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ADN
structure double hélice ADN

L 'acide désoxyribonucléique ou désoxyribonucléique (acronyme ADN, Anglais acide désoxyribonucléique; moins fréquemment ADN, selon l'abréviation équivalent italien[1][2]) Il est l'acide nucléique contenant des informations génétique nécessaire biosynthèse de ARN et protéine, molécules essentielles pour le développement et le bon fonctionnement de la plupart organismes vivants.[3]

Du point de vue chimique, l'ADN est polymère organique constitué par monomères appelé nucléotides (Désoxyribonucléotides). Tous les nucléotides sont constitués de trois éléments de base: un groupe phosphate, la désoxyribose (sucre pentoses) Et base azotée qui se lie à la désoxyribose par N-glycoside liaison. Les bases azotées qui peuvent être utilisées dans la formation des nucleotides à incorporer dans la molécule d'ADN sont quatre: adénine, guanine, cytosine et thymine tandis que dans l'ARN, à la place de la thymine, est présent l 'uracile. L'ADN peut être plus correctement définie comme une double chaîne de polynucléotide (A, T, C, G), antiparallèle, orienté, complément, spiralizzata, informationnel.

L'ordre dans l'agencement séquentiel des nucleotides constituent l'information génétique, qui se traduit par la code génétique en les acides aminés correspondants. La séquence d'acides aminés produite, ledit polypeptide, forme la protéine. Le processus de traduction génétique (communément appelé la synthèse des protéines) Est possible seulement en présence d'une molécule intermédiaire de ARN, qui est généré pour complémentarité avec les quatre bases de nucléotides de l'ADN dans un processus connu sous le nom transcription. Ce processus génère non seulement des brins d'ARN destinés à la traduction, mais aussi des fragments déjà en mesure d'effectuer de nombreuses fonctions biologiques (par exemple dans le ribosomes, où l'ARN a une fonction structurelle). L'information génétique est dupliqué avant la division cellulaire, par un processus connu sous le nom réplication de l'ADN, ce qui empêche la perte d'informations dans le passage entre les différentes générations de cellules.

en eukaryotes, complexe d'ADN se situe dans la noyau dans des structures appelées chromosomes. Dans d'autres organismes, manque un noyau, il peut être organisé dans les chromosomes ou moins (chez les bactéries est présente une seule molécule d'ADN circulaire à double brin, alors que le virus peut avoir génomes à l'ADN ou à ARN). Dans les chromosomes, les protéines chromatine comment histones, la coesine et condensine, d'organiser l'ADN et l'envelopper dans des structures ordonnées. Ces structures guident les interactions entre le code génétique et les protéines responsables de la transcription, ce qui contribue au contrôle de la transcription génique.

histoire

L'ADN a été isolé à partir de biochimiquement suisse Friedrich Miescher, qui, en 1869, identifié une substance microscopique contenue dans pus des bandages chirurgicaux utilisés. Étant donné que cette molécule avait son emplacement dans noyau, il a appelé nuclein.[4] en 1919 Phoebus Levene identifier la structure du nucleotide, composé d'une base azotée, de sucre et de phosphate.[5] Levene a suggéré que l'ADN est composée d'un brin de nucléotides reliés entre eux par l'intermédiaire du phosphate. Mais il était convaincu que ce volet était court et que les bases ont été organisées dans un ordre précis répété. en 1937 William Astbury Il a présenté les premiers résultats de certaines études diffraction des rayons X, qui a montré que l'ADN a une structure extrêmement régulière[6]. en 1944 Erwin Schrödinger affirmé que, étant donné que, selon la physique quantique de quelques systèmes atomes ont un comportement désordonné, le matériel génétique doit être constitué d'une grande molécule non répétitive, suffisamment stable pour maintenir l'information génétique, appelé « cristal apériodique »[7].

en 1928 Frederick Griffith découvert que le caractères forme lisse ( "Smooth") de pneumocoque Ils pourraient être transférés à la forme rugueux ( « Brut »), mélange des restes de bactéries lisse avec des bactéries mortes rugueux vivant.[8] Ce système, tout en fournissant aucune preuve de ce qui était la substance qui a déterminé le changement, a montré que quelque chose pouvait transporter l'information génétique à partir des restes des bactéries mortes à vivre les. Il a ensuite parlé d'un Principe de transformation capable de modifier les bactéries vivantes. en 1943 Oswald Theodore Avery Il a démontré, dans un célèbre expérience avec Colin MacLeod et Maclyn McCarty, dont il est l'ADN Principe de transformation derrière ce phénomène.[9] Le rôle de l'ADN dans 'héritage Il a été essayé, enfin, en 1953 de Alfred Hershey et Martha Chase par un autre expérience classique, qui a montré que le matériel génétique de T2 phage Il est en fait l'ADN.[10]

ADN
ADN
James Watson (Gauche) et Francis Crick (À droite), qui a découvert la structure en double hélice de l'ADN.

1953 a aussi été l'année où, grâce à de nouvelles images de diffraction des rayons X[11] faite par Rosalind Franklin, Anglais chimie physique, James Watson et Francis Crick ils ont présenté[11], la revue nature, une qui a maintenant été établi comme étant le premier modèle précis de la structure de l'ADN,[12] ou le modèle double hélice. En tirant la maquette a été Odile Crick, peintre et épouse de Crick. Les données expérimentales soutenant le modèle Watson et Crick ont ​​été signalés dans une série de cinq articles publiés dans le même numéro de Nature.[13] Parmi ceux-ci l'article paru dans le Franklin et Raymond Gosling, qui contient les données de diffraction des rayons X, critiques pour soutenir le modèle.[14][15] Ce numéro contient également un article sur la structure de l'ADN par écrit Maurice Wilkins.[16] en 1962, après la mort de Rosalind Franklin (en raison d'un cancer causé probablement par de fortes doses de rayons X auxquels il a été exposé au cours de ses expériences), Watson, Crick et Wilkins ont reçu conjointement le Prix ​​Nobel de physiologie ou médecine.[17] Depuis la découverte du modèle reposait principalement sur les données de Rosalind Franklin, même aujourd'hui il y a des opinions très diverses au sein de la communauté scientifique sur qui devrait recevoir le prix.

Dans une présentation importante 1957, Crick a proposé la dogme central de la biologie moléculaire, la fixation de la relation entre l'ADN, l'ARN et les protéines.[18] La confirmation finale de la réplication sur la base du mécanisme de structure en double hélice a été prévu dans 1958 dall 'Meselson-Stahl.[19] Un travail ultérieur de Crick a montré comment le code génétique a été basée sur des triplets non-chevauchement des bases, ce qui permet Har Gobind Khorana, Robert Holley et Marshall Warren Nirenberg à déchiffrer.[20] Ces résultats sont à la base des modernes biologie moléculaire.

en 1961 Marshall Nirenberg et Severo Ochoa ils découvrent que chaque triplet nucléotides code pour un acide aminé spécifique.

composition

ADN
structure en double hélice de l'ADN. Ils ont mis en évidence les couplages entre les quatre bases azotées.

