite semi-conservative, ce que Matthew Meselson et Franklin Stahl ont démontré en 1958.
La copie est extrêmement fidèle grâce aux mécanismes de relecture et de réparation, mais pas parfaite. Les erreurs non corrigées, ou les dommages causés par les UV, certains produits chimiques ou les rayonnements, sont des mutations. La plupart sont neutres, certaines sont délétères (maladies génétiques, cancers), d’autres avantageuses : elles sont la matière première de l’évolution.
L’histoire de la découverte de l’ADN
| Date | Étape |
|---|---|
| 1869 | Friedrich Miescher isole dans le noyau des globules blancs une substance qu’il nomme « nucléine ». |
| 1944 | Oswald Avery, Colin MacLeod et Maclyn McCarty montrent que l’ADN est le support de l’hérédité chez les bactéries. |
| 1950 | Erwin Chargaff établit que la quantité de A égale celle de T, et celle de G celle de C. |
| 1952 | Rosalind Franklin et Raymond Gosling obtiennent par diffraction des rayons X le cliché « photo 51 ». |
| 25 avril 1953 | James Watson et Francis Crick publient dans Nature le modèle de la double hélice. |
| 1958 | Meselson et Stahl prouvent la réplication semi-conservative. |
| 1962 | Prix Nobel de médecine à Watson, Crick et Maurice Wilkins. Rosalind Franklin, morte en 1958, ne pouvait être récompensée. |
| 1977 | Frederick Sanger met au point une méthode de séquençage de l’ADN. |
| 1983 | Kary Mullis invente la PCR, qui permet de multiplier un fragment d’ADN. |
| 2003 | Fin du Projet génome humain, lancé en 1990. |
| 2012 | Emmanuelle Charpentier et Jennifer Doudna décrivent l’outil d’édition CRISPR-Cas9 (prix Nobel de chimie 2020). |
| 2022 | Publication de la première séquence complète d’un génome humain, « de télomère à télomère ». |
Le génome humain en chiffres
| Donnée | Valeur |
|---|---|
| Taille du génome (une copie) | environ 3,1 milliards de paires de bases |
| Nombre de chromosomes | 46 (23 paires) |
| Gènes codant des protéines | environ 20 000 |
| Part du génome codant des protéines | environ 1,5 % |
| Identité entre deux humains | environ 99,9 % |
| ADN mitochondrial | 16 569 paires de bases, transmis par la mère |
L’ADN non codant n’est pas inutile pour autant : une partie régule l’activité des gènes, une autre forme les télomères et centromères, une autre encore est constituée d’éléments répétés hérités de l’histoire évolutive. Le nombre de gènes ne reflète pas la complexité d’un organisme : le riz ou certains amphibiens en possèdent davantage que l’humain.
À quoi sert l’analyse de l’ADN aujourd’hui
- Médecine : diagnostic de maladies génétiques, dépistage néonatal, oncologie (identification des mutations d’une tumeur pour choisir un traitement), tests pour détecter un virus par PCR.
- Police scientifique : l’empreinte génétique, mise au point par Alec Jeffreys en 1984, permet d’identifier une personne à partir de traces biologiques. En France, ces profils sont enregistrés au FNAEG.
- Filiation : en France, un test de paternité n’est légal que sur décision d’un juge ; les tests génétiques « récréatifs » vendus en ligne y sont interdits.
- Recherche sur l’évolution : comparaison des génomes, séquençage d’ADN ancien (le génome de Néandertal, publié en 2010, a valu le prix Nobel 2022 à Svante Pääbo).
- Biotechnologies : production d’insuline par des bactéries modifiées, vaccins à ARN, thérapies géniques, édition du génome par CRISPR.
Questions fréquentes
Que veut dire ADN ?
Acide désoxyribonucléique : « acide » parce que ses groupements phosphate libèrent des ions H⁺, « désoxyribo » pour son sucre, le désoxyribose, « nucléique » parce qu’il a été découvert dans le noyau (nucleus).
Quelle est la différence entre ADN, gène et chromosome ?
L’ADN est la molécule. Un gène est un segment de cette molécule qui code une information précise. Un chromosome est une très longue molécule d’ADN compactée avec des protéines, qui porte des centaines à des milliers de gènes.
Partage-t-on vraiment 98 % de notre ADN avec le chimpanzé ?
Oui, selon la façon de compter : en comparant les séquences alignables, les génomes humain et chimpanzé sont identiques à environ 98,8 %. Les différences, bien que faibles en proportion, portent sur des millions de bases et sur la régulation des gènes.
L’ADN peut-il se conserver longtemps ?
Après la mort, l’ADN se dégrade progressivement, mais il peut subsister des centaines de milliers d’années dans des conditions froides et sèches. Le plus ancien ADN séquencé, extrait de sédiments du Groenland, a environ 2 millions d’années. En revanche, retrouver de l’ADN de dinosaure (66 millions d’années au moins) est jugé impossible.