Il y a exactement 65 ans, les scientifiques britanniques James Watson et Francis Crick ont publié un article sur le déchiffrement de la structure de l'ADN, jetant les bases d'une nouvelle science - la biologie moléculaire. Cette découverte a beaucoup changé dans la vie de l'humanité. RIA Novosti parle des propriétés de la molécule d'ADN et pourquoi elle est si importante.
Dans la seconde moitié du XIXe siècle, la biologie était une science très jeune. Les scientifiques commençaient tout juste à étudier la cellule et le concept d'hérédité, bien qu'il ait déjà été formulé par Gregor Mendel, n'a pas reçu une large reconnaissance.
Au printemps 1868, un jeune médecin suisse, Friedrich Miescher, est venu à l'Université de Tübingen (Allemagne) pour faire des travaux scientifiques. Il avait l'intention de découvrir de quelles substances se compose la cellule. Pour les expériences, j'ai choisi les leucocytes, qui sont faciles à obtenir à partir de pus.
En séparant le noyau du protoplasme, des protéines et des graisses, Miescher a découvert un composé à haute teneur en phosphore. Il a appelé cette molécule nucléine («noyau» en latin est le noyau).
Ce composé présentait des propriétés acides, c'est pourquoi le terme «acide nucléique» a été inventé. Son préfixe désoxyribo signifie que la molécule contient des groupes H et des sucres. Ensuite, il s'est avéré que c'était en fait du sel, mais le nom n'a pas été changé.
Au début du 20ème siècle, les scientifiques savaient déjà que la nucléine est un polymère (c'est-à-dire une très longue molécule flexible d'unités répétitives), les unités sont composées de quatre bases azotées (adénine, thymine, guanine et cytosine), et la nucléine est contenue dans les chromosomes - des structures compactes qui surgissent dans les cellules en division. Leur capacité à transmettre des caractères héréditaires a été démontrée par le généticien américain Thomas Morgan dans des expériences sur les mouches des fruits.
Structure de l'ADN.
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Le modèle qui a expliqué les gènes
Mais ce que l'acide désoxyribonucléique, ou ADN en abrégé, fait dans le noyau cellulaire, n'a pas été compris pendant longtemps. On pensait qu'il jouait une sorte de rôle structurel dans les chromosomes. Les unités d'hérédité - les gènes - ont été attribuées à la nature protéique. La percée a été faite par le chercheur américain Oswald Avery, qui a prouvé expérimentalement que le matériel génétique est transmis de bactéries en bactéries par l'ADN.
Il est devenu clair que l'ADN devait être étudié. Mais comment? À cette époque, seuls les rayons X étaient disponibles pour les scientifiques. Pour faire briller des molécules biologiques à travers elles, elles ont dû cristalliser, ce qui est difficile. Le déchiffrement de la structure des molécules de protéines par des diagrammes de diffraction des rayons X a été réalisé au Cavendish Laboratory (Cambridge, Royaume-Uni). Les jeunes chercheurs James Watson et Francis Crick qui y travaillaient n'avaient pas leurs propres données expérimentales sur l'ADN, ils ont donc utilisé les radiographies de collègues du King's College, Maurice Wilkins et Rosalind Franklin.
Watson et Crick ont proposé un modèle de la structure de l'ADN qui correspond exactement aux schémas de diffraction des rayons X: deux brins parallèles sont tordus en une hélice droite. Chaque chaîne est pliée par un ensemble arbitraire de bases azotées, enfilées sur le squelette de leurs sucres et phosphates, et maintenues par des liaisons hydrogène étirées entre les bases. De plus, l'adénine se combine uniquement avec la thymine et la guanine - avec la cytosine. Cette règle s'appelle le principe de complémentarité.
Le modèle de Watson et Crick a expliqué les quatre fonctions principales de l'ADN: la réplication du matériel génétique, sa spécificité, le stockage de l'information dans une molécule et sa capacité à muter.
Les scientifiques ont publié leur découverte dans la revue Nature le 25 avril 1953. Dix ans plus tard, lui et Maurice Wilkins ont reçu le prix Nobel de biologie (Rosalind Franklin est décédée en 1958 d'un cancer à l'âge de 37 ans).
«Aujourd'hui, plus d'un demi-siècle plus tard, nous pouvons affirmer que la découverte de la structure de l'ADN a joué le même rôle dans le développement de la biologie que la découverte du noyau atomique en physique. L'élucidation de la structure de l'atome a conduit à la naissance d'une nouvelle physique quantique, et la découverte de la structure de l'ADN a conduit à la naissance d'une nouvelle biologie moléculaire », écrit Maxim Frank-Kamenetsky, généticien hors pair, chercheur en ADN, auteur de The Most Important Molecule.
Code génétique
Il restait maintenant à savoir comment fonctionne cette molécule. On savait que l'ADN contient des instructions pour la synthèse de protéines cellulaires qui font tout le travail dans la cellule. Les protéines sont des polymères constitués d'ensembles répétitifs (séquences) d'acides aminés. De plus, il n'y a que vingt acides aminés. Les espèces animales diffèrent les unes des autres par l'ensemble des protéines des cellules, c'est-à-dire par différentes séquences d'acides aminés. La génétique a fait valoir que ces séquences sont données par des gènes, qui étaient alors considérés comme les premiers éléments constitutifs de la vie. Mais ce qu'étaient les gènes, personne ne le savait exactement.
L'auteur de la théorie du Big Bang, le physicien Georgy Gamov, employé de l'Université George Washington (États-Unis), l'a précisé. Sur la base du modèle de l'hélice d'ADN double brin de Watson et Crick, il a suggéré qu'un gène est un morceau d'ADN, c'est-à-dire une certaine séquence de liens - des nucléotides. Étant donné que chaque nucléotide est l'une des quatre bases azotées, il vous suffit de comprendre comment les quatre éléments en codent vingt. C'était l'idée derrière le code génétique.
Au début des années 1960, il avait été établi que les protéines sont synthétisées à partir d'acides aminés dans les ribosomes, une sorte d '«usines» à l'intérieur de la cellule. Pour démarrer la synthèse protéique, une enzyme s'approche de l'ADN, reconnaît un site spécifique au début du gène, synthétise une copie du gène sous la forme d'un petit ARN (on l'appelle une matrice), puis une protéine est cultivée à partir d'acides aminés dans le ribosome.
Ils ont également découvert que le code génétique est à trois lettres. Cela signifie que trois nucléotides correspondent à un acide aminé. L'unité du code s'appelait un codon. Dans le ribosome, les informations provenant de l'ARNm sont lues codon par codon, séquentiellement. Et chacun d'eux correspond à plusieurs acides aminés. À quoi ressemble le chiffre?
Marshall Nirenberg et Heinrich Mattei des États-Unis ont répondu à cette question. En 1961, ils ont présenté leurs résultats pour la première fois lors d'un congrès biochimique à Moscou. En 1967, le code génétique avait été complètement décodé. Il s'est avéré être universel pour toutes les cellules de tous les organismes, ce qui a eu des conséquences profondes pour la science.
La découverte de la structure de l'ADN et du code génétique a complètement réorienté la recherche biologique. Le fait que chaque individu possède une séquence d'ADN unique a fondamentalement changé la science médico-légale. Le déchiffrement du génome humain a donné aux anthropologues une toute nouvelle méthode pour étudier l'évolution de notre espèce. L'éditeur ADN CRISPR-Cas, récemment inventé, a beaucoup fait progresser le génie génétique. Apparemment, cette molécule stocke la solution aux problèmes les plus urgents de l'humanité: cancer, maladies génétiques, vieillissement.
Tatiana Pichugina