L'ADN est une longue polymère constitué d'unités répétitives de nucléotides.[21][22] La chaîne d'ADN est grande entre 22 et 26 ångström (De 02.02 à 02.06 nanomètres) Et chaque unité nucléotidique est longue de 3,3 Angstrom (0,33 nm).[23] Bien que chaque unité occupe un très petit espace, la longueur des polymères d'ADN peut être étonnamment élevé, puisque chaque filament peut contenir plusieurs millions de nucléotides. Par exemple, le plus grand chromosome L'homme ( chromosome 1) Contient près de 250 millions paires de bases.[24]

Dans les organismes vivants, l'ADN est presque jamais présente sous la forme d'un seul brin, mais comme une paire de filaments fermement associé à l'autre.[12][25] Ils sont étroitement liés entre eux pour former une structure définie double hélice. Chaque nucléotide est constitué d'une squelette latérale, qui permet à la de façon covalente avec des nucléotides adjacents, et une base azotée, qui établit des liaisons hydrogène la présente sur le brin opposé base azotée correspondante. Le composé est constitué d'une base azotée liée au sucre est défini nucléosidique; un nucleotides Il est à la place un nucléoside auquel ils sont liés un ou plusieurs groupes phosphate.[26]

La structure secondaire de l'ADN est composé de motifs répétitifs et en alternance des groupes phosphate et le 2-désoxyribose,[27] un sucre pentoses (Cinq atomes de carbone) Qui se lie au phosphate adjacent par obligations phosphodiester lors de la troisième et de cinquième carbone; dans la pratique, chaque molécule de phosphate forment un pont moléculaire en reliant, par des liaisons phosphodiester, le carbone en position 3 « d'une molécule de désoxyribose avec celle de la position 5 » du sucre suivant. La conséquence de ces liens asymétriques est que chaque brin d'ADN a un sens déterminé par la direction des liaisons phosphodiester. Les bases azotées, cependant, sont unis en position 1 « du sucre désoxyribose avec des liaisons N-glycosidiques. Dans une double hélice, le sens d'un filament est opposée à celle du brin complémentaire. Pour cette raison, les deux brins qui forment une double hélice sont appelés antiparallèle. Les extrémités asymétriques d'un brin d'ADN sont définies fin 5 ' (cinq premiers) et fin 3 ' (trois premiers). En effet, la principale différence entre l'ADN et l'ARN est le sucre pentose utilisé: l'ARN, en utilisant la ribose.[25]

La double hélice d'ADN est stabilisé par des liaisons hydrogène qui se développent entre les bases azotées sur les deux brins.[28] Les quatre bases sont présentes dans l'ADN sont le 'adénine (Abrégé par la lettre A), la cytosine (C), guanine (G) et thymine (T). Les quatre bases ont une structure hétérocyclique, mais l'adénine et la guanine sont, d'un point de vue structurel, les dérivés de purine, et donc, par exemple bases puriques, tandis que la cytosine et la thymine sont liés à pyrimidine et a donné les bases pyrimidiques.[25] Il y a une cinquième base de type pyrimidine, appelé uracile (U), mais il est généralement présent dans les chaînes d'ADN. L'uracile est également présent dans les brins d'ARN à la place de la thymine, dont il diffère par l'absence d'un un groupe méthyle. L'uracile est présent dans l'ADN uniquement en tant que produit de la dégradation de la cytosine. seulement en bactériophage PBS1 cette base peut être utilisée dans l'ADN.[29] Au contraire, il est beaucoup plus fréquent de localiser la thymine à l'intérieur des molécules d'ARN, en raison de la méthylation enzyme différent uracile. Cet événement se produit généralement au détriment de l'ARN avec une fonction structurelle ou enzymatique (ARNr et ARNt).[30]

La double hélice est une spirale à droite. Avec la vis sur eux-mêmes des deux filaments, ils restent exposés aux rainures entre les différents groupes de phosphate. la grand sillon a une largeur de 22 Å, tandis que le le petit sillon est de 12 Å de largeur.[31] Les différentes amplitudes des deux rainures se traduit concrètement dans une accessibilité différente des bases, selon qu'ils se trouvent dans la gorge majeure ou mineure. Les protéines qui se lient à l'ADN, tels que les facteurs de transcription, par conséquent, font généralement contact avec les bases présentes dans le grand sillon.[32][33]

Appariement de bases

ADN
ADN
Au-dessus, un appariement GC, caractérisé par trois des liaisons hydrogène. En bas, un appariement AT avec deux liaisons hydrogène.

Chaque type de base présente sur un brin forme une liaison avec la base sur le brin opposé. Cet événement est connu sous le nom appariement complémentaire. Les bases puriques forment des liaisons hydrogène avec des bases de pyrimidine: A peut se lier uniquement à T et G peut se lier seulement C. La combinaison des deux bases est communément appelé quelques pistes et est l'unité de mesure le plus couramment utilisé pour définir la longueur d'une molécule d'ADN. Étant donné que les liaisons hydrogène ne sont pas covalente, ils peuvent être brisés et assemblés de manière relativement simple, parce que ce sont des liaisons à haute énergie. Les deux filaments peuvent être écartés l'un de l'autre, comme cela est le cas pour un charnière, à la fois de haut températures que par une action mécanique (par exemple comme cela se produit au cours de la réplication de l'ADN).[34] De cette complémentarité Consequence est que toutes les informations contenues dans la double hélice peut être dupliqué à partir des deux brins, un événement fondamental pour une réplication d'ADN correcte.[21]

Les deux types de paires de bases forment un nombre différent de liaisons hydrogène: A et T forment deux, G et C trois. Pour cette raison, la stabilité de liaison GC est nettement supérieure à AT. En conséquence, la stabilité globale de la molécule d'ADN est directement corrélée à la fréquence de GC présents dans la même molécule, ainsi que la longueur de l'hélice: une molécule d'ADN est donc GC beaucoup plus stable et contient jusqu'à est longue.[35] Une autre conséquence de cet événement est le fait que les régions d'ADN qui doivent être facilement séparées contiennent une concentration élevée de A et T, comme cela se produit pour la boîte pribnow de promoteurs bactérienne, dont la séquence est en fait de TATAAT.[36]

Dans le laboratoire, la stabilité de l'interaction entre les filaments est mesurée par la température requise pour briser tout l'hydrogène, appelé liens température de fusion (ou Tm). Lorsque toutes les liaisons hydrogène sont rompues, les filaments individuels sont séparés et peuvent prendre des structures très diverses.[37]

La stabilisation de la double hélice, en tout cas, est non seulement due à des liaisons hydrogène, mais aussi à interactions hydrophobes et empilement pi.[38]

Sens et antisens

icône Loupe mgx2.svg Le même sujet en détail: Sense (biologie moléculaire).
ADN
Structure chimique de l'ADN. Les séquences peuvent être définies sens et non-sens.

un séquence d'ADN il est défini sens si sa séquence est la même que le rapport ARNm. La séquence sur le brin opposé est dit à la place anti-sens. depuis la ARN polymérase travaux produisant une copie complémentaire, le filament nécessaire à la transcription Il est l'anti-sens. Tant dans procaryotes et les eucaryotes, il se produit de nombreuses molécules d'ARN anti-sens à partir des séquences sens. La fonction de ces ARN non codant Il n'a pas encore été complètement élucidé.[39] On croit que l'ARN anti-sens peut jouer un rôle dans la régulation des 'l'expression du gène.[40]

Il y a certaines séquences d'ADN, aussi bien dans les procaryotes et les eucaryotes (mais surtout dans plasmides et virus) Dans lequel la différence entre les séquences sens et antisens est moins clair, étant donné que les séquences de certains gènes se chevauchent les uns les autres.[41] Dans ces cas, donc, certaines séquences jouent une double tâche: pour coder une protéine lue dans le sens 5 »3 « sur un brin; encoder une autre lors de la lecture de l'autre (toujours dans la direction 5 '3 « ). Chez les bactéries, ce chevauchement est souvent impliquée dans la régulation de la transcription des gènes,[42] tandis que dans le virus, le phénomène est dû à la nécessité de contenir dans une petite génome une grande quantité d'informations.[43] Une autre façon de réduire la taille du génome est identifié par d'autres virus, qui contiennent des molécules d'ADN simple brin linéaire ou circulaire.[44][45]

surenroulement

icône Loupe mgx2.svg Le même sujet en détail: surenroulement de l'ADN.

