L’acide désoxyribonucléique (ADN) est la molécule qui porte l’information génétique de tous les êtres vivants et de nombreux virus. Véritable plan directeur de la vie, il détermine la structure et le fonctionnement des cellules. Comprendre sa structure, son organisation, son mode de réplication et les mécanismes qui assurent sa stabilité est essentiel pour saisir les bases de la biologie moléculaire et les processus qui sous-tendent la santé et la maladie.
1. Structure de l’ADN
1.1 Composition chimique
L’ADN est un polymère constitué d’unités appelées nucléotides. Chaque nucléotide est formé de trois éléments :
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Un sucre : le désoxyribose
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Un groupement phosphate
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Une base azotée : adénine (A), thymine (T), guanine (G) ou cytosine (C)
Les bases sont regroupées en deux catégories :
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Purines : A et G
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Pyrimidines : T et C
1.2 Organisation en double hélice
En 1953, James Watson et Francis Crick (avec les données de Rosalind Franklin) décrivent la double hélice de l’ADN.
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Les deux brins sont antiparallèles (5’ → 3’ et 3’ → 5’).
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Les bases s’apparient de manière complémentaire : A avec T (2 liaisons hydrogène), G avec C (3 liaisons hydrogène).
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Cette complémentarité assure à la fois fidélité lors de la réplication et stabilité chimique.
2. Organisation de l’ADN dans la cellule
2.1 ADN nu vs ADN associé aux protéines
Dans les cellules eucaryotes, l’ADN ne flotte pas librement. Il est associé à des protéines histones pour former la chromatine. Cette organisation permet :
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De compacter l’ADN (2 mètres d’ADN dans un noyau de quelques micromètres)
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De réguler l’accessibilité à l’information génétique
2.2 Niveaux de compaction
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Nucléosome : ADN enroulé autour d’un octamère d’histones.
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Fibre de 30 nm : enroulement des nucléosomes.
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Boucles et domaines : organisation en régions fonctionnelles.
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Chromosomes : niveau maximal de compaction, visible en mitose.
3. Réplication de l’ADN
3.1 Principe général
La réplication est semi-conservative : chaque molécule fille conserve un brin parental et synthétise un nouveau brin complémentaire.
3.2 Étapes clés
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Initiation
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Ouverture de l’ADN au niveau des origines de réplication par l’hélicase.
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Formation de la bulle de réplication.
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Élongation
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Synthèse du nouveau brin par l’ADN polymérase (toujours dans le sens 5’ → 3’).
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Brin direct (continu) et brin retardé (discontinu, fragments d’Okazaki).
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Maturation et terminaison
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Remplacement des amorces ARN par de l’ADN.
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Ligation des fragments par l’ADN ligase.
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4. Stabilité de l’ADN
4.1 Facteurs menaçant l’intégrité de l’ADN
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Agents physiques : rayons UV, rayons X
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Agents chimiques : radicaux libres, cancérogènes
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Erreurs de réplication
4.2 Mécanismes de réparation
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Réparation par excision de base (BER) : corrige les bases altérées.
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Réparation par excision de nucléotides (NER) : retire des segments plus larges (ex : lésions dues aux UV).
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Réparation des mésappariements (MMR) : corrige les erreurs post-réplication.
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Réparation des cassures double brin : recombinaison homologue ou jonction d’extrémités non homologues.
4.3 Importance de la stabilité
La stabilité de l’ADN est cruciale pour éviter les mutations pouvant conduire à des maladies génétiques, au cancer ou au vieillissement prématuré.
Conclusion
L’ADN est bien plus qu’un simple support d’information : c’est une molécule dynamique, organisée de manière complexe, capable de se copier fidèlement tout en conservant une intégrité remarquable. Comprendre sa structure, son organisation, sa réplication et les mécanismes qui assurent sa stabilité permet de mieux appréhender les fondements de la vie et les causes moléculaires des pathologies.
Références
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Watson, J.D., Crick, F.H.C. (1953). Molecular structure of nucleic acids. Nature.
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Alberts, B. et al. (2015). Molecular Biology of the Cell. 6th Edition. Garland Science.
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Lodish, H. et al. (2021). Molecular Cell Biology. 9th Edition. W. H. Freeman.