Qu’est-ce que la réplication de l’ADN
L’ADN, abréviation de l’acide désoxyribonucléique, est le matériel auto-réplicatif qui est présent dans presque tous les organismes vivants comme principal constituant des chromosomes. C’est le support fondamental de l’information génétique, présent dans pratiquement toutes les cellules de votre corps.
L’ADN à double hélice est constitué de deux brins asymétriques. Chaque brin est constitué de nucléotides alignés les uns à la suite des autres, et ces nucléotides sont liés aux nucléotides correspondants sur l’autre brin pour créer une structure en échelle. L’ADN est constitué de quatre nucléotides – les éléments constitutifs des acides nucléiques – qui sont composés d’une base azotée, d’un sucre à cinq carbones (ribose ou désoxyribose) et d’au moins un groupe phosphate.
L’adénine (A), la thymine (T), la guanine (G) et la cytosine (C) sont appelées nucléotides. A et G sont appelés purines tandis que T et C sont appelés pyrimidines. Selon les règles d’appariement des bases, A s’apparie toujours avec T, et C s’apparie toujours avec G.
Avant qu’une cellule ne se duplique ou ne se divise, par mitose ou méiose, l’ADN doit être répliqué pour que chaque nouvelle cellule reçoive le nombre correct de chromosomes. Ce processus se produit dans tous les organismes vivants et constitue la base de l’héritage biologique.
La réplication de l’ADN se produit en plusieurs étapes qui impliquent plusieurs protéines appelées enzymes de réplication, ainsi que l’ARN. La réplication de l’ADN est vitale pour la croissance, la réparation et la reproduction des cellules dans les organismes.
Étapes de la réplication de l’ADN
La réplication de l’ADN comporte trois étapes principales : l’initiation, l’élongation et la terminaison.
Pour tenir dans le noyau d’une cellule, l’ADN est emballé dans des structures étroitement enroulées appelées chromatine, qui se desserre avant la réplication, permettant à la machinerie de réplication cellulaire d’accéder aux brins d’ADN.
Avant que la réplication de l’ADN puisse commencer, la structure en double hélice des molécules d’ADN doit être » dézippée « . L’hélicase, une enzyme, fait partie intégrante de ce processus, en brisant les liaisons hydrogène qui maintiennent ensemble les bases complémentaires de l’ADN (A avec T et C avec G). La séparation crée une forme en ‘Y’ appelée fourche de réplication et les deux brins simples d’ADN servent maintenant de modèles pour fabriquer de nouveaux brins d’ADN.
Puis, la protéine de liaison à l’ADN simple brin (protéine SSB) se lie à l’ADN maintenant simple brin, empêchant les brins qui se séparent de se joindre à nouveau.
Les deux brins de l’ADN à double hélice sont réunis par des barres transversales, tordues autour. Pour que cela fonctionne, chaque brin d’ADN va en sens inverse.
Un des brins est orienté dans le sens 3′ vers 5′ (vers la fourche de réplication), c’est le brin leader. L’autre brin est orienté dans le sens 5′ vers 3′ (en s’éloignant de la fourche de réplication), c’est le brin retardataire.
Parce que l’enzyme qui effectue la réplication, l’ADN polymérase, ne fonctionne que dans le sens 5′ vers 3′, cela signifie que les brins filles se synthétisent par des méthodes différentes, l’un ajoutant des nucléotides un par un dans le sens de la fourche de réplication, l’autre ne pouvant ajouter des nucléotides que par morceaux. Le premier brin, qui réplique les nucléotides un par un est le brin leader ; l’autre brin, qui se réplique par morceaux, est le brin retardé.
Les notations 5′ et 3′ signifient « cinq premiers » et « trois premiers », qui indiquent les nombres de carbone dans le squelette de sucre de l’ADN. Ces nombres indiquent l’orientation chimique bout à bout, les nombres 5 et 3 représentant respectivement le cinquième et le troisième atome de carbone du cycle du sucre. Le carbone 5′ a un groupe phosphate attaché à lui et le carbone 3′ un groupe hydroxyle (-OH). C’est cette asymétrie qui donne à un brin d’ADN une « direction », permettant une liaison facile entre les nucléotides des brins opposés.
Il est important de noter que les deux côtés sont répliqués par deux processus différents afin de tenir compte de la différence de direction.
| Brin principal | Brin secondaire |
| Un court morceau d’ARN appelé amorce, qui est produit par une enzyme appelée primase, se lie à l’extrémité du brin principal dans le sens 5′ vers 3′. L’amorce sert de point de départ à la synthèse de l’ADN.
Des enzymes appelées ADN polymérases génèrent de nouvelles bases nucléotidiques complémentaires (les A,C, G et T) et sont responsables de la création du nouveau brin par un processus appelé élongation. Dans les cellules eucaryotes, les polymérases alpha, delta et epsilon sont les principales polymérases impliquées dans la réplication de l’ADN. Cette sorte de réplication est appelée « continue ».’ |
Le brin retardé commence le processus de réplication en se liant à de multiples amorces d’ARN, tgénérées par l’enzyme primase, en divers points du brin retardé.
Des morceaux d’ADN, appelés fragments d’Okazaki, sont ajoutés au brin traînant entre les amorces, également dans le sens 5′ vers 3′. Ce type de réplication est appelé « discontinu », car les fragments d’Okazaki devront être réunis ultérieurement. |
Après la formation des brins continus et discontinus, une enzyme appelée exonucléase élimine toutes les amorces d’ARN des brins originaux. Les lacunes où se trouvait la ou les amorces sont alors remplies par encore plus de nucléotides complémentaires.
Une autre enzyme « relit » les brins nouvellement formés afin de s’assurer qu’il n’y a pas d’erreurs.
L’enzyme ADN ligase réunit ensuite les fragments d’Okazaki, formant un seul brin unifié.
Un type spécial d’enzyme ADN polymérase appelé télomérase catalyse la synthèse des séquences télomères aux extrémités de l’ADN. Les télomères sont des régions de séquences nucléotidiques répétitives à chaque extrémité d’une chromatide, qui protègent l’extrémité du chromosome de la détérioration ou de la fusion avec les chromosomes voisins. Pensez aux bouchons des lacets de chaussures. Les télomères sont également un biomarqueur du vieillissement, car ils raccourcissent à chaque division cellulaire ou, en d’autres termes, à mesure que l’on avance en âge. Lorsque les télomères d’une cellule raccourcissent, celle-ci perd sa capacité à fonctionner normalement. En gros, des télomères plus courts vous rendent plus sensible à un certain nombre de maladies, comme le cancer ou les maladies cardiovasculaires.
Enfin, le brin parent et son brin d’ADN complémentaire s’enroulent dans la forme familière de la double hélice. Il en résulte deux molécules d’ADN constituées d’une nouvelle et d’une ancienne chaîne de nucléotides. Chacune de ces deux hélices filles est une copie presque exacte de l’hélice parentale (elle n’est pas identique à 100% en raison des mutations).
Le génome humain – c’est-à-dire l’ensemble complet des gènes présents dans le noyau d’une cellule – est composé de 3 milliards de paires de bases. De façon remarquable, il faut très peu de temps à notre machinerie biologique pour copier quelque chose d’aussi excessivement long. Chaque cellule accomplit l’ensemble du processus en une heure seulement!