Qu’est ce que l’ADN ?
L’ADN ou acide désoxyribonucléique est une molécule que l’on trouve dans les cellules de tous les organismes vivants. Elle contient toute l’information génétique nécessaire au développement, à la croissance et au fonctionnement d’un organisme.
L’ensemble du matériel génétique, donc de l’ADN, d’un organisme s’appelle le génome. Celui-ci varie d’une espèce à l’autre, mais également au sein d’une même espèce ainsi qu’entre les individus.
Le génome est comparable à un énorme livre de recettes. Les gènes sont les recettes du livre. Ils permettent de fabriquer un élément spécifique nécessaire au bon fonctionnement d’un organisme.
Structure de l’ADN
La double hélice codante
L’ADN est une très longue molécule composée de deux brins qui forment ensemble une sorte d’échelle torsadée sur elle-même qu’on appelle la double hélice.
Chaque brin d’ADN est composé d’une alternance de molécules de sucre (le désoxyribose) et de phosphate. Sur chaque sucre est fixée l’une des quatre bases azotées : l’adénine (A), la thymine (T), la cytosine (C) et la guanine (G). Ces dernières s’assemblent de manière à former des paires, A s’assemble toujours avec T et C toujours avec G. Ce sont ces paires qui relient les deux brins entre eux et forment les « barreaux » de l’échelle.
Comment décoder l’ADN?
Quand on parle de code génétique, on parle en fait de l’ordre dans lequel les bases azotées se succèdent sur un brin d’ADN, par exemple : A-C-C-A-T-T-C-G-C-T. Le séquençage nous permet de déchiffrer ce code. On peut ensuite, comme si on lisait un mot d’une recette de cuisine, décortiquer l’information contenue dans l’ADN et mieux comprendre les organismes vivants.
Le génome est constitué de parties codantes et non codantes. Les parties codantes sont celles qui contiennent l’information permettant de créer une protéine. Elles représentent environ 2 % du génome. Les parties que l’on appelle non codantes comprennent des promoteurs, des codons-stop et des amplificateurs qui permettent de réguler l’expression de certains gènes. Le rôle de certaines parties non codantes est encore méconnu.
Localisation de l’ADN
Toutes les cellules d’un organisme vivant, sauf ses gamètes, contiennent une copie complète de son matériel génétique.
Chez les animaux et les plantes, les cellules possèdent un noyau : on les appelle alors des cellules eucaryotes. Dans ce type de cellule, l’ADN se trouve dans le noyau. Chez d’autres organismes, dont plusieurs microorganismes, le noyau est absent. On les appelle alors des cellules procaryotes. Dans ces cellules, l’ADN flotte alors dans le cytoplasme et se regroupe dans un amas nommé le nucléoïde.
L’ADN, contenant toute l’information génétique, est confiné dans le noyau de la cellule eucaryote. Il y est protégé et compacté.
Afin de pouvoir sortir l’information génétique hors du noyau, l’ADN est copié en ARN. L’ARN messager quitte le noyau pour diriger la synthèse des protéines dans le cytoplasme, tandis que d’autres types d’ARN, comme l’ARN ribosomique et l’ARN de transfert, participent activement au fonctionnement de différentes parties de la cellule.
Chez les cellules eucaryotes, on trouve également de l’ADN dans les mitochondries et les chloroplastes.
Les mitochondries sont des organites qui servent à la production d’énergie (l’ATP). Leur ADN diffère de celui que l’on trouve dans le noyau. Il prend une forme circulaire et est transmis à la génération suivante grâce à l’ovule. Ainsi, toute une lignée maternelle possède le même ADN mitochondrial! (N.B. : il existe de rares exceptions où une transmission paternelle a été détectée. Les études sont toujours en cours pour élucider le phénomène.)
Les chloroplastes, quant à eux, sont des organites qui servent à la photosynthèse. L’ADN chloroplastique a longtemps été considéré circulaire, mais des études démontrent qu’il est plus souvent linéaire. Il est transmis d’une génération à l’autre par le pollen ou par l’ovule et permet aux chloroplastes de synthétiser certaines de leurs protéines.
Les virus ne sont pas des cellules, mais possèdent du matériel génétique sous forme d’ADN ou d’ARN. Pour se répliquer et se propager, ils doivent exploiter les mécanismes et les ressources de la cellule qu’ils envahissent. On appelle cette dernière la cellule hôte.
Dans le cas des virus à ADN, le génome viral va entrer dans le noyau et fusionner avec l’ADN de la cellule hôte. Le virus prend ensuite le contrôle de la machinerie de la cellule pour produire des protéines virales.
Les virus à ARN, quant à eux, exploitent directement les ribosomes des cellules infectées pour produire les protéines virales.
La compaction de l’ADN : Épopée dans le noyau
L’ADN est une molécule extrêmement longue. Chaque cellule humaine contient environ 2 mètres d’ADN! Afin que toute l’information génétique puisse entrer dans le petit noyau d’une cellule, l’ADN est compacté, enroulé sur lui-même, formant ce qu’on appelle la chromatine.
La compaction permet également de réguler l’accès à l’ADN et donc de contrôler l’expression des gènes. En effet, les régions compactées ne peuvent pas être atteintes par les ARN polymérases. Elles ne peuvent donc pas être transcrites en ARN.
Plusieurs étapes de compaction sont nécessaires pour former la chromatine :
1 : L’ADN s’enroule autour de protéines appelées les histones pour former une structure sphérique appelée le nucléosome. On dit alors que l’ADN forme un collier de perles.
2 : Les nucléosomes se compactent et forment la chromatine, une sorte de corde d’ADN formée d’un brin d’ADN compacté et enroulé sur lui-même.
Quand la cellule se divise, la chromatine se réorganise dans une forme encore plus compacte : les chromosomes.
L’humain en possède 23 paires. Chacune des paires s’est vu attribuer un numéro de 1 à 23 respectivement. Les chromosomes des 22 premières paires sont aussi appelés autosomes, tandis que ceux de la 23e paire sont appelés chromosomes sexuels. Il en existe deux types chez l’humain : le « X » et le « Y ». La paire de chromosomes 23 peut être formée de :
- 2 chromosomes identiques (XX),
- 2 chromosomes différents (XY).
Il arrive parfois que ce ne soit pas une paire et que l’individu ait :
- seul chromosome X
Ou
- 3 chromosomes (XXX, XXY ou XYY).
On peut visualiser la taille, la forme, le nombre et la structure des chromosomes d’un individu en établissant son caryotype. Il s’agit en fait d’une image des chromosomes lors de la division cellulaire, le moment où les chromosomes sont les plus visibles.
Le caryotype est fréquemment utilisé en génétique médicale pour diagnostiquer des troubles génétiques.
Les chromosomes sont transmis par les parents lors de la reproduction sexuée. Les cellules reproductrices, les gamètes, ont un seul des chromosomes de chaque paire. Lors de la fécondation, les gamètes fusionnent pour former un zygote avec des paires complètes de chromosomes.
Chaque parent transmet donc la moitié de ses chromosomes à sa progéniture.
