10.2 : Structure et fonction de l'ADN

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Objectifs d'apprentissage

Décrire la structure biochimique des désoxyribonucléotides
Identifier les paires de bases utilisées dans la synthèse des désoxyribonucléotides
Expliquer pourquoi la double hélice de l'ADN est décrite comme étant antiparallèle

Dans la section Métabolisme microbien, nous avons discuté de trois classes de macromolécules : les protéines, les lipides et les glucides. Dans ce chapitre, nous aborderons une quatrième classe de macromolécules : les acides nucléiques. Comme les autres macromolécules, les acides nucléiques sont composés de monomères, appelés nucléotides, qui sont polymérisés pour former de gros brins. Chaque brin d'acide nucléique contient certains nucléotides qui apparaissent dans un certain ordre au sein du brin, appelé séquence de base. La séquence de base de l'acide désoxyribonucléique (ADN) est responsable du transport et de la conservation de l'information héréditaire dans une cellule. Dans Mechanisms of Microbial Genetics, nous discuterons en détail de la manière dont l'ADN utilise sa propre séquence de base pour diriger sa propre synthèse, ainsi que de la synthèse de l'ARN et des protéines, qui, à son tour, donne naissance à des produits aux structures et fonctions diverses. Dans cette section, nous aborderons la structure et la fonction de base de l'ADN.

Nucléotides d'ADN

Les éléments constitutifs des acides nucléiques sont les nucléotides. Les nucléotides qui composent l'ADN sont appelés désoxyribonucléotides. Les trois composants d'un désoxyribonucléotide sont un sucre à cinq carbones appelé désoxyribose, un groupe phosphate et une base azotée, une structure cyclique contenant de l'azote qui est responsable de l'appariement complémentaire des bases entre les brins d'acides nucléiques (Figure\(\PageIndex{1}\)). Les atomes de carbone du désoxyribose à cinq carbones sont numérotés 1, 2, 3, 4 et 5 (1 est lu comme « un nombre premier »). Un nucléoside comprend le sucre à cinq carbones et la base azotée.

a) Au centre d'un désoxyribonucléotide se trouve un sucre désoxyribose. Il s'agit d'une forme pentagonale avec O en haut et H attaché au carbone en bas à droite et OH attaché au carbone en bas à droite. Un groupe phosphate est attaché au carbone supérieur gauche et consiste en un phosphate lié à 4 oxygènes. Une base composée de 1 ou 2 cycles contenant à la fois du carbone et de l'azote est fixée au carbone supérieur droit du sucre. B) Un dessin plus détaillé du désoxyribose. Il s'agit d'une structure en forme de pentagone avec de l'oxygène dans le coin supérieur. Dans le sens des aiguilles d'une montre, le coin supérieur droit comporte un carbone étiqueté 1-prime. Un OH est attaché à ce carbone. Le carbone en bas à droite est étiqueté 2-prime et un H y est attaché. Le carbone en bas à gauche est étiqueté 3-prime et est associé à un groupe OH. Le carbone supérieur gauche est étiqueté 4-prime et contient du CH2OH. Ce dernier carbone est labellisé 5-prime. — Figure\(\PageIndex{1}\) : (a) Chaque désoxyribonucléotide est composé d'un sucre appelé désoxyribose, d'un groupe phosphate et d'une base azotée, en l'occurrence de l'adénine. (b) Les cinq carbones contenus dans le désoxyribose sont désignés par les lettres 1, 2, 3, 4 et 5.

Le désoxyribonucléotide est nommé d'après les bases azotées (Figure\(\PageIndex{2}\)). Les bases azotées adénine (A) et guanine (G) sont les purines ; elles ont une structure à double cycle avec un cycle à six carbones fusionné à un cycle à cinq carbones. Les pyrimidines, la cytosine (C) et la thymine (T), sont des bases azotées plus petites qui n'ont qu'une structure cyclique à six carbones.

