chapitre 5 Structure et fonction des molécules organiques complexes 97
se composent de deux chaînes de nucléotides, ou « brins »,
enroulées en spirale autour d’un axe imaginaire de façon à former une double hélice (figure 5.27a). Les deux chaînes hélicoïdales s’enroulent dans des directions opposées 5’ → 3’ ; on
qualifie cet arrangement d’antiparallèle, un peu comme une
route à chaussées séparées. Les deux squelettes désoxyribosephosphate se trouvent sur les bordures extérieures de l’hélice, alors que les bases azotées s’apparient à l’intérieur de
l’hélice. Les deux brins demeurent attachés ensemble grâce
aux liaisons hydrogène qui unissent les bases azotées appariées (deux ou trois liaisons, selon les bases azotées) (voir la
figure 5.27a). La majorité des molécules d’ADN sont très
longues ; elles possèdent des milliers, voire des millions, de
paires de bases reliant les deux chaînes. Une double hélice
d’ADN compte un grand nombre de gènes, dont chacun
occupe un segment particulier de la molécule.
Dans la double hélice, chacune des bases azotées a un
complément exclusif, une purine étant toujours unie à une
pyrimidine : l’adénine (A) forme toujours une paire avec la
thymine (T), et la guanine (G), avec la cytosine (C). Ainsi,
quand nous lisons la séquence des bases d’un brin de la double
hélice, nous pouvons déduire la séquence des bases de l’autre
brin. Par exemple, si un bout de brin possède la séquence
de bases 5’-AGGTCCG-3’, la règle d’appariement des bases
nous dit que le bout de brin opposé doit avoir la séquence
3’-TCCAGGC-5’. Les deux brins de la double hélice sont complémentaires, chacun représentant la contrepartie prévisible
de l’autre. Par ailleurs, la complémentarité des deux brins de
l’ADN permet de produire deux copies identiques de chaque
molécule d’ADN dans une cellule qui s’apprête à se diviser.
Au moment de la division, les copies sont distribuées dans les
cellules filles, les rendant génétiquement identiques à la cellule mère. Ainsi, la structure de l’ADN explique sa fonction
de transmission de l’information génétique quand une cellule
se reproduit : il s’agit d’un autre exemple de la corrélation
entre la structure et la fonction à l’échelle moléculaire.
L’appariement de bases complémentaires peut également
se produire entre des parties de deux molécules d’ARN ou
même entre deux segments de nucléotides dans la même
molécule d’ARN. En fait, l’appariement des bases dans une
molécule d’ARN lui permet d’adopter la forme tridimensionnelle particulière nécessaire à sa fonction. Examinons, par
exemple, le type d’ARN appelé ARN de transfert (ARNt), qui
achemine les acides aminés au ribosome durant la synthèse
d’un polypeptide. Une molécule d’ARNt a une longueur d’environ 80 nucléotides. Sa forme fonctionnelle résulte de l’appariement de bases entre des nucléotides où les segments
complémentaires de la molécule sont disposés de façon antiparallèle l’un par rapport à l’autre (figure 5.27b).
Notez que dans l’ARN l’adénine (A) forme une paire avec
l’uracile (U) ; la thymine (T) n’est pas présente dans l’ARN. Il
existe une autre différence entre l’ADN et l’ARN : l’ADN se
trouve presque toujours sous forme de double hélice alors que
les molécules d’ARN prennent diverses formes. Cette diversité est due au fait que l’étendue et l’endroit de l’appariement
des bases complémentaires dans une molécule d’ARN varient
selon les types d’ARN, comme vous le verrez au chapitre 17.
L’aDn et les protéines : reflets de l’évolution
évolutIon
Nous sommes habitués à considérer les caractères communs, par exemple les poils et la production de lait
chez les Mammifères, comme une preuve de l’existence d’ancêtres communs. Étant donné que nous comprenons maintenant que l’ADN transmet les informations héréditaires sous
la forme de gènes, nous pouvons considérer que les gènes
(ADN) et leurs produits (protéines) nous documentent sur le
bagage héréditaire d’un organisme. Les séquences linéaires de
nucléotides dans les molécules d’ADN se transmettent des
parents à leurs descendants, et l’ADN détermine les séquences
d’acides aminés des protéines. L’ADN et les protéines des
enfants issus des mêmes parents se ressemblent davantage
que ceux des individus sans lien de parenté. Si la notion évolutionniste de la vie est valide, on devrait pouvoir appliquer ce
concept de « généalogie moléculaire » aux relations qui existent
entre les espèces. Donc, si deux espèces semblent apparentées
G
(a) ADN
(b) ARN de transfert
A
T
C
G
C
T
C
G
T
A
U
A
A
Squelettes
désoxyribose-phosphate
Liaison hydrogène
entre bases azotées
complémentaires
Liaison hydrogène
entre bases azotées
complémentaires
Liaisons hydrogène
G
G
C
C
c Figure 5.27 La structure des molécules
d’ADN et d’ARNt. (a) La molécule d’ADN est
généralement une double hélice. Les squelettes
désoxyribose-phosphate des brins antiparallèles
du polynucléotide forment les bordures extérieures de la double hélice (les parties en bleu).
Les paires de bases azotées se trouvent à
l’intérieur de celle-ci. Elles maintiennent les
deux brins ensemble par des liaisons hydrogène.
Comme on le voit dans la figure, l’adénine (A)
s’apparie seulement avec la thymine (T), et la
guanine (G), avec la cytosine (C). Chaque brin
d’ADN illustré ici est l’équivalent structural
du polynucléotide dessiné à la figure 5.26a.
