L’ADN est un polynucléotide, l’unité de base est le nucléotide ou plus exactement désoxyribonucléotide.

Ce dernier est formé par :

Composants

1 Bases azotées

Base pyrimidique ou purique.

1 Base pyrimidique

Base pyrimidique représentée par la cytosine (C) et la thymine (T).
Elles sont formées par un noyau aromatique hexagonal (6 atomes) avec 4C et 2N.

Figure -2 : Cytosine

La cytosine porte une fonction cétone au C2 et une fonction amine au C4, alors que la thymine (Uracile méthylé) porte 2 fonctions cétone au niveau du C2 et C4 et une fonction méthyle au niveau du C5.

thymine

Figure -3 : Thymine

2 Base purique

Base purique représentée par l’adénine (A) et la guanine (G).
Elles sont formées par 2 noyaux cycliques accolés, un à 6 atomes et l’autre à 5 atomes (pentagonal) ayant 2 carbones en commun au milieu.

Figure -4 : Adénine
L’adénine porte une fonction amine au niveau de C6 et c’est la seule base dépourvue d’oxygène, alors que la guanine porte une fonction amine au niveau de C2 et une fonction cétone au C6.

Figure -5 : Guanine

2 Sucres

C’est le désoxyribose qui est un pentose.

3 Groupement phosphate : Acide phosphorique

Agencement

Ces éléments s’agencent de la manière suivante pour former la structure primaire de l’ADN :

• Le groupement phosphate se lie au sucre au niveau du C5′ (Liaison phosphodiester) et la base azotée se lie au C1′ avec une liaison N-osidique.
• Chaque nucléotide se lie a un autre de la façon suivante :

Le premier nucléotide se lie au groupement phosphate du 2ème au niveau de C3′ ainsi de suite formant une succession de liaison 3′-5′ phosphodiester, ce qui va donner un enchaînement linéaire qui constitue la structure primaire de l’ADN.

brin adn

Remarque:
Par convention, le sens d’un brin d’ADN commence par l’extrémité 5′ phosphate libre et se termine par l’extrémité 3′-OH libre du dernier nucléotide.
Le nucléotide se décompose en nucléoside (Base + sucre) et un acide phosphorique donc le nucléotide d’ADN est un nucléoside monophosphate.

Structure secondaire

In vivo, l’ADN se présente sous la forme d’un double brin dont chaque brin présente une orientation opposée.
Les brins sont maintenus par des liaisons « H » qui s’établissent entre les bases azotées.
L’adénine se lie toujours à la thymine avec 2 liaisons H, alors que la guanine se lie avec 3 liaisons H avec la cytosine.
Cette liaison peut être facilement rompue par la chaleur ou les agents chimiques.
Les 2 brins d’ADN sont dits complémentaires et anti-parallèle (sens opposés).
On oriente toujours les brins selon la direction 5′-3′ qui respecte l’orientation des sucres.
On compare l’ADN double brin à une échelle dont les montant constituent le squelette sucre-phosphate et les marches constituent les paires de bases.
L’échelle va se tordre pour donner la fameuse configuration en double hélice représentant ainsi la structure IIaire de l’ADN.

• Les différentes formes de l’ADN

Il existe plusieurs formes d’ADN chez les eucaryotes.
Il différent essentiellement par le nombre de nucléotides par tour d’hélice et par la distance entre 2 bases azotées adjacentes.

1 ADNB

ADN physiologique donc c’est la forme la plus abondante et c’est elle qui a été décrite par Crick et Watson.
C’est une double hélice droite, l’appariement des bases conduit à la formation d’un grand et petit sillon.
- La distance entre deux bases successives est de 0.34 nm.
- La longueur d’un tour complet de spire est de 3.4nm (10bases par tour de spire).

2 ADNA

Forme rare, ADN cristallisé en cas de déshydratation.
C’est une double hélice à enroulement droit contenant des bases très inclinées constituant une hélice plus courte et plus large que la précédente. Son pas (une tour de spire) est de 2.8nm.

3 ADNZ

Forme a enroulement gauche, la distance entre 2 bases adjacentes est de 0.77nm, le squelette sucro-phosphate de la double hélice à une forme en zigzags.
Elle est parfois retrouvée sous certaines conditions. Son intérêt exact n’est pas encore connu.

4 ADNC

Ressemble a l’ADNB avec un tour de spire de 3.3nm et 9 paires de base par tour de spire.

5 ADND

Obtenu par synthèse, ne contient pas de G-C.

6 ADNP

Retrouvé chez le virus Pfl, 3.62 paires de bases par tour de spire.

Structure tertiaire

L’ADN est étroitement lié à certaines protéines pour qu’elle soit condensée un maximum.

Dans le cas contraire, elle ne tiendrait pas dans le noyau (Si on déroulait l’ADN humain, il mesurerait 2m).

La liaison entre l’ADN et les protéines va nous donner la structure tertiaire.

Elle représente en faite : La fibre chromatinienne.

Les principales protéines associées à l’ADN sont des protéines basiques caractérisées par leur richesse en lysine et argenine appelées :

Histone.

• On en distingue 5 types : H1, H2a, H2b, H3, H4.

Lorsqu’on isole la fibre chromatinienne, elle apparaît comme un collier de perles dont le fil serait l’ADN reliant des structures nommées nucléosomes.

Un nucléosome comporte un octamère d’histone constitué de 2 molécules de chacune des protéines histones suivantes : H2a, H2b, H3, H4 et un segment d’ADN de 200 paires de bases.