Les pyrimidines ont un cycle contenant à la fois du carbone et de l'azote. La cytosine et la thymine sont toutes deux des pyrimidines. Leurs anneaux sont identiques mais comportent différents groupes fonctionnels attachés. Les purines ont 2 cycles contenant du carbone et de l'azote. L'adénine et la guanine sont toutes deux des purines mais ont une disposition différente des atomes lorsqu'ils font partie de leurs cycles et y sont attachés. — Figure\(\PageIndex{2}\) : Les bases azotées présentes dans l'ADN sont classées en purines à deux anneaux, l'adénine et la guanine, et en pyrimidines à cycle unique, la cytosine et la thymine. La thymine est propre à l'ADN.

Les triphosphates nucléosidiques individuels se combinent les uns aux autres par des liaisons covalentes appelées liaisons phosphodiester 5′-3, ou des liaisons par lesquelles le groupe phosphate se lie au carbone 5 du sucre d'un nucléotide se lie au groupe hydroxyle du carbone 3 du sucre du nucléotide suivant. La liaison phosphodiester entre les nucléotides forme le squelette sucre-phosphate, la structure alternée sucre-phosphate constituant la structure d'un brin d'acide nucléique (Figure\(\PageIndex{3}\)). Au cours du processus de polymérisation, des désoxynucléotides triphosphates (DNTP) sont utilisés. Pour construire le squelette du phosphate de sucre, les deux phosphates terminaux sont libérés du dNTP sous forme de pyrophosphate. Le brin d'acide nucléique qui en résulte possède un groupe phosphate libre à l'extrémité carbone à 5 et un groupe hydroxyle libre à l'extrémité à 3 atomes de carbone. Les deux groupes phosphates non utilisés du nucléotide triphosphate sont libérés sous forme de pyrophosphate lors de la formation de la liaison phosphodiester. Le pyrophosphate est ensuite hydrolysé, libérant ainsi l'énergie utilisée pour entraîner la polymérisation des nucléotides.

Nucléotide avec un sucre au centre, le sucre est un pentagone avec de l'oxygène au sommet. Dans le sens des aiguilles d'une montre, les carbones sont numérotés 1 (en haut à droite), 2 (en bas à droite), 3 (en bas à gauche), 4 (en haut à gauche) et 5 (en partant du carbone 4). Une base (thymine) est fixée au carbone 1. Un groupe phosphate est attaché au carbone 5. Un autre nucléotide ci-dessous a la même structure (à part le fait que la base est C plutôt que T). Le groupe phosphate fixé au carbone 5 du nucléotide inférieur est également attaché au carbone 3 du nucléotide supérieur. Le nucléotide inférieur possède un OH attaché à son carbone 3. Le groupe OH de son phosphate est surligné sur un autre nucléotide. Une liaison phospodiester se forme lorsque l'eau est retirée de ces deux groupes OH. Il en résulte la formation d'une liaison entre le carbone 3 du nucléotide de la chaîne et le groupe phosphate attaché au carbone 5 du nouveau nucléotide. C'est ce qu'on appelle une liaison phosphodiester. — Figure\(\PageIndex{3}\) : Des liaisons phosphodiester se forment entre le groupe phosphate attaché au carbone 5 d'un nucléotide et le groupe hydroxyle du carbone 3 du nucléotide suivant, provoquant la polymérisation des nucléotides en brins d'acides nucléiques. Notez les extrémités 5 et 3 de ce brin d'acide nucléique.

Exercice\(\PageIndex{1}\)

Qu'entend-on par les extrémités 5 et 3 d'un brin d'acide nucléique ?

À la découverte de la Double Helix

Au début des années 1950, de nombreuses preuves s'étaient accumulées indiquant que l'ADN était le matériel génétique des cellules, et la race devait maintenant découvrir sa structure tridimensionnelle. À peu près à cette époque, le biochimiste autrichien Erwin Chargaff ¹ (1905-2002) a examiné le contenu de l'ADN de différentes espèces et a découvert que l'adénine, la thymine, la guanine et la cytosine n'étaient pas présentes en quantités égales et qu'elles variaient d'une espèce à l'autre, mais pas entre des individus de la même espèce. Il a découvert que la quantité d'adénine était très proche de la quantité de thymine et que la quantité de cytosine était très proche de la quantité de guanine, soit A = T et G = C. Ces relations sont également connues sous le nom de règles de Chargaff.

