Réplication de l’ADN

Question 1

Quel est le dogme de la biologie moléculaire?

Answer 1

C’est que l’ADN est transcrit en ARN qui est traduit en protéine.

Question 2

Combien avons-nous de cellules dans le corps humain?

Answer 2

50-75 milliards qui proviennent toutes d’une seule cellule.

Question 3

Combien avons-nous de nouvelles cellules tous les jours?

Answer 3

Des millions par croissance et par remplacement des cellules mortes.

Question 4

Vrai ou faux? Toutes les cellules ont exactement le même code génétique?

Answer 4

Vrai.

Question 5

Combine y a-t-il de paires de bases par génome humain?

Answer 5

3 milliards.

Question 6

Combien de temos prend la division cellulaire?

Answer 6

16 heures.

Question 7

Combien de temps prend la réplication de l’ADN?

Answer 7

10h soit 80 000 pb/secondes sans erreur! Ce qui n’est pas si long considérant la quantité de paires de bases.

Question 8

Comment expliquer que l’ADN est son propre moule?

Answer 8

Car il est complémentaire. En effet, chaque brin d’ADN mère sert de moule pour le brin fille complémentaire.

Question 9

Quels sont les 4 groupes de mots qui décrivent la réplication de l’ADN?

Answer 9

Complexe (plusieurs protéines impliquées)

Hautement spécialisé (plusieurs enzymes consacrées seulement à la réplication de l’ADN pour ne pas mélanger des mécanismes et causer des erreurs inutilement).

Vitesse impressionnante

Fidelité quasi parfaite (ne doit pas se tromper pour ne pas causer des mutations)

Question 10

Quelles sont les 2 choses que la réplication d’ADN nécessite?

Answer 10

1. dNTP (désoxyribonucléotides triphosphates : A, C, T et G)

2. Une jonction d’amorce (matrice qui est un bout d’ADN bicaténaire qui continue de façon monocaténaire).

Question 11

Comment est-ce qu’un nucléotide se lie à un brin d’ADN en formation?

Answer 11

Le nucléotide a apparier se rapproche du brin matrice, il y a une attaque nucléophile qui sépare le premier phosphate du nucléotide.

Les deux autres phosphates sont libérés et sont transformés par la pyrophosphatase en 2Pi.

Question 12

Comment l’appariement des bases se fait correctement (A avec T et C avec G)?

Answer 12

C’est que l’ADN polymérase ne discrimine pas le nucléotide entrant, c’est seulement l’attaque nucléophile qui se fait beaucoup mieux lorsque les nucléotides sont déjà appariés. C’est pourquoi ce n’est pas n’importe quelle base qui peuvent se lier ensemble, car l’attaque nucléophile ne se fera pas ou très peu efficacement.

Donc lorsque deux bases non complémentaires s’approchent, l’attaque nucléophile se fait pas.

Voir diapo 10

Question 13

Avec quoi peut-on comparer l’ADN polymérase? Quelles sont les caractéristiques des différentes parties?

Answer 13

On peut la comparer à une main.

Dans la paume, on retrouve 2 ions métalliques divalents (souvent Mg2+) qui ont comme rôle de modifier l’environnement chimique du 3’OH et du dNTP. Un ion réduit le 3’OH en 3’O- ce qui le rend très réactif et qui fait en sorte que l’attaque nucléophile sera plus efficace. L’autre stabilise les phosphates β et γ du nucléotide. On y retrouve aussi les exonucléases.

Les doigts de la main, lors d’un appariement correct, se referment sur le dNTP, ce qui cause le rapprochement du nucléotide des ions métalliques et qui augmente la vitesse de catalyse. Les doigts induisent une rotation de 90°entre la 1ère et la 2ème base de la matrice ce qui empêche tout appariement d’un dNTP avec la 2ème base.

Le pouce n’aide pas à la catalyse, il maintient l’amorce et le site actif de la paume en position optimale et il permet de maintenir une association forte entre l’ADN pol et son substrat.

Question 14

Que retrouve-t-on dans la paume de la main qui permet d’éliminer les nucléotides mal appariés? Quel est le processus.

Answer 14

Ce sont les exonucléases.

Les mésappariements ralentissent la catalyse et vont diminuer l’affinité de l’ADN pol pour la jonction amorce-matrice ce qui cause la sortie de l’amorce du site actif (la polymérase perd son affinité). L’amorce se lie à l’exonucléase et l’ADN mésapparié est enlevé. L’ADN polymérase retrouve son affinité et le processus recommence.

Question 15

Résumez les étapes du cycle de l’ADN polymérase en 5 étapes.