(b) L’appariement de bases complémentaires
de régions antiparallèles confère à la molécule
d’ARNt une structure qui ressemble vaguement
à un L. Dans l’ARN, A forme des paires avec U.
se composent de deux chaînes de nucléotides, ou « brins »,
enroulées en spirale autour d’un axe imaginaire de façon à former une double hélice (figure 5.27a). Les deux chaînes hélicoïdales s’enroulent dans des directions opposées 5’ → 3’ ; on
qualifie cet arrangement d’antiparallèle, un peu comme une
route à chaussées séparées. Les deux squelettes désoxyribosephosphate se trouvent sur les bordures extérieures de l’hélice, alors que les bases azotées s’apparient à l’intérieur de
l’hélice. Les deux brins demeurent attachés ensemble grâce
aux liaisons hydrogène qui unissent les bases azotées appariées (deux ou trois liaisons, selon les bases azotées) (voir la
figure 5.27a). La majorité des molécules d’ADN sont très
longues ; elles possèdent des milliers, voire des millions, de
paires de bases reliant les deux chaînes. Une double hélice
d’ADN compte un grand nombre de gènes, dont chacun
occupe un segment particulier de la molécule.
Dans la double hélice, chacune des bases azotées a un
complément exclusif, une purine étant toujours unie à une
pyrimidine : l’adénine (A) forme toujours une paire avec la
thymine (T), et la guanine (G), avec la cytosine (C). Ainsi,
quand nous lisons la séquence des bases d’un brin de la double
hélice, nous pouvons déduire la séquence des bases de l’autre
brin. Par exemple, si un bout de brin possède la séquence
de bases 5’-AGGTCCG-3’, la règle d’appariement des bases
nous dit que le bout de brin opposé doit avoir la séquence
3’-TCCAGGC-5’. Les deux brins de la double hélice sont complémentaires, chacun représentant la contrepartie prévisible
de l’autre. Par ailleurs, la complémentarité des deux brins de
l’ADN permet de produire deux copies identiques de chaque
molécule d’ADN dans une cellule qui s’apprête à se diviser.
Au moment de la division, les copies sont distribuées dans les
cellules filles, les rendant génétiquement identiques à la cellule mère. Ainsi, la structure de l’ADN explique sa fonction
de transmission de l’information génétique quand une cellule
se reproduit : il s’agit d’un autre exemple de la corrélation
entre la structure et la fonction à l’échelle moléculaire.
L’appariement de bases complémentaires peut également
se produire entre des parties de deux molécules d’ARN ou
même entre deux segments de nucléotides dans la même
molécule d’ARN. En fait, l’appariement des bases dans une
molécule d’ARN lui permet d’adopter la forme tridimensionnelle particulière nécessaire à sa fonction. Examinons, par
exemple, le type d’ARN appelé ARN de transfert (ARNt), qui
achemine les acides aminés au ribosome durant la synthèse
d’un polypeptide. Une molécule d’ARNt a une longueur d’environ 80 nucléotides. Sa forme fonctionnelle résulte de l’appariement de bases entre des nucléotides où les segments
complémentaires de la molécule sont disposés de façon antiparallèle l’un par rapport à l’autre (figure 5.27b).
Notez que dans l’ARN l’adénine (A) forme une paire avec
l’uracile (U) ; la thymine (T) n’est pas présente dans l’ARN. Il
existe une autre différence entre l’ADN et l’ARN : l’ADN se
trouve presque toujours sous forme de double hélice alors que
les molécules d’ARN prennent diverses formes. Cette diversité est due au fait que l’étendue et l’endroit de l’appariement
des bases complémentaires dans une molécule d’ARN varient
selon les types d’ARN, comme vous le verrez au chapitre 17.
L’aDn et les protéines : reflets de l’évolution
évolutIon
Nous sommes habitués à considérer les caractères communs, par exemple les poils et la production de lait
chez les Mammifères, comme une preuve de l’existence d’ancêtres communs. Étant donné que nous comprenons maintenant que l’ADN transmet les informations héréditaires sous
la forme de gènes, nous pouvons considérer que les gènes
(ADN) et leurs produits (protéines) nous documentent sur le
bagage héréditaire d’un organisme. Les séquences linéaires de
nucléotides dans les molécules d’ADN se transmettent des
parents à leurs descendants, et l’ADN détermine les séquences
d’acides aminés des protéines. L’ADN et les protéines des
enfants issus des mêmes parents se ressemblent davantage
que ceux des individus sans lien de parenté. Si la notion évolutionniste de la vie est valide, on devrait pouvoir appliquer ce
concept de « généalogie moléculaire » aux relations qui existent
entre les espèces. Donc, si deux espèces semblent apparentées
G
(a) ADN
(b) ARN de transfert
A
T
C
G
C
T
C
G
T
A
U
A
A
Squelettes
désoxyribose-phosphate
Liaison hydrogène
entre bases azotées
complémentaires
Liaison hydrogène
entre bases azotées
complémentaires
Liaisons hydrogène
G
G
C
C
c Figure 5.27 La structure des molécules
d’ADN et d’ARNt. (a) La molécule d’ADN est
généralement une double hélice. Les squelettes
désoxyribose-phosphate des brins antiparallèles
du polynucléotide forment les bordures extérieures de la double hélice (les parties en bleu).
Les paires de bases azotées se trouvent à
l’intérieur de celle-ci. Elles maintiennent les
deux brins ensemble par des liaisons hydrogène.
Comme on le voit dans la figure, l’adénine (A)
s’apparie seulement avec la thymine (T), et la
guanine (G), avec la cytosine (C). Chaque brin
d’ADN illustré ici est l’équivalent structural
du polynucléotide dessiné à la figure 5.26a.
(b) L’appariement de bases complémentaires
de régions antiparallèles confère à la molécule
d’ARNt une structure qui ressemble vaguement
à un L. Dans l’ARN, A forme des paires avec U.