L'ADN peut être déformée comme dans le cas d'une corde à travers un processus défini surenroulement. Lorsque l'ADN est dans un état détendu, un filament le long d'un tour complet autour de l'axe tous les 10,4 paires de bases. Si l'ADN est déformée, le nombre de bases peut augmenter ou diminuer.[46] L'état de surenroulement est situé dans une molécule d'ADN est défini topologie. Si l'ADN est enroulé dans le sens de l'hélice, il est appelé surenroulement positif, avec des bases étroites entre eux d'une manière plus marquée. Dans le cas contraire, il est appelé surenroulement négatif. Dans la nature, la plupart des molécules d'ADN ont une légère surenroulement négatif, introduit par des enzymes définies topoisomérase.[47] Ces enzymes sont également nécessaires dans des processus tels que la réplication de l'ADN et la transcription, car ils sont en mesure de résoudre le stress topologique induite par les mêmes processus.[48]

structures alternatives double hélice

icône Loupe mgx2.svg Le même sujet en détail: conformations d'ADN.
ADN
Les structures d'ADN A, B et Z

L'ADN existe dans différents types de conformations. Ils sont désignés par A-ADN, ADN-B, l'ADN-C, D-ADN,[49] E-ADN,[50] H-ADN,[51] L-ADN,[49] P-DNA[52] et Z-ADN.[27][53] Dans tous les cas, seules les conformations A-ADN, ADN-B et Z-ADN ont été observées dans des systèmes biologiques naturels. La conformation de l'ADN peut dépendre de la séquence, à partir du surenroulement, par la présence de modifications chimiques des bases du solvant ou par des conditions telles que la concentration de ions métal.[54] Parmi ces conformations, la conformation B Il est le plus fréquent dans les conditions normales des cellules.[55] Les deux conformations alternatives sont différentes du point de vue de la géométrie et la taille.

la forme A large spirale est droitier (le petit sillon peu profond est large, mais, plus grande est plus étroite et profonde), avec un pas de 2,9 nm (environ 11pb), et un diamètre de 2,5 nm. Cette conformation est présent dans des conditions non physiologiques, lorsque l'ADN est déshydraté. Dans des conditions physiologiques, cette conformation caractérise eteroduplex L'ADN et l'ARN et le complexe formé par les associations ADN-protéine.[56][57]

la conformation Z Il est typique au lieu de séquences qui présentent des modifications chimiques telles que méthylation, et les traits de bases d'ADN riches C et G. assume une tendance vers la gauche, en direction opposée par rapport à la conformation B.[58] Il a une étape de 4,6 nm et un diamètre de 1,8 nm, la rainure principale la plus superficielle, et que plus petit plus près; Il doit son nom à la performance zig-zag qui le caractérise. Ces structures inhabituelles peuvent être reconnues par spécifiques Z-des protéines de liaison d'ADN, avec des conséquences importantes dans la régulation de la transcription, mais pas dans la nature des exemples ont été trouvés.[59]

structures alternative à la double hélice

icône Loupe mgx2.svg Le même sujet en détail: G-quadruplex et ADN triple brin.
ADN
La structure d'un quadruplex de répétitions ADN format télomères. La conformation du squelette latéral est largement différent de la structure hélicoïdale caractéristique. En vert, ils sont mis en évidence des ions de potassium qui stabilisent la structure.[60]

Les bornes des régions chromosomes Linéaire des séquences répétées sont appelées télomères. La fonction principale de ces régions est de permettre à la cellule de répliquer les extrémités des chromosomes qu'il n'y a pas de perte de l'information génétique, depuis le ADN polymérase impliqué dans la réplication de l'ADN ne sont pas en mesure de reproduire extrémités des chromosomes 3 ».[61] Si un télomères des chromosomes avaient pas, en fait, il devient un peu plus court à chaque réplication, avec le risque de perdre des séquences de codage. Grâce à un type particulier de l'ADN polymerase (dit télomérase), Cependant, les télomères maintiennent constamment leur longueur, protégeant ainsi la partie intérieure du chromosome. Dans les cellules humaines, les télomères sont composés de quelques milliers de répétitions d'une séquence simple, consistant en TTAGGG.[62]

Cette séquence riche en guanine peut stabiliser les extrémités des chromosomes formant des structures inhabituelles, composés d'unités de quatre bases azotées en place des deux canonique. Cela est dû à l'interaction entre les quatre guanine, qui forment une structure plane qui empile au-dessus des autres structures du même type, pour obtenir un filament stable défini G-quadruplex structure.[63] Ces structures sont stabilisées par la formation de liaisons hydrogène qui sont établies entre les bases de la partie supérieure et de la chélation avec un ion métallique, situé dans le centre de chacune des quatre unités de bases.[64]

En plus de ceux-ci, télomères génèrent également des structures circulaires, des appels télomères boucles ou T-boucles. Dans ce cas, les plis de l'ADN simple brin pour former de grandes circonférences, stabilisées par des protéines spécifiques qui se lient télomères.[65] A la fin de T-boucle, l'ADN simple brin en contact avec un double brin, qui ouvre et forme une structure en triple hélice. Ceci est appelé déplacement en boucle ou D-loop.[63] Sa structure a été comparé à une échelle très longue tordue sur elle-même et se compose de deux montants (filaments comprenant des molécules d'acide phosphorique et désoxyribose) et de nombreuses étapes (formé par quatre composés, lesdites bases azotées: adénine, guanine , la cytosine et thymine). Les nucléobases sont liées selon une règle précise: adénine se lie seulement avec la thymine. La guanine se lie exclusivement avec la cytosine. Il indique par conséquent que la bases azotées adenine-thymine et guanine-cytosine sont complémentaires.

L'ensemble de l'acide phosphorique + sucre désoxyribose + base azotée constitue l'unité de base de l'ADN: cet ensemble est dit nucleotides et il est répété dans chaque filament le long de toute sa longueur. Toute créature vivante a son propre ADN, qui contient toutes les informations génétiques nécessaires pour contrôler les activités de l'organisme. La structure particulière de l'ADN permet la duplication et le remplacement de toute pièce manquante parfaitement identique à l'original; cela se produit au cours interphase lorsque les chromosomes sont dispersés dans le noyau et ont la possibilité de reproduire.

La formation de protéines, appelée la synthèse des protéines ou de traduction, a lieu dans cytoplasme et il en résulte des phases bien définies: l'ADN dans le noyau agit comme un moule pour la formation de l'ARN messager, par un processus appelé transcription qui est similaire à celle du mécanisme de duplication. De cette manière, la séquence de nucleotides de l'ARNm est complémentaire de celle de l'ADN avec la base U à la place de la base T.

modifications chimiques

Modification des bases

icône Loupe mgx2.svg Le même sujet en détail: méthylation de l'ADN.
alt texte gauche
Centre alt texte
alt texte de droite
Structure de cytosine sans (à gauche) et avec (au centre), le groupe méthyle en position 5. En réponse à une désamination, la 5-méthylcytosine (centre) acquiert la même structure que la thymine (à droite).

