Le billet d’aujourd’hui traverse le domaine de la biochimie, avec un regard sur la structure chimique de l’ADN, et son rôle dans la création des protéines dans nos cellules. Bien entendu, l’ADN ne se trouve pas seulement chez l’homme, mais aussi dans les cellules de toutes les formes de vie multicellulaires sur Terre. Ce graphique donne un aperçu de sa structure commune à toutes ces formes de vie, et une brève explication de la façon dont il permet de générer des protéines.
L’ADN se trouve dans le noyau des cellules des organismes multicellulaires, et a été isolé pour la première fois en 1869, par le médecin suisse Friedrich Miescher. Cependant, sa structure n’a été élucidée que près d’un siècle plus tard, en 1953. Les auteurs de l’article dans lequel cette structure a été suggérée, James Watson & Francis Crick, sont désormais connus de tous et ont reçu un prix Nobel pour leurs travaux. Ces travaux, cependant, étaient fortement tributaires de ceux d’une autre scientifique, Rosalind Franklin.
Franklin elle-même étudiait également la structure de l’ADN, et c’est sa photographie aux rayons X, montrant clairement la structure en double hélice de l’ADN, qui a grandement aidé leurs travaux. Elle n’avait pas encore publié ses résultats lorsque Watson et Crick y ont eu accès, à son insu. Cependant, le fait qu’elle n’ait pas obtenu de prix Nobel n’est pas un oubli, mais simplement une conséquence de la politique du comité selon laquelle les prix Nobel ne peuvent être attribués à titre posthume.
Le modèle à double hélice de l’ADN (acide désoxyribonucléique) est constitué de deux brins entrelacés. Ces brins sont constitués de nucléotides, eux-mêmes composés de trois éléments : un groupe sucre, un groupe phosphate et une base. Les groupes sucre et phosphate combinés forment le « squelette » répétitif des brins d’ADN. Il existe quatre bases différentes qui peuvent potentiellement être attachées au groupe sucre : l’adénine, la thymine, la guanine et la cytosine, données les désignations A, T, G et C.
Les bases sont ce qui permet aux deux brins d’ADN de tenir ensemble. De fortes forces intermoléculaires appelées liaisons hydrogène entre les bases des brins adjacents en sont responsables ; en raison des structures des différentes bases, l’adénine (A) forme toujours des liaisons hydrogène avec la thymine (T), tandis que la guanine (G) forme toujours des liaisons hydrogène avec la cytosine (C). Dans l’ADN humain, il y a en moyenne 150 millions de paires de bases dans une seule molécule – donc beaucoup plus que ce qui est montré ici !
Les cellules de votre corps se divisent, se régénèrent et meurent en permanence, mais pour que ce processus se produise, l’ADN au sein de la cellule doit pouvoir se répliquer. Lors de la division cellulaire, les deux brins d’ADN se divisent, et les deux brins simples peuvent alors être utilisés comme modèle afin de construire une nouvelle version du brin complémentaire. Comme le A s’apparie toujours avec le T et le G avec le C, il est possible d’élaborer la séquence de bases d’un brin à l’aide du brin opposé, ce qui permet à l’ADN de se répliquer. Ce processus est réalisé par une famille d’enzymes appelées ADN polymérases.
Lorsque l’ADN est utilisé pour créer des protéines, les deux brins doivent également se diviser. Dans ce cas, cependant, le code de l’ADN est copié sur l’ARNm (acide ribonucléique messager), un processus appelé » transcription « . La structure de l’ARN est très similaire à celle de l’ADN, mais avec quelques différences essentielles. Tout d’abord, il contient un groupe de sucre différent dans le squelette de sucre phosphate de la molécule : le ribose au lieu du désoxyribose. Deuxièmement, il utilise toujours les bases A, G et C, mais au lieu de la base T, il utilise l’uracile, U. La structure de l’uracile est très similaire à celle de la thymine, l’absence d’un groupe méthyle (CH3) étant la seule différence.
Une fois que les nucléotides de l’ADN ont été copiés, l’ARNm peut quitter le noyau de la cellule et se diriger vers le cytoplasme, où a lieu la synthèse des protéines. Là, des molécules complexes appelées ribosomes « lisent » la séquence de bases de la molécule d’ARNm. Les acides aminés individuels, qui, combinés, constituent les protéines, sont codés par des sections de trois lettres du brin d’ARNm. Les différents codes possibles, et les acides aminés qu’ils codent, ont été résumés dans un précédent article consacré aux structures des acides aminés. Un autre type d’ARN, l’ARN de transfert, est chargé de transporter les acides aminés vers l’ARNm, et de leur permettre de s’assembler.
Ce processus n’est cependant pas toujours sans faille. Des erreurs peuvent se produire lors de la copie de la séquence de l’ADN en ARNm, et ces erreurs aléatoires sont appelées mutations. Ces erreurs peuvent prendre la forme d’un changement de base, voire d’une suppression ou d’un ajout de base. Certains produits chimiques et les radiations peuvent induire ces changements, mais ils peuvent également se produire en l’absence de ces effets externes. Elles peuvent conduire à ce que le code d’un acide aminé soit changé en celui d’un autre, ou même rendu illisible. Un certain nombre de maladies peuvent résulter de mutations au cours de la réplication de l’ADN, notamment la mucoviscidose, et la drépanocytose, mais il convient de noter que les mutations peuvent également avoir des effets positifs.
Bien qu’il n’existe que 20 acides aminés, le corps humain peut les combiner pour produire un chiffre stupéfiant d’environ 100 000 protéines. Leur création est un processus continu, et une seule chaîne de protéines peut se voir ajouter 10 à 15 acides aminés par seconde via le processus décrit ci-dessus. L’objectif de cet article étant principalement d’examiner la structure chimique de l’ADN, la discussion sur la réplication et la synthèse des protéines est restée brève et relativement simpliste. Si vous êtes intéressé à lire plus sur le sujet, consultez les liens fournis ci-dessous!
Merciements va à Liam Thompson pour l’aide à la recherche pour ce post, et en fournissant un aperçu simple incroyablement utile du processus de synthèse des protéines à partir de l’ADN.
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