D'autres scientifiques ont également exploré activement ce domaine au milieu du XXe siècle. En 1952, le scientifique américain Linus Pauling (1901-1994) était le plus grand chimiste structural au monde et le favori pour résoudre la structure de l'ADN. Pauling avait déjà découvert la structure des hélices des protéines α en utilisant la diffraction aux rayons X et, sur la base d'images de diffraction aux rayons X de l'ADN réalisées dans son laboratoire, il a proposé un modèle d'ADN à trois brins. ² Dans le même temps, la chercheuse britannique Rosalind Franklin (1920-1958) et son étudiant diplômé R.G. Gosling utilisaient également la diffraction des rayons X pour comprendre la structure de l'ADN (Figure\(\PageIndex{4}\)). C'est l'expertise scientifique de Franklin qui a permis de produire des images de diffraction des rayons X plus bien définies de l'ADN qui montreraient clairement la structure globale en double hélice de l'ADN.

Le diagramme de diffraction des rayons X de l'ADN montre sa nature hélicoïdale. Photographie d'une spirale floue avec des points noirs flous formant une figure floue 8. — Figure\(\PageIndex{4}\) : Le diagramme de diffraction des rayons X de l'ADN montre sa nature hélicoïdale. (source : National Institutes of Health)

James Watson (1928—), un scientifique américain, et Francis Crick (1916-2004), un scientifique britannique, ont travaillé ensemble dans les années 1950 pour découvrir la structure de l'ADN. Ils ont utilisé les règles de Chargaff et les images de diffraction aux rayons X de Franklin et Wilkins de fibres d'ADN pour reconstituer l'appariement purine-pyrimidine de la molécule d'ADN à double hélice (Figure\(\PageIndex{5}\)). En avril 1953, Watson et Crick ont publié leur modèle de la double hélice de l'ADN dans Nature. ³ Le même numéro comprenait également des articles de Wilkins et de ses collègues ⁴, ainsi que de Franklin et Gosling ⁵, décrivant chacun différents aspects de la structure moléculaire de l'ADN. En 1962, James Watson, Francis Crick et Maurice Wilkins ont reçu le prix Nobel de physiologie et de médecine. Malheureusement, Franklin était décédé à ce moment-là et les prix Nobel de l'époque n'étaient pas décernés à titre posthume. Les travaux se sont toutefois poursuivis en vue de mieux connaître la structure de l'ADN. En 1973, Alexander Rich (1924-2015) et ses collègues ont pu analyser des cristaux d'ADN afin de confirmer et d'élucider davantage la structure de l'ADN. ⁶

Photographie d'une maquette en fil métallique dans un musée. — Figure\(\PageIndex{5}\) : En 1953, James Watson et Francis Crick ont construit ce modèle de la structure de l'ADN, exposé ici au Science Museum de Londres.

Exercice\(\PageIndex{2}\)

Quels scientifiques sont les principaux responsables de la description de la structure moléculaire de l'ADN ?

Structure de l'ADN

Watson et Crick ont proposé que l'ADN soit composé de deux brins tordus l'un autour de l'autre pour former une hélice droitière. Les deux brins d'ADN sont antiparallèles, de sorte que l'extrémité 3' d'un brin fait face à l'extrémité 5' de l'autre (Figure\(\PageIndex{6}\)). L'extrémité 3 de chaque brin possède un groupe hydroxyle libre, tandis que l'extrémité 5 de chaque brin possède un groupe phosphate libre. Le sucre et le phosphate des nucléotides polymérisés forment l'épine dorsale de la structure, tandis que les bases azotées sont empilées à l'intérieur. Ces bases azotées situées à l'intérieur de la molécule interagissent les unes avec les autres, par appariement de bases.

L'analyse des diagrammes de diffraction de l'ADN a permis de déterminer qu'il y a environ 10 bases par tour dans l'ADN. L'espacement asymétrique des épines dorsales en phosphate de sucre génère des rainures majeures (là où la colonne vertébrale est très éloignée) et des rainures mineures (où la colonne vertébrale est rapprochée) (Figure\(\PageIndex{6}\)). Ces rainures sont des endroits où les protéines peuvent se lier à l'ADN. La liaison de ces protéines peut modifier la structure de l'ADN, réguler la réplication ou réguler la transcription de l'ADN en ARN.