L 'l'expression du gène d'un particulier lieu est influencée par la structure chromatine en prenant en même lieu. régions eterocromatiniche (Caractérisée par une expression faible ou nulle) sont largement méthylé sur cytosine. La méthylation de la cytosine, par exemple, est essentiel pour la 'X inactivation du chromosome.[66] Le niveau moyen de méthylation varie considérablement entre les différents organismes: Caenorhabditis elegans ne présente pas de méthylation de la cytosine, alors que la vertébrés montrer des niveaux plus élevés, avec environ 1% des génome contenant la 5-méthylcytosine.[67] Le 5-méthylcytosine, étant sensible à la désamination spontanée, a une base à laquelle l'incidence des mutations est très élevé.[68]

D'autres modifications des bases sont méthylation adénine (présent dans les bactéries) et glycosylation uracile qui produit ce que l'on appelle J fonde en kinétoplastides.[69][70]

Dommages à l'ADN

icône Loupe mgx2.svg Le même sujet en détail: mutation.
ADN
la benzopyrène Il est le plus Mutagène présents dans la fumée tabac. Dans cette image, il est représenté un produit d'addition à l'ADN générée à partir de la molécule.[71]

L'ADN peut être modifiée par l'action de nombreux agents, génériquement définis mutagènes; Il est important de noter, cependant, comme une mutation -ovverosia un changement rare, au hasard, qui modifie la séquence de bases azotate- est pas nécessairement un événement pernicieux, mais plutôt à la fois la base de l'évolution: mutation ci-dessus doit, cependant, être un espace dans le réseau cellulaire dense et Cybernétique dans l'environnement dans lequel ils vivent et travaillent l'organisme vivant en question; en cas de dépassement de ces points de restriction (ayant très sélectif quant à leur complexité inhérente, la grande majorité des mutations en fait se révèle être pas avantageux ou même neutre), il y aura un organisme enrichi par la mutation. Parmi les agents altérant comprennent, par exemple agents oxydants, agents alkylants et aussi radiation haute énergie, tels que Rayons X et UV. Le type de dommage causé à l'ADN dépend de la nature de l'agent: UV, par exemple, endommageant l'ADN générant la formation de dimères de thymine, composé de ponts aberrantes qui sont établies entre les bases pyrimidiques adjacentes.[72] les agents oxydants tels que les radicaux libres ou le peroxyde d'hydrogène, à la place, ils produisent plus de dégâts de type hétérogène, tels que des modifications de bases guanine (en particulier) ou des cassures double brin.[73] Selon plusieurs études, dans chaque cellule humaine au moins 500 bases par jour sont soumises à des dommages oxydatifs.[74][75] Parmi ces blessures, les plus dangereux sont des cassures double brin, car ces dommages sont les plus difficiles à réparer et constituent la principale source de mutations ponctuelles et frameshift accumulées sur des séquences génomiques, ainsi que translocations chromosome.[76]

De nombreux agents ont leur potentiel mutagène dans la capacité de intercalation entre deux nucléobases consécutives. Intercalants sont des molécules généralement planes et aromatique, comme 'éthidium, la daunomycine, la doxorubicin ou thalidomide. Parce qu'un intercalant peut être mis entre les deux bases, d'ouvrir et de perdre sa configuration standard, il est nécessaire que la double hélice. Ces changements structurels inhibent à la fois la réplication de l'ADN et la transcription augmente la possibilité d'apparition de mutations. Pour cette raison, les molécules d'intercalation sont considérés comme cancérigène, comme l'a démontré par de nombreuses études sur des molécules telles que benzopyrène, l 'acridine, l 'aflatoxine et le bromure d'éthidium.[77][78][79] Dans tous les cas, grâce à leur aptitude à inhiber la transcription et la replication, ces molécules sont également utilisées dans chimiothérapie pour inhiber la croissance rapide des cellules cancéreuses.[80]

ADN Disposition

en eukaryotes, L'ADN est habituellement présent dans chromosomes linéaire (en circulaire prokaryotes). La somme de tous les chromosomes d'une cellule est son génome; la génome humain a environ 3 milliards paires de bases contenue dans 46 chromosomes.[81]

L'arrangement final des chromosomes obéit à des règles hiérarchiques précises emballage. Dans les cellules fait, le double brin d'ADN ne peut pas être prêt au hasard, mais doivent suivre des règles précises de tri. Ces expédients se sont avérées nécessaires parce que la longueur des brins d'ADN est généralement très élevé et créerait de sérieux problèmes pour la cellule hôte. Par exemple, le chromosome de Escherichia coli, procaryote le plus étudié dans l'histoire de la Biomédecine, mesurant environ 1 mm. En seulement 2 cellules à long iM, comme E. coli, l'arrangement aléatoire d'un tel chromosome pourrait générer des problèmes. Si une molécule de cette longueur est devenu disponible par hasard, en fait, nous aurions besoin d'une grande cellule au moins 1000 fois plus. Les méthodes de emballage Ils sont différents entre les organismes prokaryotes et ceux eukaryotes.

Prokaryotes

icône Loupe mgx2.svg Le même sujet en détail: Prokaryotes.
ADN
ADN dans une cellule procaryote.

Dans la plupart des cellules bactériennes l'ADN est disposée sur un seul chromosome circulaire (et a, comme beaucoup d'autres bactéries, un seul origine de réplication), Comme prévu par la liaison de plusieurs expériences et, enfin, mis en évidence dans les cellules cultivées avec thymine marqués tritium.

Les mécanismes mis en place par la cellule procaryote pour réduire l'espace requis consistent d'abord en masquage les charges négatives de l'ADN par le biais de son association avec polyamines chargé positivement, tels que spermine et spermidine. En plus de ceux-ci, l'ADN procaryote prend également contact avec de nombreuses petites protéines, qui compacte la structure globale de l'ADN. Parmi eux, figure H-NS, un dimère avec des fonctions très similaires aux histones eucaryotes. Dans chacune des cellules de E. coli exister en moyenne 20000 molécules de H-NS, qui sont disposées à une certaine distance le long de l'ADN d'environ 400 pb.

L'ADN de E. coli est également très supercoiled. Ce phénomène contribue à la poursuite compaction de l'ADN, ce qui permet d'être facilement arrangé dans la cellule.

eucaryotes

icône Loupe mgx2.svg Le même sujet en détail: eucaryotes.
ADN
ADN dans une cellule eucaryote.

Chez les eucaryotes, l'emballage est réalisé par diverses astuces. L'ADN est associé à un grand nombre de protéines: la protéine de liaison à l'ADN entier est défini chromatine, dont la structure est largement conservée parmi tous les organismes eucaryotes.

Les protéines les plus abondantes chromatine sont les histones, une famille de polypeptides de base présent dans le noyau. Les principales protéines histones H1, H2A, H2B, H3 et H4. L'alcalinité des histones est dû à la grande quantité d'acides aminés chargés positivement (lysine et arginine), Capable d'établir des interactions électrostatiques avec les groupes phosphate de l'ADN. Les histones sont également fortement modifiées, juste sur les résidus de charges, modifications post-traductionnelles, y compris l'ajout de acétyle, de phosphates et méthyle, qui neutralisent la charge positive ou le rendre négatif.

