En lycée, je retrouve souvent les mêmes confusions lorsque nous travaillons sur l’ADN : gène et allèle sont employés comme des synonymes, une base est prise pour un nucléotide, et l’on oublie parfois qu’une molécule d’ADN comporte deux brins. Alors repartons de la molécule, avant de changer d’échelle.
Une molécule d’ADN, deux brins complémentaires
L’ADN est constitué de deux brins enroulés l’un autour de l’autre en une double hélice. Chaque brin est une succession de nucléotides. Chaque nucléotide comporte un groupement phosphate, un sucre (le désoxyribose) et une base azotée : A, T, C ou G.
Les bases s’apparient de façon complémentaire : A avec T, et C avec G. Les deux brins sont orientés en sens opposés : on dit qu’ils sont antiparallèles.
Infographie à explorer — Retrouver le deuxième brin
Exemple de fragment d’ADN :
5′— A T G C C A T —3′
3′— T A C G G T A —5′
Cliquer : pourquoi ces lettres se correspondent-elles ?
Chaque A du premier brin fait face à un T du second ; chaque C fait face à un G. Si l’on connaît la séquence et l’orientation d’un brin, on peut déduire la séquence complémentaire de l’autre.
Cliquer : pourquoi les logiciels affichent-ils souvent un seul brin ?
Pour comparer plus facilement des séquences, de nombreux logiciels représentent un seul brin de référence. Cela ne signifie pas que la molécule n’en possède qu’un : la complémentarité permet de retrouver le second. Attention : il faut tenir compte du sens de lecture, 5′ vers 3′.
Cliquer : et si une lettre change ?
Une modification de la séquence est une mutation. Si elle touche une région correspondant à un gène, elle peut être à l’origine d’un nouvel allèle. Toutes les mutations n’ont pas nécessairement un effet sur le phénotype.
Changer d’échelle : du nucléotide au chromosome
Un gène est une région d’ADN dont la séquence permet la production d’un ARN fonctionnel. Un allèle est une version de ce gène : des allèles différents peuvent présenter des différences de séquence. Un chromosome correspond à une longue molécule d’ADN associée à des protéines, notamment des histones chez les eucaryotes. L’ADN est organisé en chromosomes même lorsqu’ils ne sont pas visibles sous la forme condensée typique de la division cellulaire.
Infographie cliquable — Explorer les mots
Ouvrez chaque volet pour passer d’une échelle à l’autre.
1. Base azotée — A, T, C ou G
Une base n’est pas un nucléotide entier. Dans l’ADN, les bases sont l’adénine, la thymine, la cytosine et la guanine.
2. Nucléotide — trois constituants
Un nucléotide d’ADN = phosphate + désoxyribose + base azotée. Les nucléotides sont reliés par des liaisons phosphodiester pour former un brin.
[Phosphate] — [Désoxyribose] — [Base A / T / C / G]
Schéma de composition, pas une formule développée.
3. ADN — deux brins
Les deux brins complémentaires forment une double hélice. Une séquence correspond à l’ordre des bases sur un brin, écrit conventionnellement dans le sens 5′ → 3′.
4. Gène et allèle — région et version
Le gène est une région de l’ADN ; un allèle est l’une des versions possibles de cette région. Il ne faut donc pas opposer « gène » et « allèle » comme deux objets de nature différente.
5. Chromosome — ADN et protéines
Un chromosome contient une longue molécule d’ADN associée à des protéines ; après réplication, il possède deux chromatides sœurs, chacune contenant une molécule d’ADN.
6. ARN — proche de l’ADN, mais distinct
L’ARN est généralement simple brin. Il contient du ribose et les bases A, U, C et G : l’uracile remplace la thymine. Certains ARN sont traduits en protéines (ARN messagers), d’autres assurent directement des fonctions cellulaires.
Deux allèles, une seule différence
Dans cet exemple fictif, on compare le même fragment d’un gène, dans le même sens de lecture : allèle 1 : 5′–ATGCCAT–3′ ; allèle 2 : 5′–ATGTCAT–3′. Une seule base diffère, C remplacé par T. Sur le second brin, complémentaire et antiparallèle, G est donc remplacé par A. Cette différence de séquence peut correspondre à deux allèles, sans forcément modifier le caractère observé.
Afficher les brins complémentaires
Allèle 1 : 3′–TACGGTA–5′
Allèle 2 : 3′–TACAGTA–5′
On retrouve bien A en face de T et C en face de G.
Pourquoi compare-t-on un seul brin dans les logiciels ?
Dans les activités de comparaison de séquences, par exemple avec des logiciels de génétique, on aligne souvent une seule séquence de référence pour chaque ADN étudié. C’est un choix de représentation qui simplifie la lecture des différences. Il ne faut pas en conclure que l’ADN est simple brin. À partir du brin affiché, on peut reconstituer son complémentaire, à condition de respecter l’appariement des bases et l’orientation des brins.
Quatre confusions à éviter
- Base ≠ nucléotide : la base n’est qu’une partie du nucléotide.
- Gène ≠ allèle : l’allèle est une version d’un gène.
- ADN ≠ chromosome : un chromosome est une structure formée d’ADN associé à des protéines.
- ADN ≠ ARN : les deux molécules diffèrent notamment par leur sucre et l’une de leurs bases.
La question des Curieux
Si un logiciel affiche la séquence 5′–ATGCCA–3′, sauriez-vous écrire le brin complémentaire, en indiquant son orientation ? Et sauriez-vous expliquer pourquoi le logiciel n’a pas besoin de représenter les deux ?
Une question, une remarque ou une source complémentaire ? Les échanges constructifs sont les bienvenus.