la réplication de l'ADN
La réplication de l’ADN est une processus par lequel l'ADN de la cellule se duplique. Ce processus comprend d’abord la formation d’une fourche de réplication : une ADN hélicase va en effet dédoubler les deux brins de l’ADN, et former une fourche.
Les brins seront maintenus séparé grâce à la fixation de protéines spéciales (« single strand binding protein », SSB). En même temps, il y aura synthèse de deux nouveaux brins complémentaires, synthèse qui se fera sur le modèle fourni par l’ADN parental, ce qui a deux conséquences :
- (i) lorsque le brin parental est 3’-5’ la synthèse se fera de 5’ en 3’, et vis et versa;
- (ii) la synthèse est asymétrique.
En effet la synthèse de l’un des deux nouveaux brins sera continue parce que se faisant dans le même sens que la fourchette de réplication. Au contraire la synthèse du second nouveau brin ira en quelque sorte à contre-courant et sera discontinue, aboutissant à la formation de fragments de 1 000 à 2 000 paires de bases (dits fragments d’Okasaki). Une ligase devra dans un deuxième temps souder ces fragments entre eux. La réplication est donc asymétrique.
Au cours du cycle cellulaire, pendant la phase S. Avant la mitose, l’ADN se dédouble par un processus particulier et complexe qui met en jeu un grand nombre d’éléments régulateurs.
La réplication ne peut se faire qu’à partir d’amorces (ou « primer »). Les amorces ou primer sont des petits ARN synthétisés par un complexe protéique appelé primosome, et qui comprend entre autre une ARN polymérase (ou primase). La synthèse du brin principal ne demande qu’une seule amorce. celle des divers fragments qui composeront le second brin demande plusieurs amorces.
La réplication nécessite ensuite l’intervention de plusieurs ADN polymérases. L’une sert à la réplication (l’ADN polymérase III, Pol III). Il y en a d’autres ou une autre dont le rôle est de réparer l’ADN les erreurs commises lors de la réplication, en particulier pendant la soudure des fragments d’Okasaki, une ADN polymérase spécifique devra exciser les bases indûment incorporées et resynthétiser la base correcte en utilisant le brin complémentaire comme matrice. Cette réparation mettra en jeu successivement une ADN polymérase I (Pol I) et une ligase. La correction n’est néanmoins pas absolue et il subsiste toujours après réplication 10–10 à 10–11 d’erreurs.
L’ADN polymérase est un double complexe de plusieurs protéines : (1) le clamp de glissement (« sliding clamp ») qui a une forme de beignet, et qui est fait de deux sous-unités semi-circulaires qui entourent les deux nouveaux brins d’ADN comme des anneaux, il est associé à un complexe de charge (« clamp loader »). (2) le clamp de glissement est associé au noyau de l’ADN polymérase lui-même constitué de trois sous-unités (DnaE, la sous-unité alpha de polymerization; DnaQ, la sous-unité epsilon de lecture en charge de la réparation; HolE, la sous-unité theta. Chacun des deux complexes est en charge de l’un des nouveaux brins d’ADN. Ces deux complexes sont réunis par une paire de sous-unités tau, ce qui suppose à la fois que le nouveau brin continu d’ADN et le nouveau brin discontinu (formé par les fragments d’Okasaki) sont synthétisés en même temps et que l’ADN s’est enroulé pour permettre cette synthèse simultanée.
Réplication de l'ADN chez Esherichia coli
Chez Escherichia coli, il existe un processus soigneusement régulé impliquant de multiples composants représentant plus de 20 gènes participant à la duplication du génome. Le processus est divisé en phases distinctes: initiation, élongation et terminaison. La synthèse d'un nouveau chromosome implique un ensemble d'assemblages protéiques complexes agissant de manière séquentielle dans un schéma global soigneusement régulé et réitéré. Le schéma de réplication de l'ADN est sous contrôle génétique minutieux. Le processus est localisé sur la structure de l'ADN à la fois par séquence d'ADN et par topologie et nécessite des interactions protéine-ADN spécifiques. La réplication de l'ADN chez E. coli est bidirectionnelle et symétrique.
Les enzymes de la réplication d'adn
Exonucléase
Enzyme qui dégrade l'ADN d'un terminus.
Gyrase
Enzyme qui introduit le surfusion dans le duplex d'ADN dans une réaction indépendante de l'adénosine triphosphatée.
Helicase
Enzyme qui déroule l'ADN duplex et nécessite l'adénosine triphosphate.
Polymérase
Enzyme qui synthétise un polymère d'acide nucléique
Endonucléases
Enzymes capables de fragmenter les polynucléotides par hydrolyse de liaisons phosphodiester internes.
Topoisomérase
Enzyme qui modifie la topologie de l'ADN, soit un brin à la fois (type I), soit deux brins à la fois (type II). La gyrase et la topoisomérase IV sont des enzymes de type II.
Réplication
Acte de duplication du génome d'une cellule.
Réplicon
Unité réplicative, soit une partie ou l'ensemble du génome; chez Escherichia coli, le génome entier est considéré comme un réplicon
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