Answer 15

1- Le dNTP entrant s’apparie à la 1ère base disponible de la matrice

2- Provoque une fermeture des doigts autours du dNTP apparié

3- Place les ions métalliques en position qui permet de catalyser la formation de la nouvelle liaison phosphodiester

4- Attachement du nucléotide à l’amorce – provoque l’ouverture des doigts et permet à la jonction amorce:matrice d’avancer d’une paire de base

5- L’ADN polymérase est prête pour un nouveau cycle d’ajout de nucléotide sur l’amorce

Question 16

Dans un tube, on veut répliquer un fragment d’ADN. Qu’a-t-on besoin?

Answer 16

1 jonction amorce-matrice, une ADN polymérase et des dNTP.

Question 17

Quelle est la différence entre une enzyme processive et une enzyme pas processive?

Answer 17

Une enzyme processive signifique qu’elle peut catalyser plusieurs liaisons l’une à la suite de l’autre tandis qu’une enzyme pas processive se détache après avoir catalysé une réaction.

Question 18

Comment expliquer la processivité de l’ADN polymérase?

Answer 18

Elle est processive, car à chaque liaison à son substrat, l’ADN polymérasecatalyse l’ajout de plusieurs nucléotides (quelques nucléotides à plus de 50 000).

Question 19

Quelle est l’étape limitante de la réaction de l’ADN polymérase?

Answer 19

Puisque celle-ci est processive, l’étape limitante à la réaction devient alors la liaison de la polymérase à sa jonction amorce-matrice qui prend ≈ 1 sec tandis que l’ajout de nucléotides ≈ millisecondes.

Question 20

Qu’est-ce que la fourche de réplication?

Answer 20

L’endroit où l’ADN passe de 1 ADN bicaténaire à 2 ADN bicaténaires.

Question 21

Vrai ou faux? Dans la cellules les 2 brins d’ADN ne sont pas répliqués simultanément.

Answer 21

Faux. Ils le sont.

Question 22

La réplication se fait toujours dans quel sens?

Answer 22

5’ vers 3’

Question 23

Comment exprimer la réplication discontinue?

Answer 23

Premièrement, la primase (ARN polymérasse consacrée à la fabrication d’amorces courtes sur la matrice monocaténaire [5-10 nucléotides]) va se lier aléatoirement sur le nrin discontinu pour fabriquer plusieurs jonctions amorces-matrices.

Ensuite, à partir de l’amorce, l’ADN polymérase vs venir synthétiser les fragments d’Okazaki.

Question 24

Comment les amorces d’ARN sont-elles éliminées?

Answer 24

La RNase H dégrade spécifiquement les ARN appariés à l’ADN. Elle enlève tout, sauf le dernier ribonucléotide, car elle est incapable de le reconnaître.

Exonucléase 5’ enlève le dernier ribonucléotide.

L’ADN polymérase remplit la brèche créée.

La césure est réparée par une ADN ligase.

Question 25

Les hélicases sont-elles processives?

Answer 25

Oui, car elles ne se détachent pas après chaque réaction.

Question 26

Comment caractériser la structure des hélicases?

Answer 26

Ce sont des hexamères sous forme d’anneau.

Question 27

Quelle est la polarité de l’hélicase?

Answer 27

5’ vers 3’ ou 3’ vers 5’ selon l’hélicase.

Question 28

Quel est le rôle de l’hélicase?

Answer 28

C’est elle qui ouvre la double hélice de l’ADN.

Question 29

Que sont les SSB? Quels sont leurs rôles?

Answer 29

Ce sont des protéines liant l’ADN simple brin pour la stabiliser. Cela empêche le réappariement, la dégradation et la formation de boucles. Par exemple, lorsque certains virus injectent leur ADN dans la cellule, grâce aux SSB, leur ADN ne peut pas être traduit en protéine.

Leur liaisons sont coopératives, donc la liaison d’une SSB facilite la liaison d’une autre SSB.

Question 30

Quel est le rôle de la topoisomérase?

Answer 30

Elle coupe l’ADN et fait passer les brins dans la coupure.

Elle élimine le surenroulement généré par l’hélicase.

Question 31

Vrai ou faux? Tous les organismes fonctionnent avec les mêmes protéines pour la réplication de l’ADN.

Answer 31

Vrai. Ils ont tous un type de primase, d’hélicase, de SSB et de topoisomérase.

Question 32

Quel est le rôle de la primase?

Answer 32

Elle peut initier la synthèse sur n’importe quel segment d’ADN simple brin.

Question 33

Quel est le rôle de l’ADN polymérase?

Answer 33

D’allonger le 3’OH d’une amorce appariée à une matrice monocaténaire seulement.

