Proprietes physico-chimiques, hybridation et information génétique

Hybridation


La taille des fragments d'acides nucléiques varie beaucoup :

• Pour les ARN : 80 (tRNA) à plusieurs milliers
  
• Pour les ADN : 5000 (phi x 174) à 10⁸ pour un chromosome
  

On détermine la taille des fragments par sédimentation dans un
gradient de chlorure de césium (CsCl) qui s'établit lors de la
centrifugation. L'ADN se concentre en une bande à l'endroit où la
densité de la solution de CsCl est égale à la sienne et cette densité
est généralement déterminée par comparaison avec un ADN de densité
connue.

L'ADN absorbe à 260 nm (à cause des bases puriques et pyrimidiques)
lorsque l'on chauffe l'ADN, la viscosité diminue et la densité optique à
260 nm augmente. C'est l'hyperchromicité ou effet hyperchrome. Ceci est dû à la séparation des 2 brins d'ADN appelée fusion. On parle alors de température de fusion ou de Tm.

Comme il y a 3 liaisons H entre C et G et seulement 2 entre A et T, plus le taux en GC est élevé plus Tm est élevée.

Tm est le point de transition où la moitié des brins sont dissociés, comme on peut le voir sur ce graphique :


Les brins d'ADN peuvent se réapparier si on les refroidit lentement
(technique d'hybridation d'ADN et d'ARN utilisée dans les expériences de
northern, southern, pcr...). Si les brins d'ADN sont refroidit
rapidement, ils ne vont pas se réapparier.



L'information génétique


L'ADN est le support de l'information génétique qui est transmise de génération en génération :

• Chez les organismes supérieurs, il y a une corrélation entre la
  quantité d'ADN contenue dans une cellule et la quantité d'information
  génétique.
  
• On peut voir une corrélation entre la parenté génétique de certaines
  espèces et l'analogie de composition en bases de leur ADN ou, mieux
  encore, le degré d'homologie des séquences nucléotidiques de leur ADN.
  
• Les agents physiques (exemple : ultra-violet) ou chimique
  susceptibles de causer des mutations sont ceux qui sont capables
  d'altérer les brins d'ADN.
  
• Chez les micro-organismes, le transfert d'ADN (par transformation,
  transduction, f-duction, conjugaison) permet le transfert de caractères
  héréditaires.
  
• L'infection d'une cellule bactérienne par un phage se limite à la pénétration d'ADN phagique dans la bactérie.
  

Il apparait clairement que les gènes (fragments d'ADN porteur de
l'information génétique codée sous forme de séquences nucléotidiques)
contiennent les instructions permettant aux cellules de polymériser les
acides aminés dans un ordre bien précis et de synthétiser ainsi des
protéines spécifiques.

Une mutation au niveau d'un gène provoque en général la synthèse
d'une protéine modifiée. Cette protéine peut avoir une activité altérée,
voire nulle. La mutation peut être sans conséquence si les propriétés
physicochimiques sont voisines (exemple :
même hydrophobicité). L'activité de la protéine peut être aussi
augmentée. Darwin en 1850 a proposé la théorie de l'évolution des
espèces qui est basée sur la sélection naturelle des mutations
favorables. On peut ainsi suivre l'évolution des espèces en suivant
l'évolution de la séquence des acides aminés d'une protéine donnée.




Le transfert de l'information génétique


En général, le support de l'information génétique est l'ADN, mais
quelque fois c'est l'ARN (cas des virus et phages à ARN exclusivement).
Juste avant une division cellulaire l'ADN doit être recopié afin que les
2 cellules filles aient le même ADN (quantitativement et
qualitativement), c'est la duplication ou encore réplication de l'ADN.

Cette information génétique permet la synthèse de protéines mais elle
ne se fait pas directement. L'ADN doit être transcrit en ARN messager
(ARNm) qui va être traduit en protéine.

Il existe donc différents types de transferts d'informations :

ADN -> ADN	Réplication ou duplication
ADN -> ARN	Transcription
ARN -> Protéines	Traduction
ARN -> ARN	Cas des virus à ARN : permet la poursuite du cycle infectieux (grâce à l'ARN génomique) et fournit l'ARNm nécessaire au processus infectieux
ARN -> ADN	Transcription réverse : nécessaire pour que l'information génétique puisse s'insérer dans l'ADN hôte.