Introduction
La biophysique est une branche interdisciplinaire de la
biologie qui porte sur l’étude des êtres vivants au moyen de théories physiques
de portée plus générale. Dans ce travail,
nous nous intéressons à l’étude de la physique des acides nucléiques (2).
Il s’agit d’analyser les phénomènes biologiques y
compris la structure des acides nucléiques à l’aide de théories et de
techniques de la physique.
I- L’Objet d’étude
1.
Définition
Acide nucléique = ADN - ARN.
Il s’agit d’une macromolécule formée par polymérisation de
nucléotide.
Les acides
nucléiques sont des macromolécules,
c’est-à-dire de grosses molécules relativement complexes. Ils entrent dans la
famille des biomolécules puisqu'ils
sont d’une très grande importance dans le règne de la vie, « bios »
signifiant vie en grec.
Les acides nucléiques sont
des polymères dont l’unité de base, ou monomère, est le nucléotide. Ces nucléotides sont reliés par
des liaisons
phosphodiester.
2.
Types d’acides nucléiques
·
L’acide
désoxyribonucléique : ADN
·
L’acide
ribonucléique : ARN
·
L’ATP =
Adénosine Triphosphate (forme d’énergie utilisable par cellule).
3.
ADN-Acide Désoxyribonucléiques
a.
Structure et Fonction de l’ADN
Dans la nature, les processus biologiques ayant lieu à l'échelle
cellulaire sont conduits par des molécules appelées protéines. Les protéines sont
des polymères d'une dizaine de nanomètres. Elles servent par exemple de
catalyseurs pour fournir l'énergie nécessaire aux réactions biochimiques et de
canaux qui alimentent les cellules.
L'ADN (acide désoxyribonucléique) est précisément le "disque
dur" qui contient l'information nécessaire à la fabrication de ces
molécules vitales et qui transmet notre information génétique à travers les
générations. La structure statique de l'ADN admise aujourd'hui a été proposée
par Watson et Crick en 1953 (5). La molécule d'ADN est un double brin de polymère
enroulé sous forme hélicoïdale (voir la figure 1). Les monomères de ce long
polymère sont des nucléotides. Chaque nucléotide est formé par un groupe phosphate, un cycle
de sucre à cinq atomes (un ribose) et un acide nucléique. La succession de sucres-phosphates constitue le
squelette de la molécule d'ADN. Il existe deux catégories d'acides nucléiques,
à savoir les purineset les pyrimidines.
Adénine (A) et Guanine(G) sont des purines et Cytosine (C) et Thymine (T) des pyrimidines.
Les purines sont constituées
d'un cycle à cinq atomes lié à un cycle à six atomes et les pyrimidines d'un
cycle à six atomes.
Pour que les liaisons
hydrogène se forment correctement, chaque guanine est liée à une cytosine par
une triple liaison hydrogène et chaque adénine à une thymine par une double
liaison. De ce fait, une liaison G ≡ C est
plus solide qu'une liaison A = T et les deux brins sont complémentaires
l'un de l'autre (voir la figure 2.1). Le complexe
sucre-phosphate est orientépuisque deux phosphates liés à un ribose sont attachés à des atomes de carbone de natures
différentes. Les deux extrémités de ce monomère orienté s'appellent 3' et 5'(4).
Nous allons voir dans la suite à quel niveau intervient cette direction
particulière.
A l'échelle des paires de base, en plus
des liaisons hydrogène, il existe une seconde énergie caractéristique, à savoir
l'énergie d'empilement. C'est une interaction attractivedue aux forces
hydrophobes et au recouvrement des électrons π des
paires de basessuccessives. En fait les plateaux successifs ont tendance à se
rapprocher pour empêcherles molécules d'eau de pénétrer entre eux. C'est
précisément cette tendance qui donne àla molécule sa structure tertiaire.
La succession d'acides nucléiques constitue l'information génétique
et on l'appelle la structure primaire de l'ADN ou le génome. Chaque base est liée
à la fois à un carbone latéral du ribose du même brin et à une base appartenant
à l'autre brin. Dans la suite, nous appellerons cet agencement une paire de bases. Les deux brins
complémentaires liés par des liaisons hydrogène constituent la structure secondaire de l'ADN. Il existe une
catégorie conformationnelle supplémentaire que l'on appelle la structure tertiaire et qui désigne la forme en hélice que prennent
conjointement les deux brins complémentaires.
En fait, la double hélice peut adopter de nombreuses formes, dont
les plus fréquemment rencontrées sont appelées A, B et Z.
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