11 La réplication de l`ADN

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La réplication de l’ADN
11.1 Le cycle cellulaire
Les cellules passent la majorité de leur
temps en phase G0 (copie d’ADN en
ARN).
Lorsqu’elles se divisent, elles doivent
doubler leur ADN (copie d’ADN en
ADN), afin que les deux nouvelles
cellules obtenues soient identiques.
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11.2 La réplication de l’ADN est semi-conservatoire
Chaque brin de l’hélice bicaténaire sert de matrice à la synthèse d’un brin fils.
Chaque molécule fille d’ADN contient un brin parental et un brin fils nouvellement synthétisé.
molécule parentale
molécules filles
1) hélicase
2) polymérase
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Description de la chimie de la
réplication de l’ADN
(a) Pendant la synthèse d’ADN, le
désoxyribonucléotide 5’-phosphate à placer
forme des liaisons hydrogènes avec un résidu
du brin parental et devient ainsi une base
appariée. Il se forme ensuite un lien
phosphodiester entre ce nouveau nucléotide
et le résidu terminal de la chaîne naissante
d’ADN avec départ de Ppi.
(b) Le squelette phosphoglucidique provient
d ’un transfert du groupe nucléotidyle d’un
désoxynucléoside 5’-triphosphate (dNTP) à
l’hydroxyle 3’ du résidu nucléotidyle
terminal de la chaîne d’ADN en formation.
Après le départ du pyrophosphate, l’ADN
polymérase se déplace d’un résidu, un
nouveau dNTP se fixe et l’enzyme enclenche
le transfert du groupe nucléotidyle suivant,
allongeant la chaîne d’une autre unité
nucléotidique.
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11.3 La réplication de l’ADN est bi-directionnelle
Pour un ADN de procaryote circulaire, deux réplisomes ou réplicateurs vont en sens inverse à partir
d’une origine commune. Pour un ADN d’eucaryote linéaire et de beaucoup plus grande taille, la
réplication démarre en un très grand nombre de sites (jusqu’à 6000 fourches de réplication).
procaryote
eucaryote
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11.4 Mécanismes à la fourche de réplication
Il existe 3 ADN polymérases :
l’ADN polymérase I,
l’ADN polymérase II (rôle
inconnu) , et;
l’ADN polymérase III qui effectue
son action à la fourche de
réplication.
L’holoenzyme d’ADN polymérase III
catalyse l ’addition de 1000
nucléotides par seconde à 37°C.
La sous-unité α provoque
l’allongement de l’ADN par
incorporation successive des résidus
complémentaires à ceux du brin
parental (il faut du Mg 2+).
La sous unité e possède une activité
d’exonucléase 3’→ 5’.
La sous-unité α insère 1 base erronée sur 10,000. L’unité ε corrige ces défauts avec un taux
d’erreur de 1 sur 1,000. Le taux d’erreur global est donc de 10 –7.
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Avance de la fourche
La synthèse du brin avancé ou précoce est continue
dans le sens 5’→ 3’.
Aucune ADN polymérase ne
fonctionne dans le sens 3’→ 5’
ß
La synthèse du brin retardée ou tardif est discontinue
dans le sens 5’→ 3’.
L’holoenzyme d ’ADN polymérase III synthétise l’ADN sur l’amorce d ’ARN.
La primase est l ’enzyme qui pose les amorces d’ARN du brin retardé (1 amorce par seconde).
Cette enzyme fait partie du primosome, une région du réplicateur qui opère à la fourche de
réplication. Le primosome est constitué d’au moins 17 sous-unités peptidiques.
Les amorces d’ARN sont constituées de 1 à 3 nucléotides.
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L’histoire complète
Les hélicases dnaB/dnaC et protéine rep du primosome détordent l’ADN double brin au fur et à
mesure que le réplisome se déplace. La primase du primosome introduit les amorces d’ARN du brin
retardé. Les protéines SSB (stabilisatrices de simple brin) enrobent les brins monocaténaires exposés.
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11.5 La finalisation du brin retardé
L’ADN polymérase I est constituée de 2
chaînes polypeptidiques (76 kdal et 36 kdal).
(a)
Le plus grand fragment (de Klenow) possède
une activité de 3’→ 5’ exonucléase et de
5’→ 3’ polymérase.
Le petit fragment est une 5’→ 3’
exonucléase.
(b)
Fragment de Klenow
la gorge de 2nm de largeur fixe l’ADN-B.
(a) Au départ la gorge serre le brin instructeur et
l’activité de polymérase 5’→ 3’ permet d’incorporer
les nouvelles bases complémentaires.
(b) En cas d’erreur, il se produit un encombrement
stérique qui bloque l’avancement de l’enzyme.
L’enzyme recule et le nucléotide défectueux est alors
retiré à cause de l’activité exonucléase 3’→ 5’.
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(a) La synthèse discontinue aboutit à une césure
(lacune) entre l’extrémité 3’ d’un fragment
d’Okazaki et l’extrémité 5’ de l’amorce d’ARN du
fragment d’Okazaki suivant.
(b) L’ADN polymérase I vient se fixer sur la
lacune. Elle allonge le fragment d’Okazaki par son
activité de polymérase 5’→ 3’ et retire l’amorce
d ’ARN du fragment d’Okazaki suivant par son
activité d’exonucléase 5’→ 3’.
(c) L’ADN polymérase I se retire lorsque l’amorce
d’ARN a été totalement éliminée. Elle est
remplacée par l’ADN ligase.
(d) L’ADN ligase referme la césure finale et se
retire à son tour.
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Fonctionnement de l’ADN ligase
E. coli
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11.6 Séquençage d’un
nucléotide d’ADN
Méthode de Sanger
La polymérisation par le fragment de Klenow
s’arrête quand un didésoxyribonucléotide
(ddXTP) est incorporé au lieu d ’un
désoxyribonucléotide (dXTP). La position de
ddXTP marque la position du dXTP
correspondant dans la séquence.
didésoxyribonucléotide (ddXTP)
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11.7 La réplication de l’ADN d’eucaryote
La réplication de l’ADN d’organismes eucaryotes s’accompagne d’un processus de duplication des
histones. Les fragments d’Okazaki sont plus courts que dans le cas des organismes procaryotes ( ≈ 135
nucléotides) car les fourches de réplications avancent plus lentement.
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