L'ADN : une double hélice porteuse d'information

L’ADN, acide désoxyribonucléique, est constitué de chaînes de nucléotides. Dans le modèle présenté ici, chaque nucléotide comporte un sucre, le désoxyribose, un phosphate et l’une des quatre bases A, T, C ou G. Les bases sont l’adénine, la thymine, la cytosine et la guanine.

Un fragment double brin canonique associe deux chaînes complémentaires : A est apparié à T, C à G. Les deux brins sont antiparallèles. Pour écrire les bases « en face » sur une feuille, on conserve les positions du dessin ; si l’on choisit de réécrire chaque brin dans le même sens chimique, il faut aussi tenir compte de leurs orientations opposées.

La double hélice est un modèle structural. Les liaisons entre bases contribuent à sa stabilité ; les emboîtements d’un dessin sont des symboles, pas une démonstration complète des interactions moléculaires. Des mésappariements ou des modifications existent : les calculs de cette leçon supposent les paires canoniques et des fragments entièrement appariés.

La séquence est l’ordre des nucléotides. Un gène est une région dont l’expression contribue à un produit fonctionnel, ARN ou protéine selon le cas. Un caractère ne correspond pas obligatoirement à un seul gène ; plusieurs gènes et le milieu peuvent intervenir.

Les chromosomes eucaryotes associent de l’ADN et des protéines. Leur état de réplication détermine notamment s’ils comportent une ou deux chromatides ; dire simplement « un chromosome est toujours une molécule » manquerait cette distinction.

La composition indique combien de bases de chaque type sont présentes ; la séquence indique leur ordre. Deux fragments peuvent avoir la même composition et des séquences différentes. Une proportion de bases ne détermine donc pas, à elle seule, l’information du fragment.

Sur les deux brins d’un fragment canonique entièrement apparié, chaque A est associé à un T et chaque C à un G. Les effectifs totaux correspondants sont égaux. Sur un seul brin, ces égalités ne sont pas imposées.

L’organisation chimique commune de l’ADN rend possibles des transferts de séquences entre organismes. Cela ne garantit pas l’expression de n’importe quelle séquence dans n’importe quelle cellule : les signaux de régulation et les mécanismes du receveur comptent. La présence d’ADN transféré et la production d’une protéine sont deux résultats à distinguer.

Les quantités d’ADN dépendent de l’organisme, du type cellulaire et du moment du cycle. Les repères souvent donnés pour un noyau humain diploïde avant réplication ne valent pas pour les gamètes, les cellules sans noyau ou un noyau après réplication. L’ADN des mitochondries constitue encore une autre composante.

La séquence d’une région ne résume pas tout le fonctionnement cellulaire. Les conditions d’expression et les interactions entre molécules interviennent. La structure porte une information, sans imposer une correspondance simple entre longueur d’ADN et complexité d’un organisme.

On donne deux séquences fictives de brins supérieurs, écrites dans le même sens de lecture. Chaque fragment est entièrement apparié par les paires canoniques avec son brin opposé.

• F : A–T–G–C–C–T–A, soit 7 positions.
• G : G–G–G–T–A, soit 5 positions.

1. Compter sur F seulement. Le brin supérieur contient 2 A, 2 T, 2 C et 1 G. Le brin en face apporte 2 T, 2 A, 2 G et 1 C. Les deux brins réunis contiennent donc 4 A, 4 T, 3 C et 3 G : 14 nucléotides pour 7 paires.

2. Compter sur G. Le brin supérieur contient 1 A, 1 T et 3 G ; le brin opposé apporte 1 T, 1 A et 3 C. Le fragment total contient 2 A, 2 T, 3 C et 3 G : 10 nucléotides pour 5 paires.

3. Juxtaposer F puis G. Le fragment résultant comporte 12 paires, donc 24 nucléotides. Les effectifs sont 6 A, 6 T, 6 C et 6 G. La part des paires C–G vaut $6/12=50\,\%$.

4. Inverser l’ordre des deux blocs donne-t-il la même séquence ? G puis F conserve les mêmes effectifs mais change ici l’ordre des bases. La composition identique ne prouve pas une séquence identique.

5. Les effectifs prouvent-ils une fonction précise ? Non. Le dossier ne donne pas de produit exprimé ni de fonction. Un dénombrement correct n’identifie pas un caractère.

Le panneau déroulé représente deux squelettes sucre-phosphate et des paires de bases. Les formes et lettres codent l’appariement canonique ; elles ne modélisent pas à elles seules toute la chimie ni les mésappariements possibles.

Le panneau hélicoïdal propose une vue simplifiée de la même organisation. La cote de diamètre est un ordre de grandeur du modèle de double hélice présenté ; la torsion graphique ne suffit pas à mesurer une longueur réelle de séquence.

Le bandeau permet de reconstituer les bases situées en face. Les brins sont antiparallèles : cette lecture positionnelle ne doit pas être confondue avec la convention qui écrit chaque séquence dans le sens 5′ vers 3′. Les positions correspondantes doivent être précisées avant de comparer deux chaînes de lettres.

Le cartouche « complémentaires » décrit la relation d’appariement. Il ne suffit pas à conclure que deux séquences écrites dans une convention quelconque sont nécessairement différentes ; certaines séquences présentent des symétries.