Acide désoxyribonucléique - Définition

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- Introduction - Fonctions - Structure - Historique de sa découverte - L'ADN peut subir des modifications - La structure de l'ADN permet l'hérédité - Expression de l'information portée par l'ADN - Propriétés physico-chimiques - Différentes formes de l'ADN - Variations possibles de la structure spatiale de l'ADN - Différents types d'enzymes liées à l'ADN - Propriétés mécaniques - ADN et art

Propriétés physico-chimiques

Fusion ou dénaturation

La température de fusion (ou dénaturation) Tm (melting temperature) des acides nucléiques comme l'ADN est la température pour laquelle 50 % des molécules d'ADN sont désappariées ou dénaturées (i.e. sous forme simple brin). Cette propriété est visible par lecture de l'absorption optique de la solution contenant l'ADN à 260 nm : la densité optique augmente au cours du désappariement (phénomène d'hyperchromicité). L'énergie thermique apportée devient alors suffisante pour rompre les liaisons H interbrins. Cette température dépend donc de la quantité de liaisons hydrogènes présentes. Ce sont d'abord les appariements A-T qui se séparent les premiers au cours de la montée de la température car ils ne possèdent que deux liaisons hydrogènes contrairement aux appariements G-C qui en possèdent trois. Ainsi, lors d'une élévation progressive de la température, il se forme des yeux d'ouvertures dans l'ADN. Plusieurs formules empiriques permettent de calculer la valeur de la température de fusion. Elles tiennent compte du pourcentage de base (G+C), de la salinité du milieu ainsi que de divers facteurs correctifs, tels que la présence de structures secondaires intra ou extra moléculaires (repliement de l'ADN sur lui-même, formation d'appariements entre deux brins). La connaissance de la température de fusion est un élément important au laboratoire lorsqu'il s'agit de faire de la PCR (Réaction en chaîne par polymérase), par exemple.

Un lien hydrogène est une mise en commun d'un proton entre un accepteur et un donneur. Plus il y a de liaisons hydrogènes dans une molécule d'ADN, plus l'énergie de liaison est élevée et plus sa température de fusion sera élevée.

Ainsi une molécule d'ADN double brin composée uniquement d'appariements de C (de G) avec des G (des C) (3 liens H) nécessitera plus d'énergie pour être dénaturée sous la forme de molécules simple-brins, qu'un ADN de même taille composé d'appariements de A (de T) avec des T (des A) (2 liens H). Ceci explique pourquoi la température de fusion de l'ADN varie en fonction de deux facteurs principaux :

sa taille (exprimée en nombre de bases, généralement en kilobase kb ou mégabase Mb …),
son rapport (A+T)/(C+G), appelé relation de Chargaff, donnant un indice des proportions de paires A-T versus C-G.

Stabilité

Les enzymes qui hydrolysent les acides nucléiques sont les nucléases. La quasi totalité des cellules possèdent différents types de nucléases dont le but est de faire le ménage pendant le métabolisme des acides nucléiques. Les nucléases sont des phosphodiestérases et elles catalysent l'hydrolyse des liaisons phosphodiester entre les nucléotides. Certaines enzymes clivent spécifiquement l'ADN (des ADNases) ou de l'ARN (ARNases) mais d'autres ne sont pas spécifiques et sont appelées tout simplement nucléases.

L'ADN traité par une solution d'acide chlorhydrique 1M subit une hydrolyse des liaisons glycosidiques au niveau des bases pyrimidiques spécifiquement. L'ADN résiste à l'hydrolyse alcaline.

Différentes formes de l'ADN

Comme expliqué précédemment, deux molécules d'ADN sont appariées via les liaisons hydrogènes entre leurs bases azotées pour former la double-hélice d'ADN (ADN sous forme double-brin). C'est sous cette forme stable que l'ADN est présent dans les organismes vivants. Pourtant cette double-hélice peut être ouverte afin de permettre l'exécution de processus biologiques fondamentaux (tels la réplication ou la transcription) générant ainsi de l'ADN sous forme simple brin. Suivant les conditions du milieu, ces deux formes d'ADN (simple et double brin) peuvent voir leur structure varier. Ces structures sont dans l'ensemble rares, et leur fonctions biologiques (si elles en ont) mal connues.

Plusieurs types d'ADN double-brin

Selon la composition du milieu extérieur, en particulier le pourcentage d'eau lié aux phosphates hydrophiles, la double-hélice d'ADN peut adopter trois structures:

95 % d'eau : type B
70 % d'eau : type A
50 % d'eau : type Z

Ces structures existent aussi in-vivo :

ADN-B : forme d'ADN la plus commune. C'est une hélice droite, des plateaux de base perpendiculaires à l'axe de l'hélice passant au centre de l'appariement de ces dernières. Elle possède 10,5 paires de bases par tour (soit 21 nucléotides) soit une rotation de 36 ° entre chaque sucre (ou 34A). Les sucres sont en position anti (noyau des bases à l'extérieur des sucres), C2'-endo et radiale par rapport aux bases. L'espace vertical entre chaque paire de base est de 0,34 nm .

ADN-A : forme d'ADN spécifique à la transcription. En effet l'ARN ne pouvant adopter que la conformation de type A, lors de la transcription, l'ARN stimule un transfert de l'ADN du type B vers le type A. À la fin de la transcription, lorsque l'ARN s'est détaché, l'ADN reprend sa conformation B.

Le type A est caractérisé par des plateaux de base très inclinés, une position tangentielle des sucres (ainsi que anti et C3'-endo), un axe passant dans le grand sillon et non plus par le milieu d'appariement des bases, et 11 paires de bases par tour soit 32,7 ° entre chaque sucre.