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L'ADN comme support

1èreSVTLa synthèse des protéinesL'ADN comme support~8 min de lecture

La synthèse des protéines : l'ADN comme support de l'information génétique

L'ADN est une longue double chaîne de nucléotides qui garde, dans l'ordre de ses bases A, T, G et C, la « recette » des protéines ; lors de la transcription, une portion de cette recette est recopiée en ARN messager, qui peut sortir du noyau.

Objectifs

  • Décrire la structure de l'ADN : nucléotides, double hélice, complémentarité des bases.
  • Définir un gène comme une séquence de nucléotides portant une information.
  • Expliquer pourquoi un intermédiaire, l'ARN messager, est nécessaire.
  • Décrire les étapes de la transcription et écrire la séquence d'un ARN messager.

1. La structure de l'ADN

L'ADN (acide désoxyribonucléique) se trouve dans le noyau des cellules eucaryotes, dans les chromosomes. C'est une très longue molécule formée de deux brins enroulés l'un autour de l'autre en double hélice, comme une échelle de corde tordue.

Le nucléotide, brique de base

Chaque brin est une chaîne de nucléotides. Un nucléotide comprend trois parties :

  • un groupement phosphate ;
  • un sucre, le désoxyribose ;
  • une base azotée parmi quatre : adénine (A), thymine (T), guanine (G) et cytosine (C).

Les phosphates et les sucres forment les « montants » de l'échelle ; les bases, tournées vers l'intérieur, forment les « barreaux ».

Une paire de nucléotides de l'ADN : phosphate, sucre et base sur chaque brin, les deux bases reliées par des liaisons hydrogène A T Brin 1 Brin 2

Place sur le schéma les noms des parties d'une paire de nucléotides.

La complémentarité des bases

Les bases des deux brins se font face et s'associent toujours de la même façon, grâce à des liaisons hydrogène :

\[ \mathrm{A} \longleftrightarrow \mathrm{T} \qquad \mathrm{G} \longleftrightarrow \mathrm{C} \]

Conséquence : dans l'ADN, il y a autant de A que de T, et autant de G que de C (règle observée par Erwin Chargaff). Les deux brins sont aussi antiparallèles : l'un est orienté de \(5'\) vers \(3'\), l'autre de \(3'\) vers \(5'\).

Exemple résolu 1 : écrire le brin complémentaire

Un brin d'ADN a pour séquence \(5'\)-ATG CCG TAA-\(3'\). Écris le brin complémentaire. Cherche d'abord.

Voir la solution

On remplace A par T, T par A, G par C et C par G, en inversant l'orientation :

Brin 1 : \(5'\)-ATG CCG TAA-\(3'\)
Brin 2 : \(3'\)-TAC GGC ATT-\(5'\)

Exemple résolu 2 : utiliser la règle de Chargaff

L'ADN d'un organisme contient \(30\ \%\) d'adénine. Quels sont les pourcentages des autres bases ?

A s'associe à T : \(\%T = \%A = 30\ \%\).
Il reste \(100 - 30 - 30 = 40\ \%\) pour G et C ensemble.
G s'associe à C : \(\%G = \%C = \dfrac{40}{2} = 20\ \%\).

Quelle base s'associe toujours à la guanine (G) dans l'ADN ?

  1. La thymine (T)
  2. La cytosine (C)
  3. L'adénine (A)
Les paires de l'ADN sont A–T et G–C : la guanine s'associe toujours à la cytosine.

Repères historiques

  1. 1869Friedrich Miescher isole dans les noyaux cellulaires une substance qu'il appelle « nucléine ».
  2. 1944Oswald Avery et ses collègues montrent que l'ADN porte l'information héréditaire chez les bactéries.
  3. 1950Erwin Chargaff établit que les quantités de A et T, puis de G et C, sont égales.
  4. 1953James Watson et Francis Crick proposent le modèle en double hélice, en s'appuyant notamment sur les clichés de diffraction de Rosalind Franklin.

2. Le gène : une information écrite avec quatre lettres

Un gène est une portion d'ADN, c'est-à-dire une séquence précise de nucléotides, qui porte l'information nécessaire à la fabrication d'une protéine. C'est l'ordre des bases qui constitue l'information, comme l'ordre des lettres fait le sens d'un mot.

Qu'est-ce qui porte l'information génétique dans un gène ?

  1. Le nombre de groupements phosphate
  2. La forme en double hélice
  3. L'ordre (la séquence) des bases azotées
Tous les nucléotides ont le même phosphate et le même sucre : seule la succession des bases A, T, G, C change d'un gène à l'autre et constitue le message.

