Points clés :
La réplication adn est semi-conservative. Chaque brin de la double hélice sert de matrice pour la synthèse d’un nouveau brin complémentaire. Le nouvel ADN est fabriqué par des enzymes appelées ADN polymérases, qui ont besoin d’une matrice et d’une amorce (starter) et synthétisent l’ADN dans le sens 5′ vers 3′. Lors de la réplication de l’ADN, un nouveau brin (le brin principal) est fabriqué en un morceau continu. L’autre (le brin traînant) est fabriqué en petits morceaux. La réplication de l’ADN nécessite d’autres enzymes en plus de l’ADN polymérase, notamment :
- l’ADN primase ;
- l’ADN hélicase ;
- l’ADN ligase ;
- la topoisomérase.
L’idée de base
La réplication de l’ADN est semi-conservative, ce processus nous fait passer d’une molécule de départ à deux molécules « filles », chaque double hélice nouvellement formée contenant un nouveau et un ancien brin. Double hélice d’ADN. Les liaisons hydrogène se rompent et l’hélice s’ouvre. Chaque brin d’ADN sert de matrice pour la synthèse d’un nouveau brin complémentaire. La réplication produit deux doubles hélices d’ADN identiques, chacune avec un nouveau et un ancien brin. En un sens, c’est tout ce qu’il y a à dire sur la réplication de l’ADN ! Mais ce qui est en fait le plus intéressant dans ce processus, c’est la façon dont il s’effectue dans une cellule. Les cellules doivent copier leur ADN très rapidement, et avec très peu d’erreurs (sous peine de problèmes tels que le cancer). Pour ce faire, elles utilisent une variété d’enzymes et de protéines, qui travaillent ensemble pour s’assurer que la réplication de l’ADN s’effectue de manière fluide et précise.
L’ADN polymérase
L’une des molécules clés de la réplication de l’ADN est l’enzyme ADN polymérase. Les ADN polymérases sont responsables de la synthèse de l’ADN : elles ajoutent les nucléotides un par un à la chaîne d’ADN en croissance, en incorporant uniquement ceux qui sont complémentaires de la matrice. Voici quelques caractéristiques essentielles des ADN polymérases :
- elles ont toujours besoin d’un modèle ;
- elles ne peuvent ajouter des nucléotides qu’à l’extrémité 3′ d’un brin d’ADN ;
- elles ne peuvent pas commencer à fabriquer une chaîne d’ADN à partir de rien, mais ont besoin d’une chaîne préexistante ou d’un court tronçon de nucléotides appelé primer ;
- elles font une lecture d’épreuve, ou vérifient leur travail, en éliminant la grande majorité des nucléotides « erronés » qui sont accidentellement ajoutés à la chaîne.
L’ajout de nucléotides nécessite de l’énergie. Cette énergie provient des nucléotides eux-mêmes, auxquels sont attachés trois phosphates (un peu comme la molécule porteuse d’énergie ATP). Lorsque la liaison entre les phosphates est rompue, l’énergie libérée est utilisée pour former une liaison entre le nucléotide entrant et la chaîne en croissance.
Dans les procaryotes tels que E. coli, il existe deux principales ADN polymérases impliquées dans la réplication de l’ADN : l’ADN pol III (le principal fabricant d’ADN), et l’ADN pol I, qui joue un rôle de soutien crucial que nous examinerons plus tard.
Démarrer la réplication de l’ADN
Comment les ADN polymérases et les autres facteurs de réplication savent-ils où commencer ? La réplication commence toujours à des endroits spécifiques de l’ADN, qui sont appelés origines de réplication et sont reconnus par leur séquence. E. coli, comme la plupart des bactéries, possède une seule origine de réplication sur son chromosome. L’origine est longue d’environ 245245245 paires de bases et comporte principalement des paires de bases A/T (qui sont maintenues ensemble par moins de liaisons hydrogène que les paires de bases G/C), ce qui facilite la séparation des brins d’ADN. Des protéines spécialisées reconnaissent l’origine, se lient à ce site et ouvrent l’ADN. Lorsque l’ADN s’ouvre, deux structures en forme de Y appelées fourches de réplication se forment, constituant ensemble ce qu’on appelle une bulle de réplication. Les fourches de réplication vont se déplacer dans des directions opposées au fur et à mesure de la réplication. Chromosome bactérien. L’ADN double brin du chromosome bactérien circulaire est ouvert à l’origine de la réplication, formant une bulle de réplication. Chaque extrémité de la bulle est une fourche de réplication, une jonction en forme de Y où l’ADN double brin est séparé en deux brins simples. Un nouvel ADN complémentaire à chaque brin simple est synthétisé à chaque fourche de réplication. Les deux fourches se déplacent dans des directions opposées autour de la circonférence du chromosome bactérien, créant une bulle de réplication de plus en plus grande qui grandit aux deux extrémités. Comment la réplication se met-elle réellement en place au niveau des fourches ? L’hélicase est la première enzyme de réplication à se charger à l’origine de la réplication. Le travail de l’hélicase est de faire avancer les fourches de réplication en « déroulant » l’ADN (en brisant les liaisons hydrogène entre les paires de bases azotées). Des protéines appelées protéines de liaison simple brin enrobent les brins d’ADN séparés près de la fourche de réplication, les empêchant de se reconstituer en une double hélice.
