Structure et propriétés de l'ADN

Bonjour à tous !

Après avoir vu un TPE où les élèves ont expliqué le principe de fonctionnement de l'électrophorèse, je suis resté un peu coi devant l'affirmation "l'ADN est une molécule chargée négativement et migre donc vers le pôle +".
J'aimerais avoir un peu vos explications où avis ! J'ai plusieurs questions :

- Je sais bien que l'on "coupe des brins" (je mets entre guillemets n'étant pas sûr du vocabulaire) pour l'électrophorèse. C'est peut-être l'origine de l'apparition des charges négatives ?
- Dans son état normal, la structure de l'ADN est assurée entre autres par les phosphates, si je ne m'abuse. J'ai trouvé partout qu'il était sous sa forme ionique et donc chargé négativement, mais ce n'est donc plus une molécule. Soit il y a compensation quelque part, soit l'ADN est un ion ?
- Plus spécifiquement, lorsqu'une enzyme vient "briser" l'ADN, où agit-elle exactement ?
- Pourquoi l'ADN s'appelle-t-il "acide" ? Où est le côté acide ? Est-ce lié aux phosphates justement ?

J'espère que vous pourrez m'aider  

Kirth a écrit:
[...] - Pourquoi l'ADN s'appelle-t-il "acide" ? Où est le côté acide ? Est-ce lié aux phosphates justement ?

Je ne sais pas où est l'acide, mais s'il s'appelle "acide", cela signifie qu'il largue des H+, et que donc il se retrouve avec une charge négative, et va donc migrer vers le pôle positif.

PS : en regardant de plus près, je pense effectivement que le caractère acide vient du groupement phosphate. J'ai conscience de n'avoir répondu qu'à la question la plus facile.

Kirth a écrit:Bonjour à tous !

Après avoir vu un TPE où les élèves ont expliqué le principe de fonctionnement de l'électrophorèse, je suis resté un peu coi devant l'affirmation "l'ADN est une molécule chargée négativement et migre donc vers le pôle +".
J'aimerais avoir un peu vos explications où avis ! J'ai plusieurs questions :

1. Je sais bien que l'on "coupe des brins" (je mets entre guillemets n'étant pas sûr du vocabulaire) pour l'électrophorèse. C'est peut-être l'origine de l'apparition des charges négatives ?
2. Dans son état normal, la structure de l'ADN est assurée entre autres par les phosphates, si je ne m'abuse. J'ai trouvé partout qu'il était sous sa forme ionique et donc chargé négativement, mais ce n'est donc plus une molécule. Soit il y a compensation quelque part, soit l'ADN est un ion ?
3. Plus spécifiquement, lorsqu'une enzyme vient "briser" l'ADN, où agit-elle exactement ?
4. Pourquoi l'ADN s'appelle-t-il "acide" ? Où est le côté acide ? Est-ce lié aux phosphates justement ?

2. L'ADN n'est pas une molécule au sens des chimistes. Elle porte une charge négative par groupement phosphate, donc c'est un ion. Un polyanion, plus exactement. Plus exactement, c'est une chaîne de très nombreux nucléotides, chaque nucléotide étant constitué de:
- un groupement phosphate (chargé négativement), relié à
- un sucre, le désoxyribose (neutre), relié à
- une base azotée (A, C, G ou T, neutre)

Le sucre est également lié au phosphate du nucléotide suivant, ce qui forme la chaîne. Il faut imaginer une chaîne phosphate(P)-désoxyribose(dR): P-dR-P-dR-P-dR... en greffant au choix A, C, G ou T sous chaque dR.

3. et 1. Les enzymes qui coupent l'ADN coupent les liaisons entre dR-P. Chaque morceau continue d'avoir une charge négative par groupement phosphate, ce n'est pas là l'origine des charges, elles existent avant la coupure et il y en a toujours autant (au total) après la coupure.