a) Un diagramme de l'ADN représenté par une double hélice (échelle torsadée). À l'extérieur de l'échelle se trouve un ruban bleu étiqueté « colonne vertébrale en phosphate de sucre ». Les barreaux de l'échelle sont étiquetés « paire de bases » et sont soit rouges et jaunes, soit verts et bleus. Le rouge indique l'adénine de base azotée. Le jaune indique la thymine de base azotée. Le bleu indique la guanine, une base azotée. Le vert indique la cytosine de base azotée. L'échelle se tord de telle sorte qu'il y ait de grands espaces (appelés rainures principales) et des espaces étroits (appelés rainures secondaires) entre les torsions. B) Un schéma différent de l'ADN le montrant sous la forme d'une échelle droite. Cela permet de voir plus facilement les bases (qui peuvent désormais être étiquetées avec les lettres A, T, C ou G) directement sur l'image. Le brin gauche possède 3 amorces en haut et 5 points en bas. Le brin droit possède 5 amorces en haut et un 3 en bas. C) Un autre diagramme d'ADN montrant un segment beaucoup plus court qui permet de voir plus clairement les structures chimiques. Les brins montrent que le groupe phosphate se trouve toujours entre le carbone 3 d'un nucléotide et le carbone 5 du nucléotide suivant. Les deux brins sont reliés par des lignes pointillées indiquant les liaisons hydrogène. La liaison A-T possède 2 liaisons hydrogène et C-G possède 3 liaisons hydrogène. La charge négative des phosphates est également apparente. — Figure\(\PageIndex{6}\) : Watson et Crick ont proposé le modèle à double hélice pour l'ADN. (a) Les épines dorsales du phosphate de sucre se trouvent à l'extérieur de la double hélice et les purines et les pyrimidines forment les « échelons » de l'échelle hélicoïdale de l'ADN. (b) Les deux brins d'ADN sont antiparallèles l'un à l'autre. (c) La direction de chaque brin est identifiée en numérotant les carbones (1 à 5) de chaque molécule de sucre. L'extrémité 5 est celle où le carbone #5 n'est pas lié à un autre nucléotide ; l'extrémité 3 est celle où le carbone #3 n'est pas lié à un autre nucléotide.

L'appariement des bases a lieu entre une purine et une pyrimidine. Dans l'ADN, l'adénine (A) et la thymine (T) sont des paires de bases complémentaires, et la cytosine (C) et la guanine (G) sont également des paires de bases complémentaires, ce qui explique les règles de Chargaff (Figure\(\PageIndex{7}\)). Les paires de bases sont stabilisées par des liaisons hydrogène ; l'adénine et la thymine forment deux liaisons hydrogène entre elles, tandis que la cytosine et la guanine forment trois liaisons hydrogène entre elles.

Schéma de l'ADN montrant un court segment qui permet de mieux voir les structures chimiques. Les brins montrent que le groupe phosphate se trouve toujours entre le carbone 3 d'un nucléotide et le carbone 5 du nucléotide suivant. Les deux brins sont reliés par des lignes pointillées indiquant les liaisons hydrogène. La liaison A-T possède 2 liaisons hydrogène et C-G possède 3 liaisons hydrogène. La charge négative des phosphates est également apparente. — Figure\(\PageIndex{7}\) : Des liaisons hydrogène se forment entre des bases azotées complémentaires à l'intérieur de l'ADN.

En laboratoire, l'exposition des deux brins d'ADN de la double hélice à des températures élevées ou à certains produits chimiques peut rompre les liaisons hydrogène entre des bases complémentaires, séparant ainsi les brins en deux brins d'ADN distincts (ADN simple brin [ADNss]). Ce processus est appelé dénaturation de l'ADN et est analogue à la dénaturation des protéines, comme décrit dans Protéines. Les brins d'ADNss peuvent également être reconstitués sous forme d'ADN double brin (DSDNA), par recuit ou renaturation en refroidissant ou en éliminant les dénaturants chimiques, ce qui permet à ces liaisons hydrogène de se reformer. La capacité de manipuler artificiellement l'ADN de cette manière est à la base de plusieurs techniques biotechnologiques importantes (Figure\(\PageIndex{8}\)). En raison de la liaison hydrogène supplémentaire entre la paire de bases C = G, l'ADN à forte teneur en GC est plus difficile à dénaturer que l'ADN à faible teneur en GC.