Question 34

Quelle est la polymérase qui est imporante pour la réplication chez les procaryotes?

Answer 34

La polymérase III coeur qui sert à la réplication du chromosome.

Question 35

Quelles sont les polymérases importantes chez les eucaryotes concernant la réplication?

Answer 35

Polymérase α qui est responsable de la synthèse des amorces pendant la réplication de l’ADN.

Polymérase δ qui est responsable de la synthèse du brin discontinu de l’ADN, réparation par excision de nucléotides (NER) et BER.

Polymérase ε qui est responsable de la synthèse du birn continu de l’ADN, NER et BER.

Note : NER et BER sont des systèmes de réparation.

Question 36

Comment expliquer le processus de réplication par polymérase α/primase? Comment caractériser la processivité?

Answer 36

Il y a initiation des brins neufs (on fait un peu d’ADN après l’ARN pour aider les polymérases δ et ε. La primase fait l’amorce et la pol α commence la réplication. La processivité est faible.

Question 37

Comment expliquer le processus de réplication par polymérase δ et ε? Comment caractériser la processivité?

Answer 37

Elles prennent le relais de pol α (ne fonctionnent pas bien avec seulement un petit bout de d’ARN). Elles ont une processivité élevée.

• Pol δ s’occupe du brin discontinu
• Pol ε s’ccupe du brin continu

Question 38

Quelles sont les caractéristiques de l’anneau coulissant? À quoi sert-il?

Answer 38

Son role principal est d’augmenter beaucoup la processivité. Ils encerclent la double hélice d’ADN et sont fortement liés à l’ADN polymérase lorsque celle-ci est dans une jonction amorce-matrice.

Ils sont formés de plusieurs sous-unités et en forme de beigne.

Question 39

Pourquoi est-ce qu’un anneau coulissant est nécessaire pour l’ADN polymérase?

Answer 39

Car l’ADN polymérase se détache à toutes les 20-100 paires de bases. L’anneau empêche la polymérase de s’éloigner afin qu’elle reste proche de son substrat.

L’ADN polymérase a une forte affinité avec l’anneau coulissant tant qu’elle est dans une jonction amorce-matrice.

Quand l’ADN polymérase se détache quand elle a finit son travail, l’anneau coulissant reste pour recruter d’autres protéines.

Question 40

Chez quels organismes sont retrouvés les anneaux coulissants? Comment varie leur structure?

Answer 40

Ils sont retrouvés chez les procaryotes, les virus et les eucaryotes. Leur fonction et structure sont conservées ce qui témoigne de leur importance.

Question 41

Comment les anneaux coulissants sont placés sur l’ADN?

Answer 41

Ils sont placés par des poseurs d’anneaux coulissants à chaque jonction amorce-matrice pour les processus de réplication et de réparation.

Question 42

Que comprend l’holoenzyme de l’ADN polymérase III?

Answer 42

La protéine τ, un domaine flexible, un complexe γ (poseur d’anneau coulissant) et un anneau coulissant.

Question 43

Comment expliquer le fonctionnement de l’holoenzyme de l’ADN polymérase III?

Answer 43

L’hélicase se situe dans la protéine τ et elle s’occupe de dérouler le double brin de l’ADN. Une fois l’ADN sous forme de simple brin, des SSB viennent se lier sur lui.

Sur le brin discontinu, une amorce ARN commence un nouveau fragment d’Okazaki et est posé par une primase. La primase se détache et en pose de façon aléatoire sur le brin discontinu. La polymérase du brin discontinu prolonge le fragment d’Okazaki. Lorsque le fragment d’Okazaki est complet, la polymérase quitte l’ADN et l’anneau coulissant. Un anneau coulissant est déposé au niveau de la nouvelle amorce ARN. L’ADN polymérase se lie au nouvel anneau coulissant et commence une nouvelle synthèse d’ADN.

Sur le brin continu, la polymérase fait la synthèse de l’ADN d’un seul coup.

Question 44

De quoi est constitué le réplisome?

Answer 44

De l’ADN polymérase holoenzyme, de l’hélicase (qui se lit via les sous-unités tau) et de la primase (qui se lit faiblement à l’hélicase à toutes les secondes).

Question 45

La formation initiale d’une fourche de réplication nécessite quoi?

Answer 45

La formation initiale d’une fourche de réplication nécessite l’ouverture de la double hélice pour fixer l’hélicase.

Question 46

Où se fait l’initiation de la réplication?

Answer 46

Elle se fait au niveau des séquences internes des chromosomes. Les sites spécifiques où débute la réplication se nomme l’origine de réplication.

Question 47

Qu’est-ce qui varie entre les espèces concernant les origines de réplication?

