Réplication de l’ADN

L’acide désoxyribonucléique, c’est-à-dire l’ADN ( ADN est son acronyme en anglais), constitue l’identité de chaque cellule, car il est son matériel génétique. Lorsqu’une cellule se divise pour former deux cellules, soit par mitose, soit par méiose, les biomolécules et les organites doivent se dupliquer pour créer chaque nouvelle cellule. Dans les cellules eucaryotes, l’ADN se trouve dans le noyau de la cellule et doit être reproduit exactement pour s’assurer que les deux nouvelles cellules sont identiques à celle qui les a créées, et aussi qu’elles ont le bon nombre de chromosomes. Le processus de duplication de l’ADN est appelé  réplication .; c’est un processus essentiel dans la croissance et la reproduction cellulaire, ainsi que dans les processus de réparation cellulaire. Le processus de réplication de l’ADN comporte plusieurs étapes et implique diverses protéines appelées enzymes de réplication , ainsi que l’ARN , l’acide ribonucléique.  Dans les cellules eucaryotes , les cellules qui composent les animaux et les plantes, la réplication de l’ADN se produit dans la phase S du cycle cellulaire .

Voici les aspects clés de la réplication de l’ADN :

• L’acide désoxyribonucléique, communément appelé ADN, est un acide nucléique composé de trois composants principaux : un sucre, le désoxyribose ; un groupe phosphate; et une base azotée.
• Étant donné que l’ADN contient le matériel génétique d’un organisme, il est important qu’il soit copié exactement au moment où une cellule se divise. Le processus biochimique complexe qui conduit à la copie de l’ADN est appelé réplication.
• La réplication implique la production de brins d’ADN identiques à partir d’une molécule d’ADN à double hélice.
• Les enzymes sont essentielles à la réplication de l’ADN, car elles catalysent des étapes très importantes du processus.
• Le processus général de réplication de l’ADN est extrêmement important pour la croissance cellulaire et la reproduction des organismes. Il est également vital dans le processus de réparation cellulaire.

la structure de l’adn

L’ADN ou acide désoxyribonucléique est un type de molécule connu sous le nom d’acide nucléique. Il est composé de désoxyribose, un sucre à cinq atomes de carbone (C ₅ H ₁₀ O ₄ ), d’un phosphate et d’une base azotée. L’ADN est composé de deux brins d’acide nucléique en forme de spirale qui sont liés ensemble pour former une double hélice. La forme en hélice entrelacée permet à l’ADN d’être une molécule appelée chromatine et est le composant des chromosomes. Avant la réplication de l’ADN, la chromatine se déplie, permettant aux processus de réplication cellulaire des brins d’ADN de prendre le relais.

Préparation de la réplication

Étape 1 : formation de la fourche de réplication

Avant que le processus de réplication de l’ADN ne commence, les deux brins entrelacés qui le composent doivent être séparés. L’ADN est composé de quatre bases appelées adénine (A), thymine (T), cytosine (C) et guanine (G), organisées en paires qui relient les deux chaînes ensemble, formant des ponts. L’adénine ne se lie qu’à la thymine et la cytosine ne se lie qu’à la guanine. Pour séparer les deux brins d’ADN, ces ponts formés par les bases doivent être rompus. Ce processus est effectué par une enzyme connue sous le nom d’hélicase d’ADN. L’hélicase d’ADN perturbe séquentiellement la liaison hydrogène entre les bases qui forment chaque pont entre les deux brins, les séparant et, dans le processus, transformant la double hélice en un assemblage de ramification en forme de Y connu sous le nom de fourche de réplication, comme le montre le chiffre.

En conséquence de la séparation des chaînes et compte tenu du fait que les bases qui forment les ponts sont différentes dans chaque chaîne, chacune aura une composition différente après la division. L’extrémité du pont qui reste sur chaque brin après séparation est exprimée en 5′ ou 3′. L’extrémité 5′ a un groupe phosphate (P) tandis que l’extrémité 3′ a un groupe hydroxyle (OH). Cette directionnalité est importante dans le processus de réplication, car elle ne se produit que dans la direction 5′ vers 3′. Cependant, comme indiqué, bifurquer la division génère des extrémités différentes sur chaque chaîne. Une corde sera orientée dans le sens 3′ à 5′, la corde menante, tandis que l’autre sera orientée 5′ à 3′, la corde retardatrice. Donc,

La réplication commence

Étape 2 : liaison d’initiation

La chaîne principale est la plus facile à répliquer. Une fois que les brins d’ADN ont été séparés, un court morceau d’ARN, une molécule starter, se fixe à l’extrémité 3′ du brin, fournissant le point de départ pour la réplication. Ces molécules d’initiation sont générées par l’enzyme ADN primase.

