L’acide désoxyribonucléique, ou ADN, est ce dont sont faits les gènes. Au sein d’une molécule d’ADN, quatre blocs de construction nucléotidiques différents se produisent. Chacun contient un sucre à cinq atomes de carbone et un groupe phosphate, mais diffère selon la base organique qui lui est attachée. Les quatre bases présentes dans une molécule d’ADN sont l’adénine, la thymine, la cytosine et la guanine.
Une molécule d’ADN est composée de deux brins de nucléotides qui s’enroulent l’un autour de l’autre pour former une double hélice. Le squelette nucléotidique est créé par le sucre d’un nucléotide se liant au groupe phosphate du suivant. Les deux brins sont maintenus ensemble par des liaisons hydrogène entre les bases des nucléotides opposés. Cette liaison hydrogène est très spécifique et ne se produit qu’entre paires de bases complémentaires.
La structure de chaque base détermine la base exacte avec laquelle elle sera associée. Les quatre bases ont une structure cyclique qui contient à la fois des atomes de carbone et d’azote, elles sont donc souvent appelées bases azotées. Bien que chacun ait une structure chimique différente, ils sont regroupés en deux catégories en fonction du nombre de cycles qu’ils contiennent. L’adénine et la guanine sont des bases puriques et ont une structure à double cycle. La cytosine et la thymine ont une structure cyclique unique et sont des bases pyrimidiques.
Deux contraintes importantes sont imposées sur la façon dont les barreaux croisés entre les brins d’ADN peuvent être formés afin que les liaisons hydrogène se forment et que l’enroulement régulier de la double hélice se produise. Premièrement, les bases puriques ne se lient qu’aux bases pyrimidiques. En n’ayant que des bases puriques liées aux bases pyrimidiques, la longueur du barreau croisé entre les brins d’ADN restera constante. Si les bases puriques pouvaient se lier avec les bases puriques ou les bases pyrimidiques avec les bases pyrimidiques, la longueur du barreau croisé changerait, provoquant l’arc de la molécule d’ADN.
Deuxièmement, et plus précisément, l’adénine ne se lie qu’à la thymine et la cytosine ne se lie qu’à la guanine. Lorsque l’adénine se lie à la thymine, deux liaisons hydrogène se forment. Trois liaisons hydrogène se forment entre la cytosine et la guanine. Seules ces deux paires sont capables de former les liaisons hydrogène nécessaires pour maintenir la stabilité de la molécule d’ADN.
Ce qui importe peu dans la molécule d’ADN, c’est l’ordre d’apparition des bases. Cela signifie qu’il peut y avoir quatre échelons croisés différents – adénine avec thymine, thymine avec adénine, cytosine avec guanine et guanine avec cytosine. Ceci est biologiquement significatif car cela signifie que la séquence de bases d’un brin d’une molécule d’ADN spécifie la séquence de bases de l’autre brin. En d’autres termes, les deux brins peuvent être séparés et des copies exactes faites à chaque fois qu’une cellule se divise.
La thymine est unique parmi les quatre bases car elle n’est présente que dans les molécules d’ADN. L’adénine, la cytosine et la guanine se trouvent également dans les nucléotides qui composent l’acide ribonucléique, ou ARN. Au sein d’une molécule d’ARN, la thymine est remplacée par l’uracile.