4. Manque de rigueur habituel des biochimistes (dont je suis): on appelle souvent "acide" ce qui est en fait la base conjuguée d'un acide (et qui n'est donc pas acide mais basique). En gros, il arrive qu'une molécule acide de type R-COOH, capable de libérer un H+, continue à s'appeler un acide même si elle sous sa forme R-COO-. Alors que sous cette forme:
- elle n'est plus acide, elle n'a plus de H+ à libérer
- elle est même au contraire basique, car elle peut capturer un H+

Ainsi l'ADN est appelé acide, même si c'est en fait la base conjuguée de l'acide qu'on obtiendrait si l'on venait fixer un H+ sur chaque groupement phosphate.

Lagomorphe a écrit:
2. L'ADN n'est pas une molécule au sens des chimistes. Elle porte une charge négative par groupement phosphate, donc c'est un ion.
[...]
4. Manque de rigueur habituel des biochimistes (dont je suis): on appelle souvent "acide" ce qui est en fait la base conjuguée d'un acide (et qui n'est donc pas acide mais basique). En gros, il arrive qu'une molécule acide de type R-COOH, capable de libérer un H+, continue à s'appeler un acide même si elle sous sa forme R-COO-.

Il y a un lien entre les deux : on considère l'ADN sous sa forme moléculaire. C'est exactement la même chose pour les têtes d'affiche de l'acidité, chlorhydrique,sulfurique, nitrique, qui sont assez rarement présentes sous leur forme moléculaire.

Puisqu'on parle de molécule d'ADN, par convention on ajoute un H+ à l'anion pour en faire une molécule : c'est de cette molécule qu'on mesure le PH, et il est acide, par dissociation du H+.

On "coupe" bien des brins. Tu peux employer le terme "digérer" aussi. L'ADN n'est jamais traité brut car il est beaucoup trop grand et ensuite il est nécessaire de le colorer au bromure d'éthidium entre les bases pour le rendre fluorescent. L'ADN migre dans le gel réticulé via la différence de potentiel vers le pôle positif grâce aux groupements phosphates. Les fragments migrent en fonction de leur taille. Les plus petits migrent le plus loin. L'intensité est liée au nombre de séquences à un endroit du gel, cela n'a rien à voir avec la taille des fragments. Quand on séquence, les enzymes de restriction clivent les liaisons phosphodiesters entre les nucléotides.

Je n'ai rien à ajouté aux réponses données par mes collègues. J'insisterai juste qu'il faut faire très attention au vocabulaire : physicien/chimiste et biologistes utilisent les mêmes mots mais avec des définitions parfois différentes ce qui peut être extrêmement pernicieux.

Je préciserai juste quelques détails au sujet de l'électrophorèse. Il faut bien distinguer l'électrophorèse (ie la migration de molécules biologiques sur gel) des préparations qui ont précédé ladite migration. En fonction des préparations réalisées avant l'électrophorèse, la manière d'interpréter les résultats va énormément varier. Entre autre, parce que le moteur de la migration différentielle dépend de la préparation. Par exemple, dans la majorité des protocoles, l'électrophorèse fait suite à une PCR (amplification d'un petit fragment d'ADN) et consiste donc à la migration de petits fragments d'ADN sans conformation 3D. Dans ce cas, les fragments migrent au premier ordre selon leur taille. Mais il est aussi possible de faire des électrophorèse de fragments d'ADN dont on n'a pas altéré la conformation 3D (et donc non coupés) et dans ce cas là, celle-ci intervient de manière importante dans la migration.

Dans le premier cas, une différence de migration sera interprétée comme étant due à une différence de taille de fragments. Pas dans le second cas.

Merci à tous pour vos réponses et surtout Lagomorphe ! C'est vraiment clair et très intéressant, merci beaucoup.
Du coup, question complémentaire, dans quel milieu se trouve l'ADN et qui justifie la libération des protons H+ ?

Le pH cellulaire est globalement neutre donc ça fait entre un ou deux protons par phosphate libéré en théorie. Sauf qu'en pratique, un seul peut être libéré (puisque deux oxygènes sont impliqués dans les liaisons phosphodiesters).