Réplication de l’ADN : allongement

Étape 3 : Allongement

Des enzymes connues sous le nom d’ADN polymérases sont responsables de la création du nouveau brin par un processus appelé élongation. Il existe cinq types différents d’ADN polymérases dans les bactéries et les cellules humaines. Dans les bactéries telles que E. coli, la polymérase III est la principale enzyme de réplication, tandis que les polymérases I, II, IV et V sont chargées de vérifier et de réparer les erreurs qui se produisent dans la chaîne. L’ADN polymérase III se lie au brin au site d’initiation et commence à ajouter de nouvelles paires de bases complémentaires au brin de réplication. Dans les cellules eucaryotes, les polymérases alpha, delta et epsilon sont les principales polymérases impliquées dans la réplication de l’ADN. Étant donné que la réplication se déroule dans la direction 5 ‘vers 3’ sur le brin principal, le nouveau brin est formé en continu.

La chaîne retardée démarre la réplication à partir de plusieurs initiateurs. Chaque amorce est séparée par plusieurs bases. L’ADN polymérase ajoute des morceaux d’ADN, appelés fragments d’Okazaki, aux tronçons de brin situés entre les amorces. Ainsi, le processus de réplication est discontinu, puisqu’il alterne dans les longueurs de la chaîne entre les initiateurs.

Étape 4 : Résiliation

Une fois les brins continus et discontinus formés, une enzyme appelée exonucléase élimine toutes les amorces d’ARN des brins d’origine. Ces amorces sont alors remplacées par les bases correspondantes. Une autre exonucléase relit l’ADN nouvellement formé pour le vérifier, supprimant et remplaçant toutes les erreurs qui auraient pu se produire au cours du processus. Une autre enzyme appelée ADN ligase relie les fragments d’Okazaki en un seul brin. Les extrémités d’ADN linéaires posent un problème, car l’ADN polymérase ne peut ajouter des nucléotides que dans la direction 5 ‘vers 3’. Les extrémités des brins parents sont constituées de séquences d’ADN répétitives appelées télomères. Les télomères agissent comme des capuchons protecteurs à l’extrémité des chromosomes pour empêcher les chromosomes voisins de fusionner. Un type spécial d’enzyme ADN polymérase appelée télomérase catalyse la synthèse de séquences de télomères aux extrémités de l’ADN. Une fois terminé, le brin parent et son brin d’ADN complémentaire sont liés ensemble à la manière bien connue de la double hélice. À la fin du processus de réplication, deux molécules d’ADN sont produites, chacune contenant un brin de la molécule d’origine et un nouveau brin produit lors du processus de réplication.

enzymes de réplication

La réplication de l’ADN ne se produirait pas sans la participation d’enzymes qui catalysent diverses étapes du processus. Les principales enzymes impliquées dans le processus de réplication de l’ADN eucaryote sont :

• Hélicase d’ADN : Déplie et sépare le double brin d’ADN lorsqu’il se déplace le long de la molécule. Il forme ainsi la fourche de réplication en cassant les liaisons hydrogène qui forment les ponts entre paires de nucléotides d’ADN.
• ADN primase : un type d’ARN polymérase qui génère des amorces pour le processus. Les amorces sont de courtes molécules d’ARN qui agissent comme des matrices au point de départ de la réplication de l’ADN.
• ADN polymérases : synthétisent de nouvelles molécules d’ADN en ajoutant des nucléotides aux brins d’ADN avant et arrière.
• Topoisomérase ou ADN gyrase : déplie et entrelace les brins d’ADN pour empêcher l’ADN de s’emmêler.
• Exonucléases : groupe d’enzymes qui éliminent les bases nucléotidiques de l’extrémité d’un brin d’ADN.
• ADN ligase : relie des fragments d’ADN formant des liaisons phosphodiester entre les nucléotides.

résumé

La réplication de l’ADN est un processus qui génère des brins d’ADN identiques à partir d’une seule molécule d’ADN à double hélice. Chaque nouvelle molécule d’ADN se compose d’un brin de la molécule d’origine et d’un brin formé au cours du processus de réplication. Avant la réplication, l’ADN se déplie et les brins de la double hélice se séparent. Une fourche de réplication en forme de Y est formée qui sert de modèle pour la réplication. Les molécules d’amorce se fixent aux brins d’ADN séparés et les ADN polymérases ajoutent de nouvelles séquences de nucléotides dans la direction 5 ‘à 3’.

Cette incorporation de nucléotides est continue sur le brin avant et fragmentée sur le brin retard. Une fois l’allongement des brins d’ADN terminé, les nouveaux brins sont vérifiés pour les erreurs, les réparations sont effectuées si nécessaire et des séquences de télomères sont ajoutées aux extrémités de l’ADN.

Fontaine

• Reece, Jane B., et Neil A. Campbell. Campbell Biologie . Benjamin Cummings, 2011.
• Lehninger. Principes de biochimie – Omega, 6e édition 2014