Qu'est-ce qui fait que la double hélice se tord dans une image d'ADN ?

Imaginez que vous ayez deux brins minces, chacun d'environ 3 1/4 pieds de long, maintenus ensemble par des fragments d'un matériau hydrofuge pour former un fil. Imaginez maintenant mettre ce filetage dans un récipient rempli d'eau de quelques micromètres de diamètre. Ce sont les conditions auxquelles l'ADN humain est confronté dans un noyau cellulaire. La composition chimique de l'ADN, ainsi que les actions des protéines, tordent les deux bords extérieurs de l'ADN en une forme en spirale, ou hélice, qui aide l'ADN à s'insérer dans un petit noyau.

Dans un noyau cellulaire, l'ADN est une molécule filiforme étroitement enroulée. Les noyaux et les molécules d'ADN varient en taille selon les créatures et les types de cellules. Dans tous les cas, un fait demeure constant: étiré à plat, l'ADN d'une cellule serait exponentiellement plus long que le diamètre de son noyau. Les contraintes d'espace nécessitent une torsion pour rendre l'ADN plus compact, et la chimie explique comment la torsion se produit.

L'ADN est une grosse molécule construite à partir de molécules plus petites de trois ingrédients chimiques différents: le sucre, le phosphate et les bases azotées. Le sucre et le phosphate sont situés sur les bords extérieurs de la molécule d'ADN, avec les bases disposées entre eux comme les barreaux d'une échelle. Étant donné que les fluides de nos cellules sont à base d'eau, cette structure est logique: le sucre et le phosphate sont tous deux hydrophiles, ou hydrophiles, tandis que les bases sont hydrophobes ou craignent l'eau.

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Maintenant, au lieu d'une échelle, imaginez une corde torsadée. Les torsions rapprochent les brins de la corde, laissant peu d'espace entre eux. La molécule d'ADN se tord de la même manière pour réduire les espaces entre les bases hydrophobes à l'intérieur. La forme en spirale empêche l'eau de s'écouler entre eux et laisse en même temps de la place aux atomes de chaque ingrédient chimique pour s'adapter sans se chevaucher ni interférer.

La réaction hydrophobe des bases n'est pas le seul événement chimique qui influence la torsion de l'ADN. Les bases azotées qui se font face sur les deux brins de l'ADN s'attirent, mais une autre force d'attraction, appelée force d'empilement, est également en jeu. La force d'empilement attire les bases au-dessus ou au-dessous les unes des autres sur le même brin. Les chercheurs de l'Université Duke ont appris en synthétisant des molécules d'ADN composées d'une seule base que chaque base exerce une force d'empilement différente, contribuant ainsi à la forme en spirale de l'ADN.

Dans certains cas, les protéines peuvent provoquer un enroulement encore plus serré de sections d'ADN, formant ce que l'on appelle des super-enroulements. Par exemple, les enzymes qui aident à la réplication de l'ADN créent des torsions supplémentaires lorsqu'elles parcourent le brin d'ADN. En outre, une protéine appelée condensine 13S semble provoquer des superenroulements dans l'ADN juste avant la division cellulaire, a révélé une étude de 1999 de l'Université de Californie à Berkeley. Les scientifiques continuent de rechercher ces protéines dans l'espoir de mieux comprendre les torsions de la double hélice de l'ADN.