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La découverte de la structure de l'ADN
Gilles Furelaud
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... dans le numéro du 25 avril 1953 de la revue Nature, deux jeunes chercheurs publiaient un petit article d'une seule page qui allait marquer le monde de la génétique et de la biologie moléculaire. Cet article est disponible gratuitement sur le site de la revue Nature. James D. Watson et Francis H. Crick y décrivent leur proposition de structure pour la molécule d'Acide DésoxyriboNucléique (ADN) :
| Structure
Moléculaire des Acides Nucléiques
"Nous souhaitons suggérer une structure pour
[...] l'acide désoxyribonucléique (ADN). Cette stucture
présente de nouvelles caractéristiques qui sont d'un intérêt
biologique considérable."
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Cet article, extrêmement bref, et accompagné d'une unique figure illustrant la notion de double hélice anti-parallèle, était accompagné de quelques articles plus techniques présentant certains arguments expérimentaux correspondant à cette structure.
Il est à noter que Watson et Crick n'ont pas participé à ces découvertes expérimentales : leur "génie" a été de savoir synthétiser les différentes connaissances de l'époque, pour aboutir à une proposition de structure tridimensionnelle. Pour cela, ils se sont fondés sur des faits connus du monde scientifique du début des années 50, sur des observations de leurs collègues (et en particulier Maurice Wilkins et Rosalind Franklin), ainsi que sur l'idée de l'association des bases azotées.
II- Les arguments pour la structure de l'ADN
Que savait-on au moment où Watson et Crick ont découvert la structure de l'ADN ? Déjà, et c'est important, on savait que l'ADN était le support de l'information génétique. Cette découverte, encore récente à l'époque, avait relancé l'intérêt pour la molécule d'ADN, relativement peu étudiée jusque là.
Un certain nombre de points étaient bien établis. Parmi ceux-ci, la nature chimique de l'acide désoxyribonucléique : une association de nucléotides (phosphate - désoxyribose - base azotée), assemblés en longues chaînes. Toutefois, le nombre de chaînes associées (deux ou trois, voire plus ?), ainsi que leur orientation dans l'espace restait inconnu...
Figure 1. L'ADN est formé de l'association de nucléotides, qui
forment de longues chaînes.
De plus, certains rapports entre les nucléotides formant l'ADN avaient été observés. Ces rapports sont connus sous le nom de règles de Chargaff, du nom du chercheur qui les a décrits. Toutefois, la raison d'être de ces rapports restait inconnue...
Figure 2. Les règles de Chargaff.
Le "génie" de Watson et Crick a été de trouver le lien entre la structure monocaténaire de l'ADN (succession de nucléotides) et ces règles de Chargaff. Ils ont observé, à l'aide de modélisations moléculaires, que deux bases azotées données pouvaient s'assembler grâce à des liaisons hydrogènes :
Figure 3. les bases azotées peuvent s'associer deux à deux par
des liaisons hydrogènes.
Enfin, Watson et Crick ont eu accès aux travaux de plusieurs chercheurs, en particulier à Cambridge, qui cherchaient à déterminer la structure de l'ADN grâce à l'observation de la diffraction de rayons X à travers des cristaux d'ADN purifié. Ces travaux leur ont permis de conclure :
A partir de ces différents points (deux chaînes anti-parallèles en hélice, associées par des bases azotées complémentaires deux à deux), Watson et Crick ont pu réaliser un modèle moléculaire tridimensionnel de la molécule d'ADN.
Figure 4. La structure tridimensionnelle de l'ADN.
(Adénine. Thymine.
Guanine. Cytosine)
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III- Une découverte qui a marqué l'histoire
Pour cette structure de l'ADN, Watson, Crick et Wilkins ont obtenu en 1962 le Prix Nobel de Médecine. Cette découverte a depuis marqué les esprits, certes du fait de son importance en tant que telle, mais aussi pour la "simplicité" des concepts découverts. Il est aussi remarquable de voir que dès la publication originelle, aussi succinte soit elle, Watson et Crick proposent déjà (et réaffirment ces hypothèses dans la publication suivante, en mai 1953) un mécanisme simple permettant la duplication de l'ADN : la découverte de la structure de l'ADN ne peut pas être détachée des découvertes de son fonctionnement. Enfin, un autre fait remarquable est la jeunesse de ces chercheurs : en 1953, au moment de leur découverte, Watson n'avait que 25 ans, et Crick et Wilkins seulement 37 ans ! En 2003, pour les 50 ans de cette découverte fondamentale, tous trois sont encore vivants. A 87 ans, Cricks continue de publier des résultats de recherche, et à 75 ans Watson dirige le Cold Spring Harbour Laboratory aux Etats-Unis.
La détermination de cette structure a permis par la suite de comprendre l'ensemble des mécanismes moléculaires de l'expression génétique : réplication de l'ADN, transcription des ARN, code génétique, etc.
Pour toute personne interéssée par l'histoire de cette découverte, un lecture s'impose : "La double hélice", récit autobiographique et empreint de modestie de James Watson.
Contact :
| Professeur Lafleur |  |
Remerciements
Un grand merci à Isabelle Borde pour ses conseils éclairés et à l'ensemble du laboratoire Biologie et Multimédia pour leur relecture attentive.
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