1. Structure de l ADN (1)

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Structure et composition chimique de l’ADN
1. Structure de l’ADN en double hélice
L’ADN ou acide désoxyribonucléique est le support de l’information génétique,
nécessaire au développement et au fonctionnement d’un organisme vivant.
Une molécule d’ADN est formée de deux chaînes nucléotidiques, complémentaires
et antiparallèles, enroulées l’une autour de l’autre formant ainsi une double hélice (Figure
1). Chacune se ces chaînes est constitué d’une succession de nucléotides. Chaque nucléotide
est constitué d’un pentose (sucre formé de cinq atomes de carbone), d’un groupement
phosphate et d’une base azotée. Les bases azotées des deux chaînes sont orientées vers
l’intérieur de la double hélice et elles sont distantes l’une de l’autre de 3,4 Å (0,34 nm). Un
tour complet d’hélice fait 34 Å (3,4 nm) et il est constitué de dix paires de bases. Le diamètre
de la double hélice est de 20 Å (2 nm). Les grands sillons et les petits sillons permettent à la
molécule d’ADN d’interagir avec les protéines.
Figure 1 : Schématisation de la molécule d’ADN selon le modèle de la double hélice proposé
par Watson et Crick en 1953.
2. Composition chimique de l’ADN
2.1. Le sucre
L’acide ribonucléique (ARN) contient du ribose alors que l’ADN contient du
désoxyribose. Chaque atome de carbone est défini par un nombre « prime ». Le désoxyribose
possède un atome d’hydrogène à la position C-2’ alors que le ribose possède un groupement
hydroxyle (Figure 2). L’atome C-1’ du sucre est impliqué dans la liaison avec chimique avec
la base azotée. L’atome C-5’ est impliqué dans la liaison avec le groupement phosphate.
Figure 2 : Structure du ribose et du 2’-désoxyribose qui constituent respectivement l’ARN et l’ADN.
Ribose
(β-D-Ribofuranose)
Désoxyribose
(β-D-2’-désoxyribofuranose)
Liaisons
hydrogène
Base
Squelette
phosphodiester
3’
3’
5’
5’
Grand sillon
Petit sillon
Un tour d’hélice (10 pb = 34 Å)
20 Å

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2.2. Les bases azotées
Les bases azotées dérivées de la purine sont appelées bases puriques et celles
dérivées de la pyrimidine sont appelées bases pyrimidiques. Chaque atome du cycle des
purines ou des pyrimidines est désigné par un nombre (Figure 3).
Figure 3 : Structure des bases azotées qui constituent l’ADN et l’ARN.
L’appariement des bases azotées se fait par le biais de liaisons hydrogène de cela de
manière spécifique (par complémentarité) entre les bases A et T (trois liaisons hydrogène)
et entre les bases C et G (trois liaisons hydrogène) (Figure 4 et Figure 5).
Figure 4 : Appariement des bases azotées (les liaisons hydrogène sont représentées par des
pointillés.
Adénine
Thymine
Guanine
Cytosine

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Figure 5 : Schéma détaillé de la double hélice d’ADN déroulée pour montrer le squelette
phosphodiester st l’appariement des bases azotées (liaisons hydrogène).
La structure et la composition en bases azotées d’une molécule d’ADN double-brin sont
définies comme suit :
- La quantité d’adénine est proportionnelle à la quantité de thymine et la quantité de
guanine est proportionnelle à la quantité de cytosine (A=T et G=C).
- La somme des bases puriques (A+G) est égale à la somme des bases pyrimidiques
(T+C). Le rapport de Chargaff (somme des bases puriques/somme des bases
pyrimidiques ou A+G / T+C) est donc égal ou à peu près égal à 1.
- Le pourcentage de (G+C) n’est pas nécessairement égal à celui de (A+T). Le rapport
(A+T)/(C+G) est propre à chaque espèce et il permet de déterminer la
composition en bases d’une espèce. En effet, si ce rapport est supérieur à 1, l’ADN
de l’espèce étudiée sera riche en A/T et inversement si ce rapport est supérieur à 1,
l’ADN de l’espèce étudiée sera riche en G/C.
2.3. Le groupement phosphate
Un nucléoside est formé d’un sucre (ribose ou désoxyribose) plus une base azotée
(base purique ou pyrimidique). Si un acide phosphorique est lié au nucléoside, celui-ci devient
un nucléotide (Figure 6).
Squelette
phosphodiester
Extrémité 3’
Extrémité 3’
Extrémité 5’
Extrémité 5’
Adénine
Thymine
Guanine
Cytosine

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Acide
Phosphorique
Nucléoside
Nucléotide
Figure 6 : Structure d’un nucléoside et d’un nucléotide.
Les nucléosides sont appelés du nom de la base (Adénosine, Guanosine, Cytidine,
Thymidine, Uridine). Les nucléotides sont appelés nucléotides monophosphate (NMP),
nucléotides diphosphate (NDP) ou nucléotides triphosphate (NTP) (Figure 7).
Figure 7 : Structure de base d’un désoxynucléotide diphosphate et d’un désoxynucléotide
triphosphate.
Remarque : La forme triphosphate d’un nucléotide est importante car elle sert de
précurseur à la synthèse d’acide nucléique dans la cellule. De plus l’adénosine triphosphate
(ATP) et la guanosine triphosphate (GTP) jouent un rôle important dans la bioénergétique de
la cellule car l’élimination du groupe phosphate terminal produit une grande quantité
d’énergie. En effet, les hydrolyses de l’ATP et du GTP en ADP et GDP et phosphate
inorganique Pi libèrent une grande quantité d’énergie dans la cellule.
Chaque nucléotide possède une extrémité 5’phosphate et une extrémité
3’hydroxyle. La liaison entre deux nucléotides successifs est appelée liaison phosphodiester
(Figure 8). La liaison entre deux nucléotides produit un dinucléotide et celle entre trois
nucléotides produit un trinucléotide et ainsi de suite. Les chaînes courtes, constituées
d’environ 20 nucléotides sont appelées oligonucléotides. Les chaînes plus longues sont
appelées polynucléotides.
Lors de la polymérisation de l’ADN, l’extrémité 3’hydroxyle est indispensable à la
formation de la liaison phosphodiester. L’utilisation de 2’-3’di-désoxynucléotides
triphosphates synthétiques (ddNTP) provoque l’arrêt de la polymérisation (c’est le principe
du séquençage de la méthode enzymatique de Sanger) (Figure 9).
Désoxyadénosine triphosphate (dATP)
Désoxyadénosine diphosphate

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Figure 8 : Formation de la liaison phosphodiester avec élimination d’un pyrophosphate.
Figure 9 : Arrêt de la polymérisation par l’utilisation d’un didésoxynucléotide triphosphate
Désoxynucléotide triphosphate
(dNTP)
Désoxynucléotide triphosphate
(dNTP)
Didésoxynucléotide triphosphate
(ddNTP)