Rappel sur l'ADN (chez les eucariotes)

Chaque individu est unique. Ses caractéristiques lui sont propres et son créées par l’Acide Désoxyribonucléique.

DECOUVERTE

Depuis le XXe siècle, la connaissance de la génétique a incroyablement évolué. Dès 1943, il est montré que l’ADN est le matériel génétique. Puis en 1953 Watson et Crick proposent la structure en double hélice de l’ADN. Enfin, en 1966, le code génétique complet de l’ADN est déchiffré ! Ces dernières décennies ont été prospère pour cette nouvelle approche scientifique, et le perfectionnement de ces recherches ne cesse de se faire plus pointilleux. Ainsi en 1987 la technique PCR vît le jour grâce à Kary Bank Mullis et Alec Jeffreys, révolutionnant l’analyse de cette macromolécule, base de tout organisme vivant.

                                                                                                                                               James Watson et Francis Crick    

Fonction et définition

L’acide désoxyribonucléique est une grosse molécule sous forme de long filament. Elle est purement le support de l’information génétique. En effet, chaque caractère qui nous est spécifique, tel que notre groupe sanguin, la forme de notre visage, notre couleur des yeux… provient de cette macromolécule, sous forme de gènes, transcrits puis traduits avant de pouvoir s’exprimer. L’ADN est au cœur de la vie : son code a des conséquences sur la formation de protéines qui permettent aux gènes de se manifester. Il renferme donc l’ensemble des informations nécessaires au développement  et au fonctionnement de l’organisme.

De plus l’acide désoxyribonucléique est le support de l’hérédité : en effet il est transmis lors de la reproduction, à travers le spermatozoïde et l’ovule, pour former celui du nouveau-né, mélangeant au hasard les gènes de ses parents en prenant de chaque 23 chromosomes. L’ADN constitue donc le génome des êtres vivants. On a pu estimer depuis le déchiffrage du code génétique le nombre de gènes chez l’Homme, qui serait de 20 000, 25 000 ! Ce chiffre est cependant bien moins élevé qu’on le prévoyait il y a encore quelques années.

LOCALISATION

Dans les cellules eucaryotes, l'ADN est contenu dans le noyau et une petite partie dans la matrice des mitochondries ainsi que dans les chloroplastes (pour les plantes et les algues). Ainsi, pour accéder à l’ADN, la membrane cellulaire et une autre membrane (nucléaire, mitochondriale ou chloroplastique selon les cas) doivent être franchies. De plus, chez les organismes pluricellulaires comme l’Homme, les cellules sont organisées en tissu qui doit être dissocié pour accéder à l’ADN.

Au cours de la division cellulaire, le programme génétique est transmit, en même temps que la structure de base. La cellule peut donc être considérée non seulement comme l’unité structurelle du vivant, mais aussi comme la responsable de la transmission des gènes au fil des générations.

Organisation d'une cellule

1 : membrane cellulaire;
 2: noyeau;
3: mitochondries;
intérieur bleu: cytoplasme

STRUCTURE

Mais cette macromolécule est condensée : en effet, dans chacune de nos cellules se trouve une telle quantité d'ADN, que, mis bout à bout, cela formerait une molécule de 1,80m!

On la trouve donc sous forme de chromosomes, éléments constitués de deux molécules d’ADN identiques hyper-condensées. Ceux-ci sont au nombre de 46 chez l’Homme, sous forme de paires.

Chaque chromosome est ainsi composé de deux chromatides, permettant la sauvegarde de l’information génétique lors de la division cellulaire.

La localisation précise d'un gène sur un chromosome se nomme locus.

On peut distinguer leur télomère (extrémité du chromosome) et leur centromère (son centre), où la séparation se fait durant l’anaphase. (Étape de la division cellulaire se déroulant par cycles : prophase, métaphase, anaphase, télophase, interphase)

Ainsi, si l’on décondense le d’ADN, on voit qu’il possède une structure en forme de double hélice.

Ces deux brins s’enroulent en une structure hélicoïdale et sont pontés en leur milieu pas une base azotée.

L'ADN s'enroule sur lui-même, puis autour de petites billes protéiques (les histones) pour se retrouver sous forme compactée dans la cellule.

COMPOSITION

Les Nucléotides

Ces deux brins sont en fait deux chaînes de nucléotides.

Un nucléotide est composé d’un sucre, le désoxyribose, mais aussi d’un phosphate acide et d’une base azotée. Si les deux premiers éléments constituent le squelette de la structure en double hélice, la base azotée est elle le code qui porte l’information génétique. Il existe quatre nucléotides : l’Adénine, la Thymine, La Guanine et la Cytosine. Se fixant par complémentarité entre les « couples » Adénine/Thymine et Guanine/Cytosine, les bases azotées, excepté quelques mutations, sont présentes dans chaque cellule dans le même ordre.  Cet ordre d’apparence aléatoire détermine toutes les caractéristiques d’un organsme, d’un individu.