3. Pourquoi un intermédiaire ? L'ARN messager

Chez les eucaryotes, l'ADN reste dans le noyau, alors que les protéines sont fabriquées dans le cytoplasme, par les ribosomes. Un intermédiaire doit donc transporter l'information : c'est l'ARN messager (ARNm). Des expériences de marquage radioactif ont montré qu'un précurseur de l'ARN (l'uridine) s'incorpore d'abord dans le noyau, puis que l'ARN marqué se retrouve ensuite dans le cytoplasme.

ADN et ARN : les différences

  • L'ARN est formé d'un seul brin, l'ADN de deux.
  • Le sucre de l'ARN est le ribose (et non le désoxyribose).
  • L'ARN contient de l'uracile (U) à la place de la thymine (T).
  • L'ARN messager est court (la copie d'un gène) et de courte durée de vie ; l'ADN est très long et stable.
flowchart LR
A[ADN dans le noyau] -->|transcription| B[ARN messager]
B -->|sortie par les pores nucleaires| C[Cytoplasme]
C -->|traduction par les ribosomes| D[Proteine]

Dans l'ARN, quelle base remplace la thymine ?

  1. L'uracile (U)
  2. La cytosine (C)
  3. L'adénine (A)
L'ARN utilise l'uracile à la place de la thymine : face à un A de l'ADN, on place un U dans l'ARN.

4. La transcription : recopier un gène en ARN messager

La transcription est la synthèse d'un ARN messager à partir d'un gène. Elle a lieu dans le noyau.

Étapes de la transcription : ouverture de l'ADN, lecture du brin transcrit par l'ARN polymérase, libération de l'ARN messager ADN Brin transcrit ARN polymérase ARN messager libéré

Initiation : au début du gène, l'ADN s'ouvre localement ; les deux brins se séparent. Un seul brin, le brin transcrit, va servir de modèle.

Élongation : l'ARN polymérase avance le long du brin transcrit et assemble des nucléotides d'ARN complémentaires (A face à T, U face à A, G face à C, C face à G).

Terminaison : à la fin du gène, l'ARN messager est libéré et l'ADN se referme, intact. L'ARNm quitte ensuite le noyau.

Exemple résolu 3 : écrire l'ARN messager

Le brin transcrit d'un fragment de gène est \(3'\)-TAC GGC ATT-\(5'\). Écris la séquence de l'ARN messager.

On applique la complémentarité ADN → ARN : T → A, A → U, C → G, G → C.
TAC devient AUG ; GGC devient CCG ; ATT devient UAA.
ARNm : \(5'\)-AUG CCG UAA-\(3'\).
Vérification : le brin non transcrit était \(5'\)-ATG CCG TAA-\(3'\) ; l'ARNm est identique, avec U à la place de T.

Le brin transcrit porte la séquence \(3'\)-GAC-\(5'\). Quelle est la séquence de l'ARNm correspondant ?

  1. \(5'\)-CTG-\(3'\)
  2. \(5'\)-CUG-\(3'\)
  3. \(5'\)-GAC-\(3'\)
G donne C, A donne U, C donne G : l'ARNm est CUG. « CTG » contient un T, impossible dans un ARN.

Erreurs fréquentes

  • Croire que l'ADN sort du noyau : c'est sa copie, l'ARNm, qui en sort.
  • Associer A avec U dans l'ADN : dans l'ADN, A s'associe à T ; U n'existe que dans l'ARN.
  • Transcrire les deux brins : un seul brin, le brin transcrit, sert de modèle pour un gène donné.
  • Confondre transcription (ADN → ARNm, dans le noyau) et traduction (ARNm → protéine, dans le cytoplasme).

Récapitulatif

  • L'ADN est une double hélice de deux brins antiparallèles de nucléotides (phosphate, désoxyribose, base A, T, G ou C).
  • Les bases sont complémentaires : A avec T, G avec C.
  • Un gène est une séquence de nucléotides ; l'ordre des bases constitue l'information.
  • La transcription, dans le noyau, produit grâce à l'ARN polymérase un ARNm simple brin, complémentaire du brin transcrit, avec U à la place de T.
Nucléotide
Phosphate + sucre (désoxyribose dans l'ADN) + base azotée.
Complémentarité
ADN : A–T et G–C. Vers l'ARN : A donne U, T donne A.
Gène
Séquence de nucléotides de l'ADN portant l'information d'une protéine.
ARN messager
Copie simple brin d'un gène, avec ribose et uracile, qui sort du noyau.
Transcription
Synthèse de l'ARNm par l'ARN polymérase à partir du brin transcrit, dans le noyau.

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