N'hésitez pas à faire tourner la molécule (cliquez et glissez le curseur souris), à zoomer (appuyez sur majuscule et glissez le curseur souris de bas en haut ou utilisez la molette de défilement).

Vue: classique

wireframe (bâtons)

spacefill (sphères)

dots(nuage de points) (Off / On)

 

Soyez patient avec les grosses molécules...

qualité d'image

Enregistrer le fichier (pour les fichiers proposés et chargés depuis le serveur didac-tic.fr).

Avec une molécule aussi emblématique que l'ADN, des activités de résolution de problèmes s'inspirant des démarches historiques sont intéressantes à mettre en place. Il est aussi tout à fait pertinent d'introduire le sujet par une activité de schématisation a priori: «dessinez-moi une molécule d'ADN» avec une évaluation collective des productions.

L'ADN ↑

Si la molécule n'est pas déjà chargée, vous pouvez utiliser le fichier 1d7g (sans représentation des molécules d'eau), ou 1bna. Ces deux fichiers sont des modèles (limités à quelques dizaines de nucléotides) de la forme B de l'ADN. Dès 1951 Rosalind Franklin avait distingué la forme B (hydratée) de la forme A (non hydratée), cf l'approche historique dans cette page.

Vous pouvez aussi charger les couples de nucléotides suivants (extrait du fichier 1bna: désoxyribonucléotide à cytosine-désoxyribonucléotide à guanine et désoxyribonucléotide à adénine-désoxyribonucléotide à thymine ou essayer une superposition.

color {nom ou code}; les noms ou codes de couleurs:
color cpk (Corey / Pauling / Kultun) est la coloration par défaut, ce qui donne: C H N O S P

color chain colorie différement les deux chaines de l'ADN.

select {nom ou code}; les noms ou codes désignant une portion de molécule:

La commande select est complexe par ses paramètres. JSmol connait les nucléotides qu'il désigne par leur initiale: select a sélectionne l'adénine; la commande select n'ayant pas d'effet visible immédiat, on affecte ensuite une couleur particulière à l'élément selectionné: select a; color gold; select c; color darkorchid; select g; color limegreen; select t; color dodgerblue; select u; color pink; select * sélectionne successivement chacun des nucléotides pour leur affecte une couleur spécifique  a  c  g  t   u . Sélectionner tous les nucléotides select(a, c, g, c, u) aurait permis de les distinguer d'autres composants de l'ADN, mais pas de les distinguer entre eux.

select * sélectionne toute la molécule. Une bonne précaution en fin de commande select est de sélectionner à nouveau toute la molécule: (select *) pour éviter des surprises avec les commandes ultérieures.

select backbone; color black; select *: sélectionne le "squelette" d'une molécule (les carbones α (alpha); dans les acides nucléiques il s'agit du carbone 1' du sucre, ribose ou désoxyribose, mais en fait ce sont tous les atomes du sucre et du groupe phosphate lié qui sont sélectionnés. On met ici la commande select en évidence par une coloration noire.

Pour aller plus loin il est possible de sélectionner le groupe phosphate: select *.p, connected(*.p); color cpk; select *. On lui redonne ici la couleur par défaut mais on pourrait utiliser la couleur de l'atome de phosphore (orange).

select backbone sélectionne le squelette: ce qui relie les unités élémentaires d'un acide nucléique, c'est à dire les nucléotides (pour une protéine, ce sont les acides aminés)

select *.{initiale du nom d'atome} sélectionne tous les atomes correspondants de la molécule
select *.{initiale du nom d'atome}, connected(*.{initiale du nom d'atome}). sélectionne en plus tous les atomes directement connectés au premier.

La commande display {nom ou code} est assez voisine de select, mais elle a un effet immédiat: la différence avec select est que les atomes non sélectionnés ne sont plus visibles. Seul le fichier 1bna représente les molécules d'eau généralement associées aux acides nucléiques, dans ce cas, cela a un sens d'utiliser: display remove water et display add water.

cartoon (effigie) (Off / On)

 

Cartoon est une commande à actions multiples destinée à l'ADN et aux protéines. Pour l'ADN cette commande relie les atomes de phosphore par une sorte de cordon qui prend la couleur orangée de ces atomes, elle met aussi en évidence les plateaux constitués par les bases azotées. Cette visualisation est proche du célèbre dessin d'Odile Crick de l'article relatant l'élucidation de la structure de l'ADN. La cohérence de la visualisation demande de régler spacefill et surtout wireframe à 0.

Le fait d'afficher une très petite portion de la molécule d'ADN tend à accentuer une représentation fausse: les molécules d'ADN sont en réalité de très longs fils, souvent enroulés. Charger ce fichier présentant l'ADN d'un nucléosome (146 paires de nucléotides) peut aider à ne pas accentuer cette fausse représentation. La double hélice présente un super enroulement due au fait qu'au centre du modèle sont présentes les protéines du nucléosome (dont les atomes ont étés ici effacés). Vous pouvez aussi charger un ADN synthétique linéaire (mais dont la séquence est présente dans l’allèle PAV du gène humain TAS2R38); source: Vincent Guili (cf ci-dessous).

