Les propriétés de cette molécule support de l'hérédité sont la conséquence de sa structure en double hélice de deux brins de séquence complémentaires.

Dénaturation

Une première conséquence physique est la sensibilité de la molécule native d'ADN à la chaleur. Les liaisons hydrogène qui assurent la structure en double hélice sont sensibles à la chaleur et le chauffage au-delà de 80°C suffit à les rompre on voit alors l'ADN natif se dénaturer en deux simples brins qui ne sont plus maintenus ensemble. Ces liaisons labiles vont cependant se rétablir si le refroidissement des brins est lent et les deux brins vont se repositionner en respectant les règles d'appariement en sorte que l'on peut retrouver l'ADN natif initial. Par contre, si le refroidissement est brutal les simples brins sont " figés " et restent sous la forme simple brin.

Figure 1-9. Dénaturation renaturation de l'ADN.

Reproduction

Figure 1-10. Réplication de l'ADN

La structure en double hélice permet d'envisager la pérennité du matériel génétique d'une génération à l'autre. Le détail des mécanismes de la réplication XE "réplication" , aujourd'hui assez bien connu vous est détaillé dans le cours de biochimie. La réplication se fait par séparation des brins anciens qui servent de moule pour la synthèse des nouveaux brins en respectant la complémentarité des bases. Les deux double hélices sont donc identiques à la double hélice initiale. La réplication est dite semi conservative puisque sur les deux brins l'un est ancien et l'autre est nouveau.

Information

Comment l'ADN assure-t-il son rôle directeur du métabolisme et de l "aspect de la cellule ou de l'organisme. Ces mécanismes font l'objet du cours de biochimie. Seuls les grandes lignes sont ici rappelées car indispensables pour comprendre les développements génétiques suivants.

La séquence de l'ADN porte un message qui doit être traduit comme tout langage codé. l'intermédiaire qui va assurer la traduction du message codé par les nucléotides en mots des protéines est l'ARN de transfert (ARNt XE "ARNt" . De plus l'ADN lui même ne va pas être utilisé directement pour être traduit mais c'est une copie qui va être utilisée. Cette copie pourra être plus ou moins multiple ce qui permettra de moduler le niveau final de la protéine (voir le cours de régulations). Cette copie est l'ARN messager (ARNm XE "ARNm" ) qui est ,comme l'ADN un polymère nucléotidique qui ne se distingue du précédent que par quelques caractéristiques.

Il est constitué de 2 bases puriques (A et G) et de 2 bases pyrimidiques C et Uracile XE "Uracile" à la place de T. Le désoxyribose est remplacé par le ribose.

Il est monobrin

Figure 1-11. Constituants de l'ARN

La copie se fait sur l'ADN dont les deux brins se séparent localement. Seul un brin (toujours le même pour une zone donnée) est copié (brin transcrit) en respectant la complémentarité des bases à ceci près que les appariements AT sont remplacés par des appariements AU. L'ARNm a donc la même séquence que le brin non transcrit à condition de remplacer les T par des U. Après cette synthèse ou transcription la molécule de messager va subir des modifications post transcriptionnelles diverses (épissage XE "épissage" , capping XE "capping" , queue poly U XE "queue poly U" , editing XE "editing" ...) selon les cas.

Figure 1-12. Principales étapes de la transcription.

Une fois que l'ARNm a atteint le cytoplasme il va servir pour synthétiser un polypeptide, avec le concours de l'ARNt XE "ARNt" et du ribosome XE "ribosome" .

Le ribosome est constitué de deux sous unités. Chacune comprend une molécule d'ARN ribosomiques (ARNr XE "ARNr" )et de nombreuses molécules protéique, l'ensemble constituant un ribozyme (enzyme à ARN). Les protéines sont codées par des parties du génome (les gènes de structure) et les ARNr par d'autres parties (gènes des ARNr).

L'ARNt est un petit ARN d'une centaine de nucléotide qui est apte à transporter un acide aminé particulier. Chaque ARNt est codé par un gène particulier.

Figure 1-13. Le code XE "code" génétique et les ARNt qui assurent la traduction.

Figure 1-14. Mécanisme de la traduction.

L'unité élémentaire d'information est faite de 3 nucléotides (le codon XE "codon" ).Lors de la traduction, le message est lu sans chevauchement, un polypeptide de 200 acides aminés est codé par un message de 600 (+3 pour le codon stop) nucléotides. Lorsque l'on a déterminé une séquence nucléotidique, on peut essayer de déterminer si elle peut correspondre à un polypeptide. Dans ce but on applique le code génétique. Il n'est pas dit que la séquence commence sur le premier nucléotide du codon, on a donc le choix entre 3 phases de lecture. De plus il n'est pas sûr que le brin dont la séquence déterminée soit celui qui correspond à la séquence de l'ARNm (brin non transcrit). Si tel est le cas il existe également trois phases possibles de lecture sur l'autre brin.

Dans l'exemple ci-dessus une seule phase n'est pas interrompue par un ou plusieurs codons stop(en gras) : la phase +2 qui est qualifiée de phase ouverte de lecture. C'est la seule qui soit suceptible d'être fonctionnelle. Si une phase ouverte est suffisamment longue c'est un bon candidat pour coder un polypeptide.

Dans le code génétique il faut distinguer 4 codons particuliers

AUG qui précédé d'un signal particulier (TATA box) et situé en début de phase indique précisément le début de la traduction.

UAG, UAA et UGA qui sont des codons stop et indiquent la fin de la chaîne polypeptidique.

Figure 1-15. Les six phases possibles de lecture d'une séquence d'ADN

En conclusion une définition du gène XE "gène" peut être proposée :

Un gène est un fragment d'ADN qui code pour un polypeptide et qui occupe une place unique dans le génome.

La succession des bases possède un caractère informatif qui contrôle la synthèse d'un polypeptide qui peut être doué d'activité catalytique (ou autre), c'est l'unité de fonction biochimique.

La structure double brin permet que le message entier soit reproduit fidèlement de génération en génération.