Double hélice

Définition

La double hélice est le terme utilisé pour décrire la forme de notre molécule héréditaire, l’ADN. Cette structure instantanément reconnaissable est constituée de deux brins d’ADN tordus l’un autour de l’autre et reliés en leur centre par des liaisons hydrogène. Les liaisons hydrogène se forment entre les nucléotides – l’unité répétitive de l’ADN et le langage du code génétique.

La structure en double hélice de l’ADN a été découverte lors d’une recherche historique attribuée à James Watson et Francis Crick dans les années 1950. Cette découverte est considérée comme l’une des plus importantes avancées de la biologie à ce jour. L’histoire de la découverte de la double hélice de l’ADN a également quelques controverses attachées, avec des affirmations selon lesquelles les scientifiques impliqués n’ont pas reconnu les contributions des autres, à savoir Rosalind Franklin.

Un aperçu de la structure de l’ADN

Chaque brin d’ADN est constitué d’une série d’unités répétitives appelées nucléotides. Par conséquent, chaque brin d’ADN est appelé un polynucléotide. Ces nucléotides sont formés de trois composants :

• un sucre à cinq carbones (désoxyribose)
• un groupe phosphate
• une base azotée

Le 4e carbone du sucre désoxyribose d’un nucléotide forme une liaison phosphodiester avec le groupe phosphate de la base adjacente. Ceci constitue la base du squelette sucre-phosphate du brin de l’ADN.

Les bases azotées sont le « langage » de l’ADN. Il y a quatre bases azotées dans l’ADN : la guanine (G), l’adénine (A), la thymine (T) et la cytosine (C). Elles peuvent être divisées en deux groupes en fonction de leur structure. La guanine et l’adénine sont des purines, avec un cycle azoté à deux carbones ; et la thymine et la cytosine sont des pyrimidines, avec un cycle azoté à un carbone.

La combinaison de ces quatre lettres dans les molécules d’ADN est ce que nous appelons le code génétique, et ce code contient toutes les instructions pour construire et faire fonctionner un organisme entier !

Chacun de ces brins de polynucléotides est apparié à un brin complémentaire et s’enroule l’un autour de l’autre pour former la structure en double hélice. Comment cette structure complexe a-t-elle été mise au jour ?

La découverte de la structure en double hélice de l’ADN

La découverte de la structure en double hélice de l’ADN est l’une des avancées scientifiques les plus importantes et les plus connues. Cette découverte a été attribuée à James Watson, un biologiste, et Francis Crick, un physicien, dans les années 1950. Ils ont ensuite reçu le prix Nobel pour leurs recherches, ainsi que Maurice Wilkins, dont on oublie souvent le rôle important qu’il a joué dans les recherches qui ont conduit à cette découverte. En fait, son autobiographie est intitulée « Le troisième homme de la double hélice ».

Avant la publication de leurs résultats, de nombreuses recherches avaient déjà été menées, et une certaine lumière avait été faite, sur la composition de l’ADN. Par exemple, on savait déjà que l’ADN est composé de nucléotides et que le rapport purines : pyrimidines dans une molécule d’ADN est égal (connu sous le nom de règle de Chargaff).

Watson et Crick ont dérivé leur modèle en mettant ces preuves, ainsi que les données de cristallographie aux rayons X recueillies par Rosalind Franklin, dans une structure qui satisfaisait les paramètres de toutes les preuves recueillies précédemment. Ils ont utilisé une série de modèles en carton, qu’ils ont soigneusement construits jusqu’à ce qu’ils forment une structure qui ait un sens. Ils ont ainsi créé un modèle qui, des décennies plus tard, est largement considéré comme exact. Vous pouvez lire l’article original, complet avec des annotations, ici.

Une fois leurs recherches terminées, ils ont prétendument eu un moment « eurêka », et Crick a couru à leur pub local à Cambridge pour annoncer que lui et Watson avaient « découvert le secret de la vie ».

