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L'Acide Désoxyribonucléique (ADN)

Definition de l'ADN

ADN.pngL’acide désoxyribonucléique ou ADN est une molécule complexe présente dans toutes les cellules vivantes qui renferment toutes les informations nécessaires au développement et au fonctionnement de l’organisme. Il s'agit d'un acide nucléïque. 

L’ADN est transmis lors de la reproduction de manière partielle ou totale et porte l’information génétique. Il constitue donc le génome des êtres vivants.

Dans un modèle standard, l’ADN est représenté par une double hélice droite composée de 2 brins complémentaires. Chaque brin d’ADN est constitué d’un enchainement de nucléotides, eux-mêmes composés de bases azotés, de sucres (désoxyribose) et de groupement de phosphate.

On trouve 4 bases azotées différents dans l’ADN : l'Adenine, la Cytosine, la Guanine, et la Thymine. Ces bases azotées sont agencés dans un ordre précis et l’information génétique est inscrite dans l’ordre dans lequel s’enchainent ces nucléotides.

Dans les cellules eucaryotes, l’ADN est contenu dans le noyau d’une partie de la matrice de la mitochondrie ainsi que dans les chloroplastes. Dans les cellules procaryotes, il est contenu dans le cytoplasme. A noter que certain virus possèdent aussi de l’ADN dans leur capsides.

 

Les Fonctions de l'ADN

L’ADN est une macromolécule, polymère de nucléotides dont la structure et les propriétés chimiques lui permettent :

  • De stocker l’information génétique essentielle au développement et au fonctionnement d’un organisme.
  • De transmettre l’information génétique à travers le temps.
  • L’évolution des espèces à travers le temps par mutation génétique. Ces mutations génétiques sont le résultat d’une erreur de réplication des séquences d’ADN ou de recombinaisons génétiques.

 

Agencement des Séquences de Nucléotides et des Bases Azotées

Structure ADN copie.jpgL’ADN est composé de séquences de nucléotides. Chaque nucléotide est constitué de 3 éléments liés entre eux. Un groupe phosphate qui est lié à un sucre (le désoxyribose), et qui est lui-même lié à une base azoté. Le tout formant un nucléotide.

Il existe 4 bases azotées différentes : l’Adénine (A), la Thymine (T), la Cytosine (C), et la Guanine (G). Chaque base est fixée sur un Désoxyribose pour former un nucléoside. Et lorsqu’un nucléoside est fixé à 1 ou plusieurs Phosphate alors il s’agit d’un nucléotide.

Dans l’ADN se sont les 4 bases azotées qui vont assurer la variabilité de la molécule ainsi que la complémentarité des deux brins. Les bases azotées fonctionnent par paires complémentaire : une base pyrimidique (la Thymine et la Cytosine) qui sera toujours en face d’une base purique (l’Adénine et la Guanine). De cette manière la Thymine s’associera avec l’Adénine, et la Cytosine s’associera avec la Guanine. Les deux bases azotés complémentaires sont reliés entre-elles par les liaisons hydrogène.

 

Les Bases Azotées de l'ADN

L'Adénine

Adenine Structure.pngL’adénine est une molécule chimique de formule brute C5H5N, appartenant à la famille des purines. Elle est hétérocyclique, car en effet, elle possède des atomes d’azotes en cycle avec des atomes de carbones. Elle est une base azotée de la composition des nucléotides. L’adénine est considérée par certain ouvrage comme étant la vitamine B4. Mais les carences en vitamine B4 sont très rares car elle se retrouve en très grand nombre dans l’alimentation.

L’adénine est un élément essentiel au vivant, on la retrouve partout dans le corps. On la trouve sous forme de nucléotide dans l’ADN. Elle s’associe à la Thymine dans l’ADN et à l’Uracile dans l’ARN. On retrouve aussi l’adénine dans l’Adénosine Triphosphate (ATP) ou dans l’adénosine monophosphate cyclique (AMPC).

 

La Cytosine

Cytosine copie.jpgLa cytosine est une molécule de formule brute C4H5N3O. C’est une molécule hétérocyclique et dans l’ADN et l’ARN elle s’associe avec la Guanine, il s’agit d’une base azotée pyrimidique.

Sous l’action des rayons UV les bases pyrimidiques (cytosine ou thymine) peuvent former des liaisons avec les bases adjacentes plutôt qu’avec leur base complémentaire. Cette liaison nuit au maintien de l’ADN, et tout spécialement lors de sa réplication et de sa transcription. Les protéines produites subissent alors une mutation « faux sens ». Les coups de soleil à répétition génèrent alors le cancer de la peau, il en résulte d’importantes mutations du génome de la peau.

 

 

La Guanine

Guanine copie.jpg

 

La guanine est une molécule de formule brute C5H5N5O. Il s’agit d’une molécule hétérocyclique qui intervient dans la composition de l’ADN et de l’ARN. Elle intervient également comme composant essentiel de la guanosine. Dans l’ADN et l’ARN elle s’associe avec la cytosine, elle fait partie des bases azotées puriques.

 

 

 

La Thymine

Thymine copie.jpgLa thymine est une molécule de formule brute C5N2O2H6. Il s’agit d’une molécule hétérocyclique qui dans l’ADN s’associe à l’adénine. Elle n’est pas présente dans l’ARN car remplacé par l’uracile.

Sous l’effet des radiations UV deux thymines consécutives sur le même brin d’ADN peuvent former un dimère covalent. Il est le résultat d’une cycloaddition entre les deux bases de même nature qui forment deux liaisons inter-nucléotides. La cycloaddition aboutie à la formation d’un cycle cyclobutane entre les deux thymines consécutives sur le même brin. Cette formation rigidifie et déforme l’ADN, elle bloque de ce fait la division cellulaire. Si cette lésion n’est pas réparée par l’enzyme, alors il en résulte la mort cellulaire ou le cancer.