Les États natifs sont comme une échelle tordue. Les barreaux de l'échelle sont fabriqués à partir de la base d'un brin fixée à la base de l'autre brin. La chaleur et les produits chimiques peuvent dénaturer ces fils. Lorsque cela se produit, l'ADN est monocaténaire : il s'agit d'un long ruban avec de courtes projections sur toute sa longueur. La renaturation, qui nécessite des conditions spéciales, ramène l'ADN à l'état de double hélice (état renaturé). — Figure\(\PageIndex{8}\) : En laboratoire, la double hélice peut être dénaturée en ADN monocaténaire par exposition à la chaleur ou à des produits chimiques, puis renaturée par refroidissement ou élimination de dénaturants chimiques pour permettre aux brins d'ADN de se recuire. (crédit : modification de l'œuvre de Hernández-Lemus E, Nicasio-Collazo LA, Castañeda-Priego R)

Lien vers l'apprentissage

Pour en savoir plus, visionnez une animation sur la structure de l'ADN publiée par le DNA Learning Center

Exercice\(\PageIndex{3}\)

Quelles sont les deux paires de bases complémentaires de l'ADN et comment sont-elles liées ?

Fonction de l'ADN

L'ADN stocke les informations nécessaires à la construction et au contrôle de la cellule. La transmission de cette information des cellules mères aux cellules filles est appelée transfert vertical de gènes et se fait par le biais du processus de réplication de l'ADN. L'ADN est répliqué lorsqu'une cellule fait une double copie de son ADN, puis la cellule se divise, ce qui entraîne la distribution correcte d'une copie d'ADN à chaque cellule résultante. L'ADN peut également être dégradé enzymatiquement et utilisé comme source de nucléosides et de nucléotides pour la cellule. Contrairement aux autres macromolécules, l'ADN ne joue aucun rôle structurel dans les cellules.

Exercice\(\PageIndex{4}\)

Comment l'ADN transmet-il l'information génétique à la progéniture ?

Ouvrir la voie aux femmes dans les professions des sciences et de la santé

Historiquement, les femmes ont été sous-représentées dans les sciences et la médecine, et leurs contributions pionnières sont souvent passées relativement inaperçues. Par exemple, bien que Rosalind Franklin ait réalisé les études de diffraction des rayons X démontrant la structure à double hélice de l'ADN, ce sont Watson et Crick qui sont devenus célèbres pour cette découverte, en s'appuyant sur ses données. Une vive controverse persiste quant à savoir si l'acquisition de ses données était appropriée et si les conflits de personnalité et les préjugés sexistes ont contribué à retarder la reconnaissance de ses contributions importantes. De même, Barbara McClintock a fait œuvre de pionnière dans le domaine de la génétique du maïs (maïs) des années 1930 aux années 1950, découvrant des transposons (gènes sauteurs), mais elle n'a été reconnue que bien plus tard, recevant un prix Nobel de physiologie ou de médecine en 1983 (Figure\(\PageIndex{9}\)).

Aujourd'hui, les femmes restent sous-représentées dans de nombreux domaines de la science et de la médecine. Alors que plus de la moitié des diplômes de premier cycle en sciences sont décernés à des femmes, seuls 46 % des doctorats en sciences sont décernés à des femmes. Dans le monde universitaire, le nombre de femmes à tous les niveaux d'avancement professionnel continue de diminuer, les femmes occupant moins du tiers des postes de chercheurs titulaires de doctorat dans les postes menant à la permanence, et moins du quart des postes de professeur titulaire dans les collèges et universités de quatre ans. ⁷ Même dans les professions de santé, comme dans presque tous les autres domaines, les femmes sont souvent sous-représentées dans de nombreuses carrières médicales et gagnent nettement moins que leurs homologues masculins, comme le montre une étude publiée en 2013 par le Journal of the American Medical Association. ⁸

Pourquoi de telles disparités continuent-elles d'exister et comment briser ces cycles ? La situation est complexe et résulte probablement de la combinaison de divers facteurs, notamment la façon dont la société conditionne les comportements des filles dès leur plus jeune âge et soutient leurs intérêts, tant sur le plan professionnel que personnel. Certains ont suggéré que les femmes n'avaient pas leur place dans le laboratoire, notamment le lauréat du prix Nobel Tim Hunt, dont les commentaires publics de 2015 suggérant que les femmes étaient trop émotives pour la science ⁹ ont été largement condamnés.