Les séquences d'acides aminés de quatre des cinq histones H2A (, H2B, H3 et H4) sont hautement conservés, même entre des espèces différentes. La séquence de H1 présente au lieu de plus grandes variations le long de l'évolution: dans certains organismes, H1 est même pas présente dans tous les tissus (par exemple dans erythrocytes de oiseaux H1 est remplacé par un sixième histone, appelé H5). La présence de différents H1, en tout cas, ne modifie pas sensiblement la structure globale dispositif histone (défini nucléosome), Qui reste l'architecture largement préservée dans presque tous les eucaryotes.

fonctions biologiques

Dans le génome, les informations sont stockées dans les séquences d'ADN d'appels gènes. La transmission de l'information contenue dans les gènes est garantie par la présence de séquences de nucléobases complémentaires. En fait, au cours de la transcription, l'information peut être facilement copié dans un brin complémentaire de l'ARN. Habituellement, une telle copie d'ARN est utilisée pour synthétiser une protéine, par un processus défini traduction (Ou la synthèse des protéines). Alternativement, une cellule peut simplement dupliquer l'information génétique par un processus défini réplication de l'ADN.

Structure du génome

icône Loupe mgx2.svg Le même sujet en détail: noyau cellulaire, chromatine, chromosome, gène et ADN non codant.

Dans les organismes eucaryotes, l'ADN génomique est localisée à l'intérieur du noyau cellulaire, ainsi que dans de petites quantités dans mitochondries et chloroplastes. Chez les procaryotes, l'ADN est plutôt enfermé dans un organite irrégulier, membrane libre, contenue dans le cytoplasme, appelé nucleoid.[82] L'information est contenue dans les gènes, les unités héréditaire peut affecter la phénotype corps. Chaque gène contient une phase ouverte de lecture (Région capable d'être transcrit en ARN) et une région régulatrice, comprend à la fois un organisateur que exhausteurs.

dans de nombreux espèce, seule une petite fraction de la séquence totale d'un génome peut être transcrit et traduit. Par exemple, seulement 1,5% du génome humain est constitué de exons codant pour une protéine, alors que plus de 50% se compose de séquences répétées de ADN non codant.[83] La raison pour laquelle il y a une grande quantité d'ADN non codant est pas encore tout à fait claire et a été défini comme énigme de la valeur c.[84] Dans tous les cas, les séquences d'ADN qui ne codent pas une protéine peuvent être transcrites dans ARN non codant, impliqué dans la régulation des 'l'expression du gène.[85]

ADN
un ARN polymérase T7 (Bleu) tout en produisant une molécule d'ARNm (vert) à partir d'un modèle d'ADN (orange).[86]

Certaines séquences non codantes jouent un rôle structurel de chromosomes. les régions télomérique et centromère en général, ils contiennent très peu de gènes, mais ils sont nécessaires pour la fonction et la stabilité des chromosomes.[87] Chez l'homme, de grandes quantités d'ADN non codant se trouvent dans pseudogenes, copies de gènes rendus inactifs par la présence d'une mutation.[88] Ces séquences sont considérées comme fossile moléculaire, bien qu'il y ait des preuves à l'effet que l'on peut supposer qu'ils sont une sorte de matière première nécessaires à la création de nouveaux gènes dans le processus de duplication génique et évolution divergente.[89]

La transcription et la traduction

icône Loupe mgx2.svg Le même sujet en détail: code génétique, Transcription (biologie) et la synthèse des protéines.

Un gène est une séquence d'ADN qui contient des informations qui peuvent affecter les caractéristiques de phénotype corps. A l'intérieur d'un gène, la séquence de bases de l'ADN est utilisé comme matrice pour la synthèse d'une molécule d'ARN qui, dans la plupart des cas, il se traduit par une molécule peptidique.

Le mécanisme par lequel la séquence nucléotidique d'un gène est copié dans un brin d'ARN est dit transcription et elle a lieu au moyen de l'enzyme ARN polymérase. Le brin d'ARN peut subir différents sorts: des molécules d'ARN ont, en effet, des caractéristiques structurelles (tels que ceux trouvés dans le ribosome) Ou catalytique (molécules appelées ribozymes); l'ARN le plus connu, mais ils subissent un processus de maturation pour produire l'ARNm, les molécules destinées à être traduites en protéines.

Le procédé de la traduction Il se produit dans le cytoplasme, où les ARNm sont associés à des ribosomes, et est médié par code génétique. Le ribosome permet la lecture séquentielle des codons d'ARNm, ce qui facilite la reconnaissance et l'interaction avec spécifique ARNt, des molécules qui portent les acides aminés correspondant à chaque codon unique.

Le code génétique

Le code génétique est constitué de paroles trois lettres appelées codons, constitué par la séquence de trois nucleotides (par exemple, ACU, CAG, UUU), dont chacun est associé à un acide aminé particulier. Par exemple thymine répété dans une série de trois (UUU) code pour la phénylalanine. En utilisant des groupes de trois lettres peuvent avoir jusqu'à 64 combinaisons différentes (), Capable d'encoder vingt acides aminés différents existants. Comme il y a 64 triplets possibles et seulement 20 acides aminés, les code génétique il est dit redondant (ou dégénéré): En fait, certains acides aminés peuvent être codés par plusieurs triplets différents. Il est plutôt l'inverse: pour chaque triplet correspondent à un seul acide aminé (sans la possibilité d'ambiguïté). Enfin, il y a trois triplés qui ne codent pas un acide aminé, mais représentent codons arrêt (ou non-sens) Ou indiquer le moment où, dans le gène, mettant fin à la séquence qui code pour la protéine correspondant: ceux-ci se composent de codons UAA, UGA et UAG.

réplication

icône Loupe mgx2.svg Le même sujet en détail: réplication de l'ADN.
ADN
La réplication de l'ADN: la double hélice est ouverte de hélicase et de topoisomérase; plus tard, un ADN polymérase génère un brin complémentaire sur rapide brin; un autre alliage de polymerase d'ADN au lieu de la filament lent, générer des segments discontinus (appelée fragments d'Okazaki) Ce qu'ils seront rejoints par un ADN ligase.

La division cellulaire nécessaire à un organisme de se développer, nécessite une duplication de l'ADN de la cellule, de sorte que les cellules filles auront la même information génétique de la cellule mère. La structure en double hélice de l'ADN permet un mécanisme extrêmement simple pour la réplication de l'ADN. Les deux brins, en fait, sont séparés et chacun d'eux est créé par un brin complémentaire, le travail d'une enzyme appelée ADN polymérase. Avec ce mécanisme, les bases présentes sur le filament de l'enfant sont déterminées à partir de ceux qui étaient présents sur le brin parental: c'est précisément par ce mécanisme que les cellules filles ont des génomes identiques à la cellule mère (sauf a eu lieu les erreurs au cours du processus, ce qui conduit à l'apparition de mutations). Ce type de réplication, ce qui conduit à doubles hélices se composent d'un brin pré-existant et une nouvellement formé est appelé semiconservative.