 

Réplication de l'ADN

La réplication de l'ADN est un processus qui permet à l'ADN de se dupliquer.  La réplication de l'ADN se fait à partir d'une chaîne ADN initiale, qui durant le processus de réplication donnera 2 brins identiques au brin initial. La duplication de l'ADN est à la fois semi-conservatrice et bi-directionnelle. La réplication de l'ADN est l'unique moyen de reproduire et de transmettre le génome humain à travers le temps. Ce processus est fondemental à la procréation et à la survie d'une espèce. 

 

De l'ADN à l'ARN

L'ARN ou Acide Ribonucléïque est une molécule complexe très proche de l'ADN, et comme l'ADN elle possède des bases azotés qui sont l'Adenine (A), la Cytosine (C), la Guanine (G), et l'Uracile (U). On remarque que contrairement à l'ADN, la Thymine est inexistante dans l'ARN, elle est remplacée par l'Uracile. Dans le processus de réplication de l'ADN, l'ARN sert d'amorce à l'ADN polymérase, c'est-à-dire qu'elle à besoin d'un "modèle" pour transcrire le brin sur lequel elle travailles. Sans cette aide de l'ARN, il serait impossible de proceder à la réplication de l'ADN. Alors que la stucture de l'ADN est agencé par 2 brins en double-hélice, celle de l'ARN est agencé par un unique brin libre.

 

Processus de Réplication

Phase de Préparation

Afin de dupliquer la chaine d'ADN l'organisme à besoin de faire une reconnaissance de la séquence d'origine, ou plus simplement de trouver le point de départ de la réplication de l'ADN. Ce point de départ est appelé Ori C, et c'est à partir de ce point de départ que le processus de réplication débute. Une fois ce point de départ trouvé, l'organisme fait intervenir de la Dna A, une molécule chargée de dénaturer l'ADN avant d'arriver jusqu'au primosome.

ADN sc 0.jpg

Puis c'est la mise en place du primosome. Le primosome est une molécule composé de 2 enzymes : l'Hélicase et la Primase qui va stabiliser l'ADN. L'ADN étant une molécule complexe agencé en double-hélice, l'hélicase va se charger "d'applatir" l'ADN pour faciliter le travail de réplication en dissociant la double-hélice de l'ADN avant la séparation. Quand à la primase, elle sera utilisée plus tard, lors du processus de réplication.

ADN sc 1.jpg

Phase de Séparation

Puis il y a ouverture de la chaine d'ADN et fixation d'un SSB (Single-Strand Binding Protein), une molécule qui empêche les deux brins d'ADN complémentaire de se lier entre eux après leur séparation.

ADN sc 2.jpg

Chaque brin d'ADN est ensuite équipé d'une molécule d'ADN Polymérase qui jouera le role de scanner. La primase contenu dans le primosome va alors créer une amorce d'ARN. L'ADN polymérase peut alors commencer à répliquer l'ADN par un systeme d'élongation. 

ADN sc 3.jpg 

Phase d'Elongation

C'est ensuite une nouvelle phase qui se met en place : l'Elongation. Durant cette phase, la réplication se fait similtanément des deux cotés de la chaine d'ADN grace à :

  • 2 ADN Polymérase différentes (ADN Pol I, et ADN Pol III)
  • L'amorce d'ARN
  • L'hélicase, présente dans le primosome
  • La gyrase

ADN sc 4.jpg

L'ADN est polarisé par un pole 5' et un pole 3' correspondant à l'agencement des nicléotides. L'élongation se fait a partir du point d'Origine de la Réplication. Ce processus d'élongation se fait toujours dans une seule direction pour chacun des deux brain d'ADN séparé, et toujours du pole 3' vers le pole 5' (polarité de l'ADN).

ADN sc 5.jpgCette élongation se fait toujours par rapport à un point d'origine. Ainsi la synthèse sera :

  • continue sur le brin "avancée" par rapport au point d'origine. Elle ne comportera qu'une seule amorce d'ARN suivi d'un seul enchainement d'ADN synthétisé.
  • discontinue sur le brin "retardé" par rapport au point d'origine. Elle comportera plusieures amorces d'ARN avec plusieurs enchaiments d'ADN synthétisé.

ADN sc 6.jpg

La composition d'un brin d'ARN complémentaire synthétisé et d'un brin d'ADN est appelé fragment d'Okasaki. C'est l'ADN Pol III qui se charge plus spécifiquement de synthétiser l'ADN complémentaire depuis l'amorce.

 

Phase de Finition

Une fois la phase d'élongation terminé, c'est la phase de finition qui débute. Dans cette phase finale, les fragments d'ARN utilisés jusque là comme amorce sont dégradés par l'ADN Pol I et on reconstruit de l'ADN en complément des manques laissé par les ARN d'amorce. L'ADN Pol I va alors relier les fragments entre eux et finir la création d'une nouvelle chaîne d'ADN.

 

L'ADN et l'Alimentation

L'ADN est porteur de l'information génétique à travers le temps. Cette information génétique est transmis à nos enfants, eux-même la transmettrons à leur enfants génération après génration. Nos habitudes de vie, quelles soit saines ou non seront transmises à nos enfants. Notre environnement de vie et notre alimentation affecte notre ADN. Ainsi une récente étude a montré que le régime alimentaire d'une personne avait une influence sur ses cellules et sur la transmission de l'information génétique. Notre alimentation affecte durablement les foetus et nourrisons. 

 

 

 



31/07/2014
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