Nature chimique et composition de la macromolécule
D'un point de vue biochimique, la molécule d'Acidum desoxyribonucleicum est un polyester d'acide phosphorique et de désoxynucléosides. La formation d'une longue chaîne polymère résulte d'une réaction successive de condensation des désoxynucléotides.
Chaque unité structurelle de la macromolécule comprend obligatoirement trois composants fondamentaux :
- Base azotée (N) — détermine la spécificité du nucléotide ;
- Désoxyribose — le composant glucidique ;
- Résidu d'acide phosphorique — assure la formation d'un squelette désoxyribose-phosphate solide.
On trouve au total exactement 4 types de nucléotides dans la molécule naturelle, dont la combinaison crée toute la diversité génétique.
Organisation spatiale de la double hélice
Contrairement aux molécules protéiques, qui sont capables d'adopter une multitude de conformations différentes selon la fonction exercée, l'acide désoxyribonucléique ne présente pas une telle diversité de formes. Sa seule et unique structure spatiale, strictement maintenue, est la double hélice.
Les paramètres quantitatifs et métriques de cette hélice sont stupéfiants, en particulier à l'échelle de la cellule. Chez l'homme, la longueur totale des molécules d'un seul noyau atteint 1 mètre, tandis que le diamètre de l'hélice demeure constant et n'est que d'environ 2 nm. À titre de comparaison, chez la bactérie Escherichia coli (E. coli), l'appareil génétique est beaucoup plus modeste, mais constitue néanmoins une structure imposante.
Principe de complémentarité des brins
Les deux chaînes polymères formant la double hélice ne sont pas identiques, mais complémentaires l'une de l'autre. Cela signifie que la séquence d'un brin détermine strictement celle du brin opposé. Le mécanisme de reconnaissance mutuelle des brins s'effectue par la formation de liaisons hydrogène spécifiques entre les bases azotées.
L'hélice forme des paires de nucléotides strictement déterminées :
- La désoxyadénosine (dA) d'un brin se lie toujours à la désoxythymidine (dT) de l'autre brin. La paire Adénine – Thymine comporte 2 liaisons hydrogène.
- La désoxyguanosine (dG) d'un brin interagit uniquement avec la désoxycytidine (dC). La paire Guanine – Cytosine forme 3 liaisons hydrogène, ce qui rend cette région de l'hélice plus résistante à la rupture.
En bref : réponses aux questions sur le sujet
Quels types de bases azotées entrent dans la composition des nucléotides de l'ADN ?
Les nucléotides de l'ADN contiennent des bases azotées puriques et pyrimidiques. Elles dérivent de deux composés hétérocycliques azotés :
- Bases puriques — Adénine et Guanine.
- Bases pyrimidiques — Cytosine et Thymine.
Ces bases s'associent par paires selon le principe de complémentarité : l'adénine se lie à la thymine, et la guanine à la cytosine. L'alternance des bases azotées dans la chaîne des acides nucléiques crée le code génétique et détermine la structure primaire de toutes les protéines synthétisées.
Quels types de liaisons chimiques forment le squelette désoxyribose-phosphate et unissent les brins complémentaires ?
Le squelette désoxyribose-phosphate est formé par des liaisons phosphodiester 3′,5′, et les brins complémentaires sont unis par des liaisons hydrogène.
- La liaison phosphodiester relie les nucléotides entre eux pour former le squelette désoxyribose-phosphate de la chaîne polynucléotidique.
- La liaison hydrogène assure l'appariement spécifique des bases azotées des deux brins complémentaires de la double hélice.
Deux liaisons hydrogène se forment entre l'adénine et la thymine, et trois entre la guanine et la cytosine. Le nucléotide suivant s'intègre dans la chaîne grâce à sa capacité à former ces liaisons avec le nucléotide du brin matrice.
Pour ne pas confondre le nombre de liaisons hydrogène : Adénine et Thymine (AT) sont des mots courts, il n'y a donc que 2 liaisons entre eux. La Guanine et la Cytosine (GC) forment 3 liaisons — visualisez mentalement que la lettre « C » possède trois branches/traits dans son tracé.
Questions des cours et des examens
Où exactement cette molécule est-elle localisée dans la cellule ?
Dans les cellules eucaryotes, il se trouve dans le noyau cellulaire, où il fait partie de la structure des chromosomes, assurant un empaquetage compact d'une chaîne d'un mètre.
De quelle manière l'ADN détermine-t-il les caractères héréditaires ?
L'alternance spécifique de 4 types de nucléotides dans la chaîne sert de code dans lequel est cryptée la structure primaire de toutes les protéines synthétisées dans l'organisme. Les protéines, à leur tour, expriment les caractères héréditaires.
À étudier également sur le sujet
- Mécanisme chimique de la réaction de condensation des désoxynucléotides
- Structure détaillée des désoxynucléosides et des liaisons polyesters
- Particularités de l'empaquetage de la molécule d'un mètre dans les chromosomes du noyau cellulaire
- Caractérisation comparative des génomes humains et d'E. coli
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