Pour commencer la réplication, il faut d'abord l'ouverture du fourche de réplication, par la dénaturation partielle de l'ADN double brin, qui a été complétée par l'hélicase et de la un seul brin de liaison des protéines (SSBPs): le hélicase sont des enzymes qui séparent activement les deux brins en utilisant l'énergie de 'ATP; les SSBPs sont capables de maintenir la dénaturation de l'ADN de liaison exclusivement aux parties simple brin et stabilizzandole. Dans les molécules d'ADN circulaires de prokaryotes il y a seulement une région de origine de réplication à partir de laquelle partent deux fourches de réplication (la structure est appelée bulle de réplication). Lorsque les deux fourches se rencontrent sur le côté opposé de la réplication est terminée. en eukaryotes la réplication de chaque chromosome commence à la place en plusieurs points.

la ADN polymérase, des enzymes capables de construire une nouvelle chaîne seulement dans la direction 5'-3 », ont été identifiés pour la première fois par Arthur Kornberg, qui, grâce à son expérience célèbre,[90] Il a identifié l'ADN polymérase I Escherichia coli. La réaction de la polymérase d'ADN est directement à partir du moule, parce qu'il produit un nouveau exactement complémentaire d'un brin d'ADN existant qui agit, en fait, à partir du moule. La polymérase ADN n'est pas en mesure de commencer la synthèse d'une chaîne égratignure, alors qu'il peut prolonger un brin polynucléotidique préexistant. Dans une réplication cellulaire, il est donc essentiel la présence d'un filament existant (dit apprêt), Qui se compose généralement d'un court segment d'ARN complémentaire du moule, synthétisé à partir de ces enzymes spécifiques primase.

Étant donné que les ADN polymérases sont en mesure de mener à bien leurs activités uniquement dans le sens 5'-3 », ils ont développé plusieurs mécanismes pour copier les deux brins de la double hélice.[91] Un filament (appelé brin de guidage) Il peut être reproduit de manière presque continue, comme il est exposé, l'autre (filament lent) Est plutôt dispersée par peu de brins d'ADN nouvellement synthétisés (i fragments d'Okazaki), Dont chacune a un amorçage initial de l'ARN. Les nouveaux filaments doivent ensuite être complétés par la suppression des déclencheurs par endonucléase et remplir les espaces laissés par la polymérase réparation. Puis tous ces morceaux d'ADN nouvellement synthétisé filament lent Ils sont liés par ADN ligase.

Les interactions avec les protéines

Toutes les fonctions de l'ADN dépendent des interactions avec des protéines spécifiques. Ces interactions peuvent être à la fois non spécifiques et de prévoir une liaison hautement spécifique de la protéine à une séquence d'ADN unique. Il y a aussi de nombreuses enzymes qui peuvent se lier à l'ADN et, parmi ceux-ci, sont particulièrement importantes polymérases qui copient des séquences dans la transcription et la réplication de l'ADN.

Les protéines qui se lient à l'ADN

icône Loupe mgx2.svg Le même sujet en détail: protéine de liaison à l'ADN.
nucléosome 2.jpg
Interaction avec l'ADN histones (En blanc dans l'image ci-dessus). Les acides aminés basiques de ces protéines (en bleu dans l'image en bas à gauche) se lient de manière non covalente les groupes phosphate de l'ADN, l'acide (en rouge en bas à droite).

Les protéines structurales qui se lient à l'ADN sont des exemples d'interactions non spécifiques entre l'ADN et les protéines. Dans les chromosomes, l'ADN est associé avec des complexes de nature protéique, qui sont maintenus ensemble pour former une structure compacte appelée chromatine. Chez les eucaryotes, cette structure nécessite la liaison de l'ADN aux petits appelés complexes de protéines de base histones; en procaryotes, cependant, divers types de protéines différentes sont impliquées.[92][93] Les histones forment un complexe en forme de disque appelé nucléosome, introduire des interactions ioniques (entre les résidus basiques des histones et l'ADN squelette d'acide phosphorique) avec environ deux cents paires de bases de l'ADN, qui sont enroulés autour du disque formant deux tours complets, quelle que soit la séquence qui les caractérise.[94] Ces résidus de base peuvent souffrir méthylation, phosphorylée et acetilazioni:[95] ces changements chimiques modifient l'interaction entre les histones et l'ADN, ce qui rend plus ou moins accessible facteurs de transcription et la modulation de la vitesse de la transcription.[96]

plus des protéines de liaison d'ADN (DNAbp) de aspécifique type, qui sont également présents dans la chromatine, sont les des protéines du groupe à haute mobilité, qui se lient de manière préférentielle l'ADN plié ou déformé.[97] Ces protéines jouent un rôle fondamental dans le pliage des fichiers nucléosomes et leur emballage dans des structures plus complexes de la chromatine.[98]

Un autre groupe sont les DNAbp un seul brin de liaison des protéines (SSBP), qui se lient seulement à une molécule d'ADN simple brin. Chez l'homme, l'APR (Une protéine de réplication) Est le meilleur membre de cette famille caractérisée et est essentielle pour la majorité des processus qui nécessitent une séparation de la double hélice, y compris la réplication de l'ADN, la recombinaison et son son réparation.[99] Ces DNAbp sont capables de stabiliser la forme simple brin, ce qui empêche que la molécule se reproduire pour former des boucles souches ou être dégradées par l'action nucléase.

ADN
Le répresseur lambda, avec sa structure caractéristique hélice-tour-hélice, lié à son ADN cible[100]

Contrairement à celles qui sont présentées à ce jour, il existe également un certain nombre de protéines qui se lient spécifiquement à certaines séquences d'ADN. Ce sont les plus étudiés facteurs de transcription (TF), des protéines qui régulent la transcription. Chacun d'entre eux se lie à une ou plusieurs séquences spécifiques, généralement placé à proximité du organisateur d'un gène, en activant ou en inhibant la transcription du gène lui-même. Ce procédé est réalisé grâce à deux mécanismes différents: premièrement, le TF sont capables de se lier, directement ou par l'intermédiaire des protéines adaptatrices, l'ARN polymérase responsable de la transcription, localizzandola au niveau du site de début de transcription, et donc favorisant la chaussure;[101] Un autre mode consiste en la liaison entre le TF et des enzymes capables de moduler la méthylation et présente acetilazioni histone au niveau du promoteur, modifiant ainsi l'accessibilité de cette région à la polymerase.[102]

Puisqu'un TF peut avoir de nombreuses séquences cibles, des changements dans l'activité d'un TF peuvent avoir des effets sur l'expression de milliers de gènes.[103] Par conséquent, ces protéines sont souvent les cibles des chutes finales transduction du signal, qui interviennent dans les réponses cellulaires à des stimuli internes et externes à la cellule. La spécificité de la TF pour l'ADN est lié à plusieurs contacts qui sont établies entre la protéine et le grand sillon, dans lequel les nucléobases sont plus accessibles.[104]

Les enzymes qui modifient l'ADN

Nucléases et ligases

ADN
L 'enzyme de restriction EcoRV (Vert) dans un complexe avec son substrat d'ADN[105]

la nucléase ils sont enzymes capable de couper des brins d'ADN, car ils catalysent l 'hydrolyse la phosphodiester. Les nucleases qui hydrolysent l'ADN à partir de nucléotides situés aux extrémités des filaments sont définies exonucléase. ils sont endonucléase, au contraire, ceux qui coupent directement dans le filament. Le plus utilisé dans nucléase biologie moléculaire, ces des enzymes de restriction, couper l'ADN au niveau de séquences spécifiques. l'enzyme EcoRV, par exemple, on reconnaît la séquence de six bases 5'-GAT | ATC-3 « et fait une coupe sur la ligne verticale. Dans la nature, cette enzyme protège bactéries d'une infection phage, digestion de l'ADN de phage quand il fait son entrée dans la cellule bactérienne.[106] En général, les nucléases de restriction reconnaissent des séquences nucléotidiques spécifiques palindrome, connu sous le nom sites de restriction, dans lequel la même séquence est répétée dans des directions opposées sur les deux hélices complémentaires, puis produire les découpes sur les deux brins. Ces enzymes sont largement utilisés dans les techniques qui impliquent l'ADN dans les sous-clonage transporteurs. On croit que les séquences palindromiques peuvent être, en plus de sti restriction, même des signaux de reconnaissance pour certaines protéines régulatrices ou pour signaler le site de démarrage de la réplication de l'ADN.

