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Imaginez deux brins minces, chacun mesurant environ 3¼pieds de long, liés ensemble par un revêtement hydrophobe pour former un seul filament. Placez ce filament dans un tube rempli d'eau de seulement quelques micromètres de diamètre et vous imitez l'environnement qu'occupe l'ADN humain dans le noyau d'une cellule.
Au sein d’un noyau cellulaire, l’ADN est un fil densément enroulé. La longueur des noyaux et de l’ADN diffère selon les espèces et les types de cellules, mais une constante demeure :lorsqu’il est étiré à plat, l’ADN d’une cellule serait plusieurs fois plus long que son noyau. Le compactage de la molécule par torsion est donc essentiel, et la chimie explique comment se produit ce compactage.
L'ADN est constitué de trois composants fondamentaux :un sucre, un groupe phosphate et des bases azotées. Le sucre et le phosphate forment l’épine dorsale externe, tandis que les bases s’associent entre elles comme les barreaux d’une échelle. Dans le cytoplasme aqueux, cette disposition est logique :le sucre et le phosphate sont hydrophiles, attirant l'eau, tandis que les bases sont hydrophobes, l'évitant.
Au lieu d’une simple échelle, imaginez une corde torsadée. Les tours hélicoïdaux rapprochent les brins, minimisant la distance entre les bases hydrophobes à l'intérieur. Cette géométrie en spirale réduit l'intrusion d'eau et permet à chaque composant chimique d'occuper de l'espace sans conflit.
L’attraction hydrophobe n’est pas le seul moteur chimique de la torsion. L'appariement de bases complémentaires entre des brins opposés est renforcé par une interaction secondaire connue sous le nom d'empilement de bases, qui rapproche les bases adjacentes le long du même brin. Des recherches menées à l'Université Duke, utilisant des molécules d'ADN synthétiques à base unique, ont démontré que chaque base apporte une force d'empilement distincte, façonnant collectivement l'hélice.
Les protéines peuvent resserrer davantage l’ADN en superbobines. Les enzymes qui facilitent la réplication introduisent des tours supplémentaires à mesure qu'elles progressent le long du brin. De plus, il a été démontré qu’une protéine appelée condensine 13S favorise le surenroulement juste avant la division cellulaire, comme le rapporte une étude réalisée en 1999 par l’Université de Californie à Berkeley. Des recherches en cours visent à découvrir comment ces protéines influencent les torsions de la double hélice.