Le pub, appelé The Eagle, a érigé une plaque à l’intérieur et une à l’extérieur pour commémorer l’occasion. La plaque a été une fois modifiée par un membre du public, qui a ajouté « + Franklin en reconnaissance du rôle important joué par Rosalind Franklin ! »

Les caractéristiques de la structure à double hélice de l’ADN

Certaines des caractéristiques importantes du modèle de Watson/Crick de la double hélice de l’ADN comprennent :

Directionnalité de l’hélice

Une seule molécule d’ADN est constituée de deux brins qui s’enroulent l’un autour de l’autre pour former une hélice. L’hélice tourne environ une fois tous les dix nucléotides. Le sens de l’hélice est presque toujours à droite, c’est-à-dire que si vous imaginez les deux brins comme un escalier en spirale que vous êtes sur le point de descendre, vous devriez tourner à droite pour descendre. L’extérieur de l’hélice contient les brins d’ADN, et le cœur de l’hélice contient les bases azotées.

Appariement complémentaire des bases

Lorsque les nucléotides de chaque brin subissent une liaison hydrogène, ils le font d’une manière particulière. Les adénines sont toujours appariées avec les thymines et les cytosines et toujours appariées avec les guanines. Il existe trois liaisons hydrogène entre la guanine et la cytosine, et deux liaisons hydrogène entre les thymines et les guanines. Ainsi, on dit que les brins d’ADN sont complémentaires les uns des autres.

Code génétique

La séquence des nucléotides est variable selon les organismes, c’est elle qui détient l’information génétique et rend chaque organisme unique. La séquence de l’ADN se propage entre les générations. Ainsi, la séquence de l’ADN est essentielle à la poursuite de la vie.

Orientation antiparallèle

Les brins d’ADN sont antiparallèles les uns aux autres. Cela signifie qu’à l’extrémité d’une molécule particulière, un brin se termine sur un groupe phosphate (appelé le 5′ car le groupe phosphate est attaché au cinquième carbone), et l’autre brin se termine sur un groupe hydroxyle (appelé le 3′ car le groupe OH est sur le troisième carbone). L’inverse est vrai pour l’autre extrémité de la molécule.

Sillons majeurs et mineurs

La structure de l’ADN fait que le squelette des deux brins est plus proche d’un côté de l’hélice que de l’autre. Là où ils sont plus proches, la structure s’appelle le sillon majeur. Là où ils sont plus éloignés, la structure est appelée le sillon mineur.

Ces côtés sont fonctionnellement importants, car certaines protéines se lient préférentiellement au sillon majeur. Ces protéines sont généralement des facteurs qui doivent interagir avec les nucléotides, comme les facteurs de transcription ou les enzymes de réplication de l’ADN. En revanche, d’autres protéines qui ne nécessitent pas de spécificité de séquence interagiront avec le sillon mineur.

L’enzyme de déroulement

Pour que l’ADN soit transmis à la génération suivante, il doit être copié. Pour être fidèlement répliquée, la double hélice doit être déroulée ou dézippée, afin que la machinerie cellulaire ait accès à la séquence de nucléotides. Ce dézippage est réalisé par l’enzyme hélicase.

La fonction de l’hélicase est de remodeler la structure de l’ADN en brisant les liaisons hydrogène entre les nucléotides appariés. L’ADN hélicase est également importante lors de la réparation des lésions de l’ADN et du processus de transcription.

Structures alternatives de l’ADN

Le modèle de Watson et Crick fait référence à la structure la plus courante de l’ADN, appelée ADN B. Deux autres conformations de l’ADN sont beaucoup plus rares dans la nature : l’ADN-Z et l’ADN-A. L’ADN-Z est une hélice gauchère sans différences marquées qui définissent les rainures majeures et mineures. L’ADN-A a une structure beaucoup plus similaire à celle de l’ADN-B, mais il est plus comprimé et compact.

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Bibliographie