La molécule d’ADN contient à elle seule 9 milliards de paires de bases !  Elles seront reparties en 23 paires de chromosomes.

représentation 3D d’un extrait de molécule d’ADN

FILM ANIME DE LA PRESENTATION DE L’ADN

Les Introns, les Exons

Cependant, toute la séquence d’ADN n’est pas utile dans la transcription des gènes. Ainsi chez les eucaryotes, un gène est constitué d’une alternance de séquences codantes, les exons, et de séquences non codantes, les introns. L’ARN pré-messager subit donc un épissage avant d’être traduit, épissage qui éliminera les introns, qui ne codent pas pour les protéines. Seuls les introns peuvent être analysés pour un test ADN : par simple éthique et respect de l’intimité du sujet, chez qui on pourrait découvrir une maladie dont lui-même ne se savait pas atteint ! 

Selon les connaissances actuelles, seulement 10% du génome humain code les gènes essentiels au maintien de la vie : le reste du génome est non codant et hautement variable d’un individu à l’autre.

Il reste donc 90% du génome pour garantir une empreinte génétique unique, ce qui est largement suffisant.

Les Marqueurs

L’ADN est constitué de parties repérables spécifiquement : ce sont les marqueurs. Il en existe différents types, qui aident à l’identification d’un individu par les différentes méthodes d’analyse de l’ADN.
-Les Marqueurs : ils font l’unicité d’un individu, ce sont les gènes ou les fragments d’ADN ne correspondants pas à des séquences traduites en protéines. (Nos fameux introns) Ils contribuent à différencier les individus.

-Les Microsatellites : ce sont des partes répétitives de l’ADN. Ils sont uniques car délimités pas des codons (codon stop ou initiateur) uniques pour un locus donné. En outre, le nombre de répétitions de ce microsatellite varie d’un individu à l’autre : c’est le polymorphisme de répétition. Cela permet

là aussi d’identifier un individu.

TRANSCRIPTION ET TRADUCTION

 L’ADN détermine la synthèse des protéines, par l’intermédiaire de l’ARN. Puis l’activité des protéines fixe l’activité des cellules, qui vont ensuite régir le fonctionnement des organes et de l’organisme.

Cela peut être simplifié par le schéma suivant :

Pour passer ainsi des nucléotides aux protéines, l’ADN est transcrit puis traduit.

Résumons simplement.

L’ADN est d’abord transcrit par l’ARN : cette transformation se fait dans le noyau. L’ARNpolymérase assemble par complémentarité les nucléotides présents dans le noyau à ceux qui composent l’ADN. Il remplace aussi la base azotée Thymine par de l’Uracile.L’ARN pré-messager ainsi formé subit un épissage et perd ses introns. Puis l’ARNm (devenu messager) passe à travers les pores de la membrane du noyau pour arriver dans le cytoplasme. Ici commence donc la traduction. L’ARN transcrit est traduit par le ribosome qui forme des groupes d’acide aminés, en fonction des codons (triplet de bases azotées) de l’ARNt. Et de nucléotides composés de bases azotées, l’ADN est devenu protéine composée d’acides aminés! Les protéines vont ainsi pouvoir remplir leurs fonctions très diverses dans la cellule, comme le transport, le maintien de la structure, la catalyse de réaction...

 ALLELES

L’ADN est exactement le même dans toutes les cellules de notre corps, excepté quelques mutations dues généralement à l’environnement (rayons UV, radiations, … etc) ou aux rares erreurs de l’ADN polymérase lors de la multiplication de l’ADN durant la synthèse. Mais il est aussi unique à chaque individu (à l’exception des jumeaux au même profil génétiques, les « vrais jumeaux »). Cependant, deux versions d’un même gène peuvent exister chez le même organisme : ces versions sont appelées des Allèles. En effet, puisque chaque individu possède un allèle provenant du chromosome maternel et un du chromosome paternel, plusieurs combinaisons sont possibles : une combinaison hétérozygote (un allèle A et un allèle B) , et deux combinaisons homozygotes (deux allèles A ou deux allèles B) .

 REMARQUE

Ainsi, c’est ce code génétique qui va nous permettre de différencier un individu.Quand on n’utilise pas l’ADN nucléaire, on utilise l’ADN mitochondrial. Comme son nom l’indique, on le trouve dans la matrice des mitochondries (la seule parte des cellules à posséder son propre ADN, en plus du noyau, vu précédemment), qui sont les centrales énergétiques des cellules. L’ADN mitochondrial est uniquement occupé par les gènes et ne contient pas de séquences répétées. Sa taille est d’environ 16000 paires de bases, sot 1/200 millionième de l’ADN nucléaire. L’ADN mitochondrial présente une autre caractéristique : il se transmet seulement par voir maternelle. Nous avons tous l’ADN mitochondrial de notre mère, qui l’a elle-même hérité de sa propre mère. Si un échantillon biologique est très ancien ou très dégradé, il est plus simple d’extraire l’ADN mitochondriale que l’ADN nucléaire. L’ADN mitochondrial existe en effet en plusieurs copies dans chaque cellule est l est plus petit : il risque donc moins de se fragmenter en mille morceaux.

 Ainsi, l’ADN nucléaire ou l’ADN mitochondrial, sont tous les deux les éléments nécessaires pour permettre l’identification d’un individu.