la ADN ligase sont des enzymes capables de recueillir des brins d'ADN préalablement coupé ou cassé, en utilisant l'énergie chimique de ATP ou NAD.[107] La ligase est particulièrement important dans la réplication filament lent, car ils se rassemblent fragments d'Okazaki dans un seul filament. Ils jouent un rôle important dans réparation de l'ADN et recombinaison génétique.[107]

Topoisomérase et hélicase

la topoisomérase sont des enzymes qui possèdent à la fois une activité nucléase qu'un ligase. Ces protéines sont capables de modifier les propriétés topologique ADN. Certains d'entre eux d'exécuter cette fonction en coupant l'hélice d'ADN et lui permettant de tourner, ce qui réduit son degré de surenroulement, puis procéder à la ligature des deux extrémités.[47] D'autres topoisomérase sont capables de couper l'hélice et passer à travers le site de rupture d'une seconde hélice, avant ligaturer le filament cassé.[108] Topoisomérases sont nécessaires pour de nombreux processus impliquant l'ADN, telles que la réplication de l'ADN et la transcription.[48]

la hélicase protéines sont capables d'utiliser le 'énergie chimique présenter dans le nucléoside triphosphate, en particulier ATP, pour rompre les liaisons hydrogène qui se développent entre les nucléobases, ce qui permet l'ouverture de la double hélice de l'ADN en simple brin.[109] Ces enzymes sont essentielles pour la majorité des processus biologiques faisant intervenir des enzymes qui nécessitent un contact direct avec les bases de l'ADN.

polymerase

la polymérase Ce sont des enzymes qui synthétisent des chaînes polynucléotidiques de nucléoside triphosphate. Ils travaillent en ajoutant des nucléotides à l'extrémité 3'Ohio du nucléotide précédent présente sur le filament. En conséquence, tous les polymérases travaillent à 5 '-3 '.[110] Dans le site actif de ces enzymes, le nucléoside triphosphate hybride à un nucléotide présent sur un brin utilisé comme matrice: cela permet à la polymerase pour synthétiser des brins complémentaires avec précision fidèlement aux moules. La polymérase sont classés en fonction du type de moule qui utilisent.

la réplication de l'ADN elle exige ADN polymérase ADN-dépendante, par exemple, en mesure de réaliser une copie parfaite d'une séquence d'ADN. La précision est essentielle dans ce processus, ce qui explique pourquoi beaucoup de ces polymérases ont également une activité correction des épreuves (De 'Anglais, relectures). Ils sont en effet capables de détecter une erreur d'appariement (ou non-concordance) Entre les bases azotées et déclencher une action 3 « ou 5 » exonucléase pour éliminer la base fautive.[111] Dans la plupart des organismes, la fonction polymérases d'ADN dans un complexe protéique plus large appelé replisome, qui se compose également de plusieurs sous-unités supplémentaires telles que hélicase.[112]

la ARN polymérase ADN-dépendante Ils sont une polymérase de classe spécialisée dans la synthèse d'un ADN de copie, en utilisant comme modèle un fragment d'ARN. Ceux-ci comprenaient la transcriptase inverse, une enzyme virale impliquée dans l'infection de rétrovirus, et télomérase, nécessaire à la réplication télomères.[61][113] La télomérase est une polymérase inhabituelle, car il contient une séquence d'ARN de moule au sein de sa structure.

La transcription est réalisée à la main ARN polymérase ADN-dépendante, Liaison à l'ADN à la organisateur d'un gène et on sépare les deux brins. , L'enzyme génère par la suite une molécule de ARNm jusqu'à ce que la terminator, où il interrompt la transcription et l'enzyme est séparée de l'ADN. Comme cela est le cas pour l'ADN polymérase dépendante de l'ADN, ces polymérase fonctionnent dans un grand complexe de protéines, composée d'accessoires et de molécules régulatrices.[114]

recombinaison génétique

icône Loupe mgx2.svg Le même sujet en détail: recombinaison génétique.
ADN
La recombinaison se compose d'une rupture et réunion subséquente de deux chromosomes (M et F) pour produire deux chromosomes réarrangés (C1 et C2).
Holliday Junction.svg
Holliday jonction coloured.png
Structure d'un jonction Holliday, une réaction d'intermédiaire recombinaison génétique. Les quatre brins d'ADN individuels sont de couleur rouge, bleu, vert et jaune.[115]

Un brin d'ADN n'a généralement pas d'interaction avec d'autres segments d'ADN et, dans les cellules humaines, les différents chromosomes occupent encore des régions séparées de la partie centrale (territoires chromosomiques).[116] Une telle séparation physique est essentielle pour permettre à l'ADN d'être une archive stable et sécurisée de l'information génétique. L'interaction entre les différents segments d'ADN est plutôt possible et fréquente à travers le phénomène de enjambement, qui permet à la recombinaison génétique briser les deux hélices, l'échange de segments entre eux et la réunification finale.

Permet Recombinaison les chromosomes d'échanger des informations génétiques et produire de nouvelles combinaisons de gènes, entraînant ainsi une efficacité accrue la sélection naturelle et de faciliter l'évolution des nouvelles protéines.[117] La recombinaison génétique peut également être impliqué dans la réparation de l'ADN, en particulier en tant que réponse cellulaire à la suite de cassures double brin.[118]

La principale forme de croisement chromosomique est le recombinaison homologue, dans lequel les deux chromosomes impliqués partagent des séquences très similaires. cependant, peuvent être nocifs pour la cellule, les recombinaisons non homologues, car il peut produire translocations chromosomiques et des anomalies génétiques. La réaction de recombinaison est catalysée par des enzymes connues sous le nom recombinase.[119] La première étape dans le processus de recombinaison consiste en la coupure simple brin causée par une endonucléase ou un endommagement de l'ADN.[120] Une série d'étapes ultérieures, en partie catalysée par la recombinase, conduit à une union entre deux hélices grâce à la formation d'une jonction Holliday, dans lequel un segment de chaque hélice simple brin est couplé à la présente brin complémentaire dans l'autre hélice. La réaction de recombinaison est ensuite interrompue par la rupture de la jonction et re-ligature de l'ADN ainsi obtenu.[121] L'existence de la jonction de Holliday a été démontrée par des images électroniques des molécules d'ADN dans un microscope de recombinaison.

Evolution du métabolisme de l'ADN

icône Loupe mgx2.svg Le même sujet en détail: monde de l'ARN.

