La grande majorité des molécules d’ADN dans la nature adoptent une structure hélicoïdale droite, connue sous le nom d’ADN de forme B. Cette préférence chirale, où la double hélice se tord dans le sens des aiguilles d’une montre, a été observée dans divers organismes, des bactéries aux humains. Bien qu'il existe de rares cas d'ADN gaucher, ou ADN-Z, ils se produisent dans des conditions spécifiques et sont relativement instables par rapport à la forme droitière.

Les raisons derrière la droiture presque exclusive de l'ADN peuvent être attribuées à une combinaison de facteurs liés à sa structure moléculaire, à sa thermodynamique et à des considérations évolutives. Voici plusieurs raisons clés :

1. Appariement de bases et liaison hydrogène :

Les éléments constitutifs de l’ADN, les nucléotides, sont constitués d’un squelette sucre-phosphate et de bases azotées. L'appariement de ces bases au sein de la double hélice se produit via des liaisons hydrogène, formant des paires de bases telles que l'adénine (A) avec la thymine (T) et la cytosine (C) avec la guanine (G). La géométrie et la disposition de ces paires de bases favorisent naturellement une structure hélicoïdale à droite. Les angles et distances spécifiques entre les paires de bases permettent des interactions optimales de liaison hydrogène et d’empilement, qui stabilisent la conformation droitière.

2. Interactions entre le squelette sucre et phosphate :

Le squelette sucre-phosphate de l’ADN contribue à son intégrité structurelle et influence sa conformation hélicoïdale. La molécule de sucre désoxyribose dans l’ADN a une conformation légèrement plissée et son attachement aux groupes phosphate crée un squelette asymétrique. Cette asymétrie favorise une hélice à droite car elle minimise les conflits stériques et permet des interactions électrostatiques plus favorables entre les groupes phosphate chargés négativement.

3. Thermodynamique et stabilité :

Il a été démontré que l'ADN de forme B droitier est thermodynamiquement plus stable que les autres conformations hélicoïdales potentielles. La géométrie spécifique et les interactions au sein de l'hélice droite optimisent le tassement et minimisent l'énergie libre de la molécule. Cette stabilité thermodynamique contribue à la prédominance de l’ADN droitier comme forme structurelle la plus favorable.

4. Interactions protéine-ADN et spécificité enzymatique :

De nombreuses protéines qui interagissent avec l’ADN, telles que les enzymes impliquées dans la réplication, la transcription et la réparation, ont évolué pour reconnaître et se lier à la structure droite de l’ADN. La spécificité chirale de ces protéines garantit des interactions appropriées avec la molécule d'ADN et facilite les processus cellulaires essentiels. La prévalence de l’ADN droitier fournit ainsi un contexte moléculaire cohérent permettant au fonctionnement efficace de la machinerie cellulaire.

5. Considérations évolutives :

Au cours de l’évolution, la structure droite de l’ADN est peut-être devenue fixe et dominante en raison de sa stabilité et de sa compatibilité avec les processus cellulaires. Une fois que la forme droitière s'est établie comme conformation prédominante, la machinerie cellulaire et les systèmes génétiques ont évolué pour reconnaître et utiliser exclusivement cette chiralité spécifique. Ce biais évolutif renforce encore la prévalence de l’ADN droitier dans les systèmes biologiques.

Bien que les raisons exactes de la droiture presque exclusive de l'ADN soient complexes et puissent impliquer une combinaison des facteurs ci-dessus, il est clair que l'ADN de forme B droitier fournit les caractéristiques structurelles et fonctionnelles optimales pour les systèmes biologiques. Cette cohérence structurelle a de profondes implications pour le stockage de l’information génétique, la réplication et les processus moléculaires complexes qui sous-tendent la vie.