L'ADN comme support de l'information génétique

Deux caractéristiques structurelles de la molécule d’ADN fournissent une base pour les mécanismes de l’hérédité : les quatre bases nucléotidiques et sa nature double brin. Le modèle Watson-Crick de la structure de l’ADN en double hélice, proposé en 1952, s’est fortement inspiré des travaux de cristallographie aux rayons X des chercheurs Rosalind Franklin et Maurice Wilkins. Watson, Crick et Wilkins ont reçu conjointement le prix Nobel de physiologie ou de médecine pour leurs travaux en 1962. Franklin a été, de manière controversée, exclu du prix pour des raisons encore débattues .

Le modèle d’ADN Watson-Crick, très simplement, a proposé que l’ADN soit composé de deux brins de nucléotides qui se tordent l’un autour de l’autre pour former une hélice droite et que l’appariement de nucléotides se fasse entre une purine et une pyrimidine.

Les deux brins d’ADN sont antiparallèles, ce qui signifie que le 3’ l’extrémité d’un brin fait face au 5’ bout de l’autre. Cela permet à chaque brin d’agir comme un modèle pour son partenaire lors de la réplication de l’ADN, produisant deux nouveaux brins d’ADN qui sont exactement complémentaires l’un de l’autre. Cependant, si oui ou non la réplication de l’ADN s’est produite de cette manière n’était pas clair.

L’expérience de Meselson et Stahl

Meselson et Stahl ont développé E. coli pendant plusieurs générations dans un milieu contenant un “lourd” isotope de l’azote, ¹⁵N. Au fil du temps, l’azote lourd a été incorporé dans les bases nucléotidiques azotées et donc dans l’ADN. Après cela, le E. coli a été placé dans un milieu contenant un isotope différent de l’azote, ¹⁴N, et cultivé pendant plusieurs générations supplémentaires. Après chaque génération, un échantillon d’ADN a été isolé de certaines des cellules, chargé dans un gradient et centrifugé à grande vitesse. Dans un gradient, l’ADN se séparera en fonction de sa densité de flottabilité (c’est-à-dire la densité à l’intérieur du gradient où l’ADN flottera).

Dans le milieu ¹⁵N, une seule bande de haute densité a été observée dans la partie inférieure du tube de centrifugation. Immédiatement après le transfert des bactéries dans un milieu plus “léger”, cette bande unique s’est déplacée vers le haut dans la colonne, indiquant une densité plus faible. Cependant, les générations suivantes ont abouti à deux bandes : une correspondant à la densité ¹⁴N et une autre à un emplacement intermédiaire. Ce résultat ne pouvait s’expliquer que par un mode de réplication semi-conservateur, validant ainsi le modèle Watson-Crick.