NUCLÉIQUES ACIDES

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Rôle de l'acide désoxyribonucléique

L'ADN est le support de l'information génétique

Le fait fondamental a été établi dès 1944 par Oswald Avery. Celui-ci a préparé de l'ADN à partir d'une souche sauvage de pneumocoques pourvus de capsule S et a ajouté cet ADN à une souche de pneumocoques R, dépourvus de capsule. Cette addition provoque la transformation de cellule R en S, avec formation de capsule, et cette transformation devient héréditaire. Il y a donc eu transfert d'information génétique par l'ADN. Cependant cette expérience rencontra un grand scepticisme. Au cours des années 1950, on découvrit d'autres modes de transfert de l'information par l'ADN. Dans la transduction, le transfert d'un fragment d'ADN se fait par un bactériophage qui transmet à une bactérie un fragmentd'ADN provenant de la contamination par ce virus d'une bactérie précédente. Dans la conjugaison bactérienne une cellule d'E. coli mâle peut injecter son ADN à une bactérie femelle : c'est un phénomène de parasexualité. Il en résulte un transfert d'information d'une bactérie à l'autre. Ce transfert étant lent, on peut, en l'arrêtant à différents moments, mettre en évidence un transfert de plusieurs caractères successivement, ce qui a permis de réaliser une cartographie génétique de l'ADN de E. coli. Cependant ces expériences ne concernent que les bactéries ; qu'en est-il des cellules animales ? On sait que l'infection d'une cellule par un virus dont l'ADN s'incorpore dans l'ADN cellulaire va modifier les caractères de la cellule infectée. Si le virus est oncogène, la cellule prendra les caractéristiques d'une cellule cancéreuse et transmettra ces caractéristiques à sa descendance.

On a réussi à transférer de l'ADN de cellules animales à d'autres cellules animales par différentes méthodes : micro-injection, incubation de la cellule réceptrice avec de l'ADN en présence de phosphate de calcium. On a ainsi provoqué la synthèse d'hémoglobine de lapin par des cellules de foie de souris, après injection d'ADN contenant le gène de l'hémoglobine de lapin à des cellules germinales de souris et, depuis ces premiers résultats, tout un champ d'investigation s'est constitué (génie génétique).

De telles réalisations ont permis de donner des arguments indiscutables sur le rôle de l'ADN. On a pu isoler des gènes (ou synthétiser des fragments d'ADN) contenant le code d'une protéine. Le fragment d'ADN a été combiné à de l'ADN de bactérie en formant une molécule composée d'ADN bactérien et d'ADN du gène animal. Cette molécule a été réinsérée dans une bactérie. Sous certaines conditions la bactérie a synthétisé la protéine animale correspondant à l'ADN qu'elle avait reçu. On a ainsi pu faire synthétiser par E. coli de l'insuline, de l'hormone de croissance (somatostatine) mettant fin ainsi à l'utilisation d'hormone extractive provenant de cadavres, de l'interféron humain (cf. supra, Assemblage des oligonucléotides et obtention de gènes synthétiques), protéines caractérisées chimiquement et aussi par leurs propriétés biologiques.

Le code génétique

Quelle est la nature de l'information génétique contenue dans l'ADN ? Le problème n'a été complètement résolu que pour les gènes codant pour les protéines. Cela signifie que l'on a montré comment la séquence des nucléotides de l'ADN contenu dans un gène pouvait déterminer la séquence des acides aminés contenus dans la protéine codée par le gène. C'est le problème du code génétique. Le problème a été d'abord étudié par F. Crick qui a montré que trois nucléotides successifs, formant un codon ou triplet, codaient pour un acide aminé. Il existe soixante-quatre combinaisons possibles de trois nucléotides de quatre types différents, ils correspondent aux vingt acides aminés des protéines. Cela signifie que plusieurs triplets codent pour un même acide aminé. En fait trois des triplets ne codent pas pour des acides aminés mais sont placés à la fin de chaîne partie codante des gènes pour signifier la fin de la protéine. On a établi la nature des triplets qui codent pour chacun des acides aminés (M. Nirenberg, 1961-1964). Le code est universel, ce qui signifie qu'il est le même pour tous les êtres vivants, de la bactérie à l'homme. Cependant l'ADN des mitochondries, qui code pour quelques protéines et ARN mitochondriaux, utilise un code légèrement différent de celui de l'ADN nucléaire et bactérien.

Organisation du génome

L'ADN est identique dans toutes les cellules d'un même organisme et cependant chacune des cellules ne synthétise pas l'ensemble des protéines synthétisées par l'ensemble de l'organisme. Par ailleurs toutes les protéines n'étant pas synthétisées en permanence, il existe des mécanismes de contrôle. Des séquences régulatrices ont d'abord été décrites en 1961 par Jacob et Monod chez E. coli : certaines régions de l'ADN contrôlent l'expression des gènes voisins en fixant l'enzyme responsable de la synthèse des ARN messagers. Beaucoup plus récemment des séquences régulatrices ont été mises en évidence dans les cellules animales. C'est ainsi que l'on a montré qu'à 30-50 nucléotides en amont de la partie 5′ d'un gène il y avait une séquence appelée « boîte TATA » qui contient cette séquence tétra-nucléotidique et qui est indispensable à l'expression du gène. Un peu plus loin du gène en 5′ se trouve la « boîte CAT », également indispensable. Ces séquences qui appartiennent au groupe des séquences moyennement répétitives sont donc situées en amont de la séquence codante des gènes mais sont indispensables pour que les ARN messagers correspondant à ces gènes soient synthétisés (cf. génétique).

Une autre particularité du génome, de découverte plus récente, est l'existence des gènes formés d'une succession de régions codantes ou exons et de régions non codantes ou introns. Le nombre d'introns et la longueur de ceux-ci varient d'un gène à l'autre mais du fait de leur existence le gène est beaucoup plus long que ne le laisserait prévoir la longueur de la protéine pour laquelle il code. Les introns existent dans la plupart des gènes animaux, et chez la levure. Ces introns vont apparaître dans l'ARN messager au moment de la synthèse de celui-ci, mais ils vont disparaître au cours de transformations qu'il subit dans le noyau. On a montré chez la levure que certains introns codaient pour des protéines qui jouent un rôle régulateur de l'expression du gène auquel ils appartiennent.

Autre type de régulation, ultérieurement découverte, la méthylation de l'ADN. On sait que dans l'ADN un certain nombre de cytosines étaient méthylées par une enzyme spécifique. On a montré que la méthylation de certaines cytosines provoquait l'arrêt de la synthèse d'ARN messager correspondant au gène auquel appartient la cytosine.

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Molécules constitutives des nucléotides

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Nucléosides et nucléotides dérivés de l'adénine

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Polynucléotide

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ARN de transfert : structure en feuille de trèfle

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Écrit par :

  • : docteur en médecine, docteur ès sciences, professeur de biochimie à la faculté de médecine de Cochin-Port-Royal
  • : directeur de recherche de classe exceptionnelle au C.N.R.S., unité 1292 (génotoxicologie et réparation de l'ADN)
  • : ingénieur-docteur, docteur ès sciences, professeur au Conservatoire national des arts et métiers, ingénieur E.S.C.I.L.
  • : directeur de recherche au C.N.R.S., directeur de l'Institut de recherche sur le cancer, agrégé de l'Université

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Pour citer l’article

Jacques KRUH, Ethel MOUSTACCHI, Michel PRIVAT DE GARILHE, Alain SARASIN, « NUCLÉIQUES ACIDES », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 01 décembre 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/acides-nucleiques/