Les filles devraient peut-être bénéficier d'un soutien accru dès leur plus jeune âge dans les domaines des sciences et des mathématiques (Figure\(\PageIndex{9}\)). Les programmes de science, de technologie, d'ingénierie et de mathématiques (STEM) parrainés par l'American Association of University Women (AAUW) ¹⁰ et la National Aeronautics and Space Administration (NASA) ¹¹ sont d'excellents exemples de programmes qui offrent un tel soutien. Les contributions des femmes à la science devraient être mieux connues du public, et le marketing ciblé sur les jeunes filles devrait inclure davantage d'images de femmes scientifiques et professionnelles de la santé qui ont connu un succès historique et professionnel, encourageant tous les jeunes esprits brillants, y compris les filles et les femmes, à poursuivre carrières en sciences et en médecine.

a) Photographie de Barbara McClintock. B) Photographie de deux femmes scientifiques en laboratoire. — Figure\(\PageIndex{9}\) : (a) Les travaux de Barbara McClintock sur la génétique du maïs dans les années 1930 à 1950 ont permis de découvrir des transposons, mais leur importance n'était pas reconnue à l'époque. b) Les efforts visant à encadrer de manière appropriée et à fournir un soutien social continu aux femmes dans les domaines de la science et de la médecine pourraient un jour contribuer à atténuer certains des problèmes qui entravent l'égalité des sexes à tous les niveaux de la science et de la médecine. (crédit a : modification d'une œuvre par la Smithsonian Institution ; crédit b : modification d'une œuvre par Haynie SL, Hinkle AS, Jones NL, Martin CA, Olsiewski PJ, Roberts MF)

Orientation clinique : partie 2

Sur la base de ses symptômes, le médecin d'Alex soupçonne qu'il souffre d'une maladie d'origine alimentaire qu'il a contractée lors de ses voyages. Les risques incluent une infection bactérienne (par exemple, E. coli entérotoxigène, Vibrio cholerae, Campylobacter jejuni, Salmonella), une infection virale (rotavirus ou norovirus) ou une infection à protozoaire (Giardia lamblia, Cryptosporidium parvum , ou Entamoeba histolytica).

Son médecin prescrit un échantillon de selles pour identifier d'éventuels agents responsables (par exemple, bactéries, kystes) et pour rechercher la présence de sang, car certains types d'agents infectieux (comme C. jejuni, Salmonella et E. histolytica) sont associés à la production de sang tabourets.

L'échantillon de selles d'Alex ne présentait ni sang ni kystes. Après avoir analysé son échantillon de selles et en se basant sur ses récents voyages, le médecin de l'hôpital a soupçonné Alex de souffrir de diarrhée du voyageur causée par E. coli entérotoxinogène (ETEC), l'agent responsable de la plupart des diarrhées des voyageurs. Pour vérifier le diagnostic et exclure toute autre possibilité, le médecin d'Alex a demandé un test diagnostique en laboratoire sur son échantillon de selles afin de rechercher des séquences d'ADN codant des facteurs de virulence spécifiques de l'ETEC. Le médecin a demandé à Alex de boire beaucoup de liquide pour remplacer ce qu'il perdait et l'a renvoyé de l'hôpital.

L'ETEC produit plusieurs facteurs de virulence codés par des plasmides qui le rendent pathogène par rapport aux E. coli classiques. Il s'agit notamment des toxines sécrétées, de l'entérotoxine thermolabile (LT) et de l'entérotoxine thermostable (ST), ainsi que du facteur de colonisation (CF). Le LT et le ST provoquent tous deux l'excrétion d'ions chlorure des cellules intestinales vers la lumière intestinale, ce qui entraîne une perte d'eau des cellules intestinales et une diarrhée. La mucoviscidose code une protéine bactérienne qui permet à la bactérie d'adhérer à la paroi de l'intestin grêle.

Exercice\(\PageIndex{5}\)

Pourquoi le médecin d'Alex a-t-il utilisé l'analyse génétique au lieu d'isoler les bactéries de l'échantillon de selles ou de procéder à une coloration directe de Gram sur l'échantillon de selles uniquement ?