Une tentative d'approche historique ↑

Programme de seconde de 2010:

La démarche qui consiste à se contenter d'illustrer le modèle de la double hélice établi par Watson, Crick, Wilkins et Franklin est pédagogiquement très pauvre par rapport à l'histoire de l'élucidation de la structure de cette molécule emblématique). Pendant plus de quarante ans, des modèles moléculaires ont étés élaborés, soit à priori, soit à partir des données expérimentales (cristallographie). C'est ainsi que Phoebus Levene a proposé la strucrure du tétranucléotide, que Rosalind Franklin à travaillé sur les clichés crystallographiques de la forme A de l'ADN (qui n'esiste pas dans les cellules vivantes), que Watson en 1951 puis Pauling en 1953 ont proposé un triplex à trois chaines (triple hélice) avec les groupes phosphate placés l'intérieur.

Una activité pédagogique plus intéressante que celle classiquement proposée dans le paragraphe qui précède consisterai à demander d'observer les modèles historiques qui ont précédé celui de Watson et Crick ou des modèles repésentant des configurations plus rares que la forme B la plus répandue, et d'argumenter les motifs de leur rejet.

Pour faciliter les choses, il est possible de préciser les éléments à vérifier ou pas:
- le respect des rapports de nombre des nucléotides établis par Chargaff;
- le caractère hélicoïdal de la structure, avec un diamètre de 20 Å = 2 nm (calculé par Franklin à partir du cliché 51 pour la forme B);
- le positionnement des groupes phosphates, hygrophiles, à l'extérieur, proposé par Franklin à partir de l'analyse du cliché 51 et du fait que la molécule s'hydrate facilement);

Tout ou partie des commandes présentées dans le paragraphe 1 peut-être utilisée; pour mesurer des distances, double cliquez sur un premier atome, puis double cliquez sur un second. Pour effacer des mesures dont l'affichage persiste, envoyez la commande measure delete.

Chargez le fichier représentant le modèle de Linus Pauling.
Chargez le fichier représentant la forme A (déshydratée) de l'ADN, fichier: 5mvk.
Chargez le fichier représentant l'ADN Z 1woe.

Je n'ai malheureusement pas pu trouver de molécule représentant le(s) modèle(s) de Levene. L'ADN Z est une forme peu courante réversible avec la forme B et présente dans les cellules surtout dans les portions d'ADN transcrites.

Les ARNt ↑

Chargez l'un des fichiers présentant les ARNt de l'acide aspartique ou de la phenylalanine. Toutes les commandes qui précèdent sont applicables et intéressantes.

Les petites molécules d'ARNt se replient pour former 3 doubles hélices qui donnent à l'ensemble l'aspect d'un Y (ou d'un T), ou mises à plat, d'une feuille de Trèfle). L'extémité 3' simple brin est représentée par un codon CCA identique pour tous les ARNt et est attachée (par liaison ester) à l'acide aminé spécifique de l'ARNt grâce à un enzyme lui même spécifique (il en existe 20). La boucle située au pied du Y constitue un codon (souvent appelé anticodon) caractérisant l'acide aminé (cf code génétique); ces nucléotides non appariés et dont les bases azotées sont tournées vers l'extérieur vont s'associer au codon complémentaire de l'ARNm. La reconnaissance entre les codons d'ARNm et d'ARNt est "bancale" selon l'hypothèse formulée par Francis Crick, ce qui explique et permet (en partie) la redondance du code génétique. En effet, il n'existe pas autant d'ARNt que de codons, donc un même ARNt peut s'associer à plusieurs codons (mais cela dépend des espèces). En contre-partie il existe deux ARNt complémentaires du codon AUG qui à le double rôle de coder la méthionine et de servir d'initiateur.

Rasmol (JSmol) ne propose pas de nom spécifique pour sélectionner l'anticodon. On peut sélectionner les 3 nucléotides concernés par leur nom et leur position; ce qui donne pour la molécule 2tra (ARNt de l'acide aspartique): "select (c36, u35, g34);"; cette commande s'associe bien avec une visualisation en cartoon et à un spacefill 0% de l'ensemble de la molécule (à envoyer au préalable), puis au choix d'un spacefill ou d'un wireframe plus élévé après la sélection. L'anticodon de la molécule 4tna est a36, a35, g34: "select (g34, a35, a36);".

L'ARN polymérase ↑

Chargez le fichier représentant l'ARN polymérase du phage t7 (qui infecte la bactérie Escherichia coli).

Ici, le paramètre "structure" (color structure;) utilise 3 couleurs pour les protéines distinguant les parties en α hélice, les rubans et le reste de la chaine d'acides aminés et deux couleurs supplémentaires, l'une pour l'ADN, l'autre pour l'ARN. Example: display dna, rna; qui est l'équivalent de display remove protein, water (si la totalité du fichier est affichée); display add protein agit à l'inverse de la commande précédente (sans le rajout des molécules d'eau).

Certaines des commandes vues précédemment permettent d'améliorer la visualisation. Les noms d'objets {protein}, {dna}, {rna} utilisés (sans les parenthèses) en complément de la commande display ou de la commande select suivie d'une commande modifiant la vue sont utiles.

Cette polymérarse est une très petite molécule (pour cette famille) ce qui facilite la visualisation de ces cibles: une double hélice d'ADN et une petite chaine d'ARN nouvellement formée. La double hélice d'ADN n'est ouverte que très temporairement (au centre de la molécule de polymérase). L'ARN polymérase des Eucaryotes est plus complexe (en fait il en existe 3). Il n'en existe qu'une chez les Bactéries mais elle est également plus complexe: constituée de 6 chaines avec un poids moléculaire 5 fois supérieur à celui de la polymérase du T7.

Bibliographie