On peut subdiviser le nucléosome en :

• Un noyau nucléosomique représenté par l’octamère ainsi qu’un segment d’ADN de 140 paires de base qui fait un tour et ¾ autour de l’octamère.

• Deux liens internucléosomiques, c’est les 2 segments d’ADN qui relient les 2 noyaux nucléosomiques (30 paires de chaque côté).

nucleosome

- Le nucléosome représente le 1er degré de condensation de l’ADN, on parle de la fibreA.

- Le 2ème degré de condensation est l’enroulement d’une succession de nucléosomes en un segment hélicoïdal pour former une fibre solénoïde, on parle alors de fibreB.

La condensation fait intervenir les histones H1 qui agissent au niveau des liens internucléosomiques.

- Le degré final de condensation est dû à l’enroulement de la fibre solénoïde en une super boule.

Il est transmis de génération en génération.

Le message transmis par l’ADN spécifie la reproduction et le fonctionnement de chaque organisme vivant.

Chez les eucaryotes, on retrouve la quasi-totalité de l’ADN dans le noyau et chez les procaryotes, l’ADN est circulaire et baigne directement dans le cytoplasme.

L’ADN appartient à la famille chimique des acides nucléiques (ATP, ADP…), c’est un grand polymère défini par une séquence linéaire d’unités simples répétées.

ADN Membrane Noyau Cytoplasme

Manipulation des gènes a des fins pharmaceutiques et industrielles, ex:OGM, insuline.

Thérapie génétique

C’est une technique qui consiste a introduire des gènes sains pour remplacer des gènes malades dans des cellules cibles et cela grâce aux virus.

Génétique des populations

Elle étudie les notions de la race humaine.

Thérapie médicale

Les maladies d’origine génétique sont divisées en :

• Maladie monogénique : un gène défectueux ex : mucovisidose.

• Maladie chromosomique : anomalie de nombre ou de structure d’un chromosome.

• Maladie polygénique (multifactorielle) : plusieurs gènes défectueux ex : le diabète (prédisposition à la maladie).

• Maladie mitochondriale : Elles atteignent la chaîne respiratoire.

Oncogénétique

Mécanisme génétique retrouvé dans les chromosomes dans le cas de cancer, ex : gène BRCA1, BRCA2 dans le cas du cancer du sein

Elle étudie les maladies chromosomiques, le caryotype normal, pathologique, ses techniques d’obtention.

Exemple:

La leucémie myéloïde chronique (LMC) et la détection du gène Philadelphia grâce à la cytogénétique.

Transmission mitochondriale (génétique humaine), l’empreinte parentale (gène s’exprimant différemment qu’il soit maternel ou paternel).

ADN (acide désoxyribonucléique)

Polymère de nucléotides.
La majorité de l’ADN humain se localise au niveau du noyau, on trouve une petite partie dans le cytoplasme (mitochondrie).
Le génome humain est constitué de 3 milliards de paires de base (sur 23 chromosomes) réparti sur 30000 à 40000 gènes.
On a pu localiser et caractériser plus de 21000 gènes et on a répertorié plus de 14000 gènes de maladies génétiques.
Les individus d’une même espèces ont 99.9% de leur ADN est identique et seulement 0.1% d’ADN variable d’un individu à l’autre (3millions de paires de base)

ARN (acide ribonucléique)

L’organisation de l’information génétique : (structure du gène et du chromosome)

Les variations génétiques

Les polymorphismes : 0.1% * de l’ADN variable. Ils sont a la base de recherche de l’empreinte génétique d’une personne.
Les mutations : La déformation du gène, ex : changement d’une base, délétion (perte)… Elles sont retrouvées surtout dans les maladies ex : la mucovisidose*, achondroplasie*.
On étudie la mutagènese (mécanismes de la mutation, ses cause, conséquences…)

La régulation de l’expression du gène

Les phénomènes qui contrôlent l’expression d’un gène plutôt qu’un autre dans des conditions bien précises car toutes les cellules d’un organisme ont le même ADN mais au niveau de chaque type cellulaire il y a des gènes spécifiques qui s’expriment et d’autres qui sont réprimés (ne s’exprime pas).

La génétique bactérienne

Etudes des techniques

• Extraction de l’ADN.

• PCR (Fraction de polymérisation en chaîne) : technique d’amplification de gène.

• Le séquençage.

• Le clonage : amplification des gènes grâce aux bactéries.

Il est courant de discuter des ressemblances entre les membres d’une même famille ; exemple : couleur des yeux…
Les caractères qui les unissent se transmettent de génération en génération à travers les gamètes (spermatozoïdes et ovules).
L’étude de la transmission de ces caractères est à la base de la création d’une discipline scientifique appelé science de l’hérédité ou génétique.
Cette discipline est relativement jeune, elle a pratiquement un siècle d’existence mais a fait un pas de géant dans son développement.

Historique de la génétique

L’histoire de la génétique a commencé avec Mendel (moine Autrichien) qui menait des expériences sur les pois en 1866, ses publications passèrent inaperçues, ce n’est que 40ans plus tard qu’on a reconnu leur importance et cela quand en 1905 Bateson définie le terme de gène et de génétique.
En 1941, Beadel et Tatum établissent la correspondance entre gène et protéine (traduction des gènes en protéines).
En 2001, publication des séquençages (détermination de la succession des bases composant l’ADN) d’environ 94% du génome humain, et constitué de 30000 à 40000 et tout cela grâce à la bioinformatique.