Concepts clés et résumé

Les acides nucléiques sont composés de nucléotides contenant chacun un sucre pentose, un groupe phosphate et une base azotée. Les désoxyribonucléotides contenus dans l'ADN contiennent du désoxyribose sous forme de sucre pentose.
L'ADN contient les pyrimidines, la cytosine et la thymine, et les purines, l'adénine et la guanine.
Les nucléotides sont liés entre eux par des liaisons phosphodiester entre le groupe phosphate de 5 pouces d'un nucléotide et le groupe hydroxyle 3 d'un autre. Un brin d'acide nucléique possède un groupe phosphate libre à l'extrémité 5 et un groupe hydroxyle libre à l'extrémité 3.
Chargaff a découvert que la quantité d'adénine est approximativement égale à la quantité de thymine dans l'ADN et que la quantité de guanine est approximativement égale à la cytosine. Ces relations ont ensuite été déterminées comme étant dues à un appariement de bases complémentaires.
Watson et Crick, s'appuyant sur les travaux de Chargaff, Franklin et Gosling et Wilkins, ont proposé le modèle à double hélice et l'appariement de bases pour la structure de l'ADN.
L'ADN est composé de deux brins complémentaires orientés de manière antiparallèle l'un par rapport à l'autre, les squelettes phosphodiesters se trouvant à l'extérieur de la molécule. Les bases azotées de chaque brin se font face et les bases complémentaires se lient à l'hydrogène l'une à l'autre, stabilisant ainsi la double hélice.
La chaleur ou les produits chimiques peuvent rompre les liaisons hydrogène entre les bases complémentaires, dénaturant ainsi l'ADN. Le refroidissement ou l'élimination de produits chimiques peuvent entraîner la renaturation ou le recuit de l'ADN en permettant aux liaisons hydrogène de se reformer entre des bases complémentaires.
L'ADN stocke les instructions nécessaires à la construction et au contrôle de la cellule. Ces informations sont transmises du parent à la progéniture par transfert vertical de gènes.

Notes

1 N. Kresge et coll. « Les règles de Chargaff : l'œuvre d'Erwin Chargaff. » Journal de chimie biologique 280 (2005) :e21.
2 L. Pauling, « Une structure proposée pour les acides nucléiques ». Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique 39 n° 2 (1953) :84—97.
3 J.D. Watson, F.H.C. Crick. « Une structure pour l'acide nucléique désoxyribose. » Nature 171 n° 4356 (1953) :737—738.
4 M.H.F. Wilkins et coll. « Structure moléculaire des acides nucléiques désoxypentoses. » Nature 171 n° 4356 (1953) :738—740.
5 R. Franklin, R. G. Gosling. « Configuration moléculaire dans le thymonucléate de sodium. » Nature 171 n° 4356 (1953) :740—741.
6 R.O. Day et coll. « Un fragment cristallin de la double hélice : la structure du phosphate dinucléoside guanylyl-3',5'-cytidine. » Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique 70 no 3 (1973) :849—853.
7 N.H. Wolfinger « Pour les femmes scientifiques, il n'y a pas de bon moment pour avoir des enfants ». L'Atlantique 29 juillet 2013. www.theatlantic.com/sexes/arc... ildren/278165/.
8 S.A. Seabury et coll. « Tendances des revenus des professionnels de la santé masculins et féminins aux États-Unis, 1987 à 2010. » Journal de l'American Medical Association Internal Medicine 173 n° 18 (2013) :1748—1750.
9 E. Chung. « Tim Hunt, sexisme et science : le véritable « problème avec les filles » dans les laboratoires. » CBC News Technology and Science, 12 juin 2015. http://www.cbc.ca/news/technology/ti...labs-1.3110133. Consulté le 4 août 2016.
10 Association américaine des femmes universitaires. « Construire un pipeline STEM pour les filles et les femmes ». www.aauw.org/what-we-do/stem-education/. Consulté le 10 juin 2016.
11 Administration nationale de l'aéronautique et de l'espace. « Programmes de sensibilisation : Initiative pour les femmes et les filles ». http://women.nasa.gov/outreach-programs/. Consulté le 10 juin 2016.