L'ADN contient l'information génétique qui permet à tous les organismes vivants (à l'exclusion des virus, dont l'admissibilité parmi les vivants, cependant, est largement débattue) pour fonctionner, se développer et se reproduire. En tout cas, il n'a pas encore été précisé dans quel temps de histoire de la vie L'ADN a assumé un rôle central. Il est généralement admis par la communauté scientifique, en fait, le 'hypothèse que l'ADN n'a pas été le premier acide nucléique à utiliser par les vivants: ce rôle à jouer dans l'ARN de fait.[122][123] L'ARN aurait pu jouer un rôle central du métabolisme cellulaire ancestral, car il peut avoir à la fois un rôle dans la conservation de l'information génétique, à la fois un catalyseur (par exemple à travers la ribozymes) Est une structure (à moins de ribosomes).[124] la monde de l'ARN, basé sur un seul type de molécule avec des fonctions génétiques, catalytiques et structurelles, pourraient avoir eu une influence sur le développement du code génétique, il est basé précisément sur les quatre nucléotides. Ce nombre pourrait être un compromis entre la nécessité d'une part pour réduire la quantité de bases possibles pour améliorer la précision de la réplication et l'autre pour l'augmenter, d'augmenter l'efficacité catalytique des ribozymes.[125]

Dans tous les cas, il n'y a aucune preuve claire de ce système génétique ancestral, car il est impossible de récupérer l'ADN de fossiles. Cela est dû au fait que l'ADN peut survivre dans l'environnement pendant moins d'un million d'années et, en solution, est rapidement dégradé en petits fragments.[126] Bien qu'il y ait eu plusieurs annonces de résultats de l'ADN ancien, y compris celles relatives à l'isolement il y a une bactérie vivant à partir d'un cristal de sel datant de 250 millions d'années,[127] ces réclamations sont encore controversés et l'objet de discussions.[128][129]

Utilisations de l'ADN

génie génétique

icône Loupe mgx2.svg Le même sujet en détail: génie génétique, ADN recombinant et Les organismes génétiquement modifiés.
ADN
GloFish, poissons d'aquarium fluorescent fabriqué par transgénèse. Ils sont les premiers animaux génétiquement modifiés.

La biologie moderne et de la biochimie font un usage intensif de l'ADN. le terme ADN recombinant Elle se réfère à des segments d'ADN artificiellement fabriqués et assemblés. Ils peuvent être insérés à l'intérieur des organismes vivants sous forme de plasmides ou au moyen d'autres types de transporteurs.[130] Les produits ainsi sont dits organismes génétiquement modifié et ils peuvent être utilisés pour la production de protéines recombinantes, nécessaires à la recherche biomédicale,[131] ou pour les cultures agricole.[132][133]

médecin légiste

icône Loupe mgx2.svg Le même sujet en détail: empreinte génétique et médecin légiste.

la médecin légiste utilise de l'ADN, généralement isolé à partir de sang, de cuir, de salive, de cheveux et d'autres tissus et liquides biologiques, afin d'identifier les responsables d'actes criminels, comme des crimes ou la violence. Le procédé utilisé est le empreintes génétiquesCette technique consiste à comparer la longueur des sections des variables ADN répétitif, comment répétitions courtes en tandem et minisatellites, qui peut être très différent d'un individu à l'autre. La comparaison entre les deux échantillons d'ADN en cours d'examen, à savoir qu'elle est basée sur l'analyse de l'ensemble de la séquence desossiribonucleotidica, mais uniquement sur les sections. En fait, deux personnes ne sont pas liés par les relations familiales ont en commun autant que 99,9% de la séquence d'ADN. Cette méthode est généralement très fiable,[134] bien que parfois l'identification des criminels peut être compliquée si la scène est contaminée par l'ADN de différentes personnes.[135] Cette méthode, développée en 1984 de généticien britannique monsieur Alec Jeffreys,[136] Il a été utilisé pour la première fois en 1988 pour condamner Colin Pitchfork. Dans la pratique, souvent les suspects sont invités à fournir un échantillon d'ADN aux fins de comparaison avec des échantillons biologiques présents sur les lieux du crime. Empreintes génétiques peut également être utilisé pour identifier les victimes d'accidents de masse.

Bio-informatique

icône Loupe mgx2.svg Le même sujet en détail: Bio-informatique.

la bio-informatique Il est une branche de biologie qui comprend la manipulation, la recherche et data mining des données relatives aux séquences d'ADN. Le développement des techniques utiles pour stocker et rechercher des séquences d'ADN, en fait, a conduit à des développements considérables dans les technologies de l'information appliquées à la biologie moléculaire, en particulier en ce qui concerne les algorithmes de recherche de chaînes et l 'apprentissage machine.[137] Les algorithmes de recherche (ou appariement) chaîne, qui peut détecter la présence d'une séquence de lettres à l'intérieur des séquences beaucoup plus grandes, ont d'abord été mis au point pour rechercher des séquences de nucleotides spécifiques.[138]

Y at-il longtemps, bien sûr, simple algorithmes capable de faire face à ces problèmes (ceux qui étaient présents, par exemple, dans éditeur de texte), Mais l'analyse de l'ADN, qui est présenté comme composé de quatre lettres, exige des programmes plus élaborés. Le problème est en corrélation immédiatement 'alignement de séquences Il a pour objectif d'identifier les séquences homologue et identifier spécifiques mutations ce qui les rend différents. Ces techniques, en particulier l'alignement de séquences multiples, sont utilisés pour étudier la relations phylogénétiques et la fonction des protéines.[139] Il y a aussi des algorithmes de recherche génétique.

La grande quantité de données obtenues à partir des projets tels que Projet du génome humain il est en effet difficile à utiliser sans une première analyse qui permet de localiser les gènes et des régions régulatrices sur les chromosomes. Ces algorithmes sont donc en mesure de reconnaître la présence de régions putatives de gènes codant pour l'ARN ou les protéines.[140]

ADN dans l'informatique et la nanotechnologie

icône Loupe mgx2.svg Le même sujet en détail: ADN informatique.
ADN
La structure de l'ADN présent sur la gauche est en mesure d'auto-assembler dans la configuration actuelle à droite. L'utilisation de l'ADN dans la nanotechnologie exploite les propriétés de reconnaissance moléculaire ADN typique[141]

L'ADN a été utilisé dans le calcul pour la première fois pour résoudre un problème simple chemin hamiltonien, un problème NP-complet.[142] Le calcul par l'ADN est plus avantageuse que celle dans classique par voie électronique à la fois du point de vue de la consommation d'énergie et de l'espace utilisé: structures de ce type sont en effet en mesure d'effectuer calculs en mode parallèle qui vous permettent de résoudre facilement beaucoup d'autres problèmes tels que la simulation machines abstraites, la problème sat et la version délimité la Problème commis voyageur.[143] Merci à sa compacité, l'ADN a également un rôle (au moins théoriquement) dans le domaine de cryptographie, dans lequel, en particulier, il permettrait la mise en place et l'utilisation efficace des chiffrement Vernam vous.[144]

L'ADN est également utilisé dans le domaine de la nanotechnologie car il a des propriétés de reconnaissance moléculaire Il sera en mesure d'auto-assembler en structures complexes de deux dimensions ou polyédrique. De tels ensembles sont utilisés avec des fonctions essentiellement structurelles et non en tant que supports d'informations biologiques.[145]

Histoire et anthropologie

icône Loupe mgx2.svg Le même sujet en détail: phylogénétique.

Étant donné que l'ADN est soumis à des mutations périodiques sont héritées, il contient des informations précieuses qui peuvent être utilisées par les généticiens pour étudier l'évolution des organismes et de leurs phylogénie.[147] Sur la base des différentes mutations présentes dans les gènes très conservés entre les organismes (ou, par des algorithmes bioinformatiques comparatifs plus avancés, en comparant directement des génomes entiers) généticiens sont capables de reconstruire arbres phylogénétiques être en mesure de décrire l'évolution des différentes espèces très différentes.[148][149] En étudiant les mutations qui accumulent au fil du temps, vous pouvez suivre des arbres qui décrivent l'évolution au sein des familles de protéines.

En comparant les séquences d'ADN au sein de la même espèce, il est également possible d'étudier l'histoire génétique particulière populations. Cela a une grande importance pour les deux analyses écologique les deux études anthropologique: L'ADN a été utilisé, par exemple, de reconstituer l'histoire de Dix tribus perdues d'Israël.[150]

notes

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