Introduction
La structure de l'ADN est l'une des découvertes scientifiques les plus fondamentales du XXe siècle. Elle a fourni la clé pour comprendre comment les organismes vivants héritent, stockent et utilisent les instructions nécessaires à leur développement et à leur fonctionnement. Avant 1953, on savait que l'ADN était le support de l'hérédité, mais son architecture précise, qui permettait d'expliquer ses propriétés, restait un mystère.
Description
L'ADN est une macromolécule en forme de double hélice, décrite par le modèle de Watson et Crick. Il est composé de deux brins antiparallèles qui s'enroulent l'un autour de l'autre autour d'un axe commun. Chaque brin est un polymère, ou chaîne, constitué d'une succession de nucléotides. Un nucléotide est formé de trois parties : un groupe phosphate, un sucre (le désoxyribose) et une base azotée. Il existe quatre bases différentes : l'adénine (A), la thymine (T), la cytosine (C) et la guanine (G). Les deux brins sont maintenus ensemble par des liaisons hydrogène entre les bases, selon une règle d'appariement stricte et complémentaire : l'adénine s'apparie toujours avec la thymine (A-T), et la cytosine avec la guanine (C-G). Cette complémentarité est cruciale car elle explique comment l'ADN peut se répliquer fidèlement : les deux brins se séparent, et chacun sert de modèle pour la synthèse d'un nouveau brin complémentaire. La séquence linéaire de ces bases le long d'un brin constitue le code génétique, une langue en quatre lettres qui contient toutes les instructions pour construire et faire fonctionner un organisme.
Histoire
Le chemin vers la découverte fut collaboratif et compétitif. Dans les années 1940, les expériences d'Avery, MacLeod et McCarty avaient établi que l'ADN, et non les protéines, était le matériel génétique. En 1952, les travaux d'Alfred Hershey et Martha Chase le confirmèrent. La course pour élucider la structure était lancée. Plusieurs équipes y travaillaient, dont celle de Linus Pauling (qui proposa un modèle incorrect à triple hélice) et celle du King's College de Londres dirigée par Maurice Wilkins et Rosalind Franklin. Franklin, experte en cristallographie aux rayons X, produisit des clichés d'une qualité exceptionnelle, notamment la célèbre photographie 51, qui révélait sans équivoque une structure hélicoïdale. Sans son autorisation, Wilkins montra cette image à James Watson. Ces données, combinées aux règles de Chargaff (qui montraient que la quantité de A égale celle de T, et de C égale celle de G dans tout échantillon d'ADN), furent décisives. En février 1953, Watson et Crick, à l'Université de Cambridge, construisirent un modèle moléculaire en métal qui satisfaisait toutes les données connues. Leur article historique, "Molecular Structure of Nucleic Acids: A Structure for Deoxyribose Nucleic Acid", fut publié dans la revue Nature le 25 avril 1953. Rosalind Franklin, dont les contributions furent initialement minimisées, mourut en 1958. Watson, Crick et Wilkins reçurent le prix Nobel de physiologie ou médecine en 1962.
Caracteristiques
La structure présente plusieurs caractéristiques clés : 1) La double hélice est droite et régulière, avec un diamètre constant d'environ 2 nanomètres. 2) Les brins sont antiparallèles : l'un va dans le sens 5'->3', l'autre dans le sens 3'->5'. 3) Les bases sont à l'intérieur de l'hélice, empilées les unes sur les autres (empilement de bases), ce qui stabilise la structure par des interactions hydrophobes. Les groupements phosphate et sucre forment le squelette externe, hydrophile. 4) L'hélice fait un tour complet tous les 10 paires de bases, sur une longueur d'environ 3,4 nanomètres. 5) La complémentarité des bases (A-T, C-G) est le principe fondateur de la réplication et de la transcription. 6) La molécule possède des sillons (majeur et mineur) qui sont des sites de reconnaissance importants pour les protéines qui se lient à l'ADN.
Importance
L'impact de cette découverte est immense et multiforme. Elle a établi les bases physico-chimiques de l'hérédité, unifiant la biologie et la chimie. Elle a lancé l'ère de la biologie moléculaire. La compréhension de la réplication a expliqué la division cellulaire. Le déchiffrage du code génétique (comment une séquence d'ADN code pour une séquence de protéines) a suivi peu après. Sur le plan médical, elle a permis de comprendre les maladies génétiques au niveau moléculaire, de développer des tests diagnostiques, la thérapie génique et des médicaments ciblés. En biotechnologie, elle a conduit au génie génétique, au clonage, à la production d'insuline humaine par des bactéries et aux organismes génétiquement modifiés. Le Projet Génome Humain, achevé en 2003, est un descendant direct de cette découverte. Elle a également des implications en criminologie (empreintes génétiques), en anthropologie et en biologie évolutive. Enfin, elle a profondément changé notre vision du vivant et de notre propre identité.