Answer 47

Leur nombre varie selon les espèces. On en compte une à plusieurs milliers par chromosome. Chez les eucaryotes = 1 ori / 30 kpb.

Question 48

Quels sont les deux composants de l’initiation de la réplication? Quelles sont leurs caractéristiques? Chez les procaryotes.

Answer 48

Le réplicateur qui est une région dont les séquences d’ADN sonr suffisantes pour l’initiation de la réplication. Il inclus des séquences de fixation de l’initiateur et des séquences facilement déroulées (AT riche puisqu’elles sont plus faciles à dérouler).

L’initiateur est une protéine qui reconnaît spécifiquement une séquence du réplicateur. Elle active l’initiation de la réplication en ouvrant la double hélice.

Question 49

Quels sont les 3 rôles des initiateurs? Chez les procaryotes.

Answer 49

1. Ils lient l’ADN aux réplicateurs.
2. Ils recrutent les protéines nécessaires à l’initiation de la réplication.
3. Ils déforment ou dénsturent parfois la région adjacente à leur site de liaison.

Question 50

Comment expliquer l’initiation de la réplication procaryote?

Answer 50

L’initiateur va aller se fixer sur le réplicateur qui se situe juste avant une section d’ADN facilement dénaturable (AT riche). Les brins adjacents vont se séparer. Le poseur d’hélicase va venir poser l’hélicase et le complexe ADN poymérase holoenzyme va suivre.

Question 51

Comment caractériser l’initiation de la réplication eucaryote? Quels sont les deux événements?

Answer 51

Ça se passe à 2 moments différents du cycle cellulaire:

1- Sélection des réplicateurs (en phase G1) : on identifie les séquences qui dirigent l’initiation et il y a assemblage d’un complexe de protéines sur chaque réplicateur.

2- Activation des origines de réplication (en phase S) : on sépare des brins aux réplicateurs et recrute les ADN polymérases.

Question 52

La première étape de l’initiation de la réplication chez les eucaryotes est la formation du préréplicatif (pre-RC). Expliquez cette étape.

Answer 52

Il y a reconnaissence du réplicateur par l’initiateur (ORC). ORC recrute 2 poseurs d’hélicases (Cdc6 et Cdt1). Ce complexe recrute l’ADN hélicase.

Question 53

Quelles sont les caractéristiques de l’assemblage des fourches chez les eucaryotes?

Answer 53

Se fait à l’entrée de la phase S. Il y a phosphorylation (activation) des pre-RC et d’autres protéines par Cdk et Ddk. Les pre-RC retiennent les hélicases donc lorsque celles-ci sont phosphorylées, les hélicases peuvent commencer leur travail. On recrute des ADN polymérase.

Question 54

Comment les fourches sont-elles régulées?

Answer 54

Lorsque l’activité de Cdk est basse, il y a une formation de pré-RC possible mais pas d’activation des pré-RC.

Lorsque l’activité de Cdk est élevée, la formstion de nouveauc pré-RC est impossible et l’activation des pré-RC est déjà positionnée.

Donc, lorsque le niveau de Cdk est bas, on est dans la phase d’assemblage (G1) et lorsque le niveau de Cdk est élevé on est dans la phase d’activation (S).

Question 55

Lorsqu’un chormosome est circulaire, lors de la réplication de l’ADN, les deux chromosomes après la réplication sont emboîtés l’un dans l’autre. Comment faire pour les désemboiter?

Answer 55

La topoisomérase II est requise pour les séparer.

Question 56

Sur le brin discontinu, que se passe-t-il à la fin de la synthèse d’ADN?

Answer 56

Sur le brin discontinu, on doit enlever les amorces d’ARN. Le dernier à l’extrémité 5’ est impossible à répliquer parce qu’il y a rien après. C’est seulement quelques nucléotides, mais au bout de millions de divisions, c’est plusieurs millions de nucléotides.

Question 57

Quelle est la solution pour protéger les chromosomes de perdre plusieurs nucléotides après chaque division?

Answer 57

L’extrémité 3’ monocaténaire recrute une polymérase unique (télomérase).

Question 58

Que sont les télomères?

Answer 58

Les extrémités des chromosomes sont appalés télomères. Ce sont des séquences courtes répétées (humains – 5’TTAGGG). Elles sont répété des milliers de fois (5 -15 kb par chromosome). Ce sont des répétitions bicaténaires possédant une extrémité 3’ monocaténaire.

Question 59

Quelles sont les caractéristiques de la télomérase? Quel est son rôle? Quelles sont les différentes parties qui la compose?

Answer 59

C’est une ADN polymérase qui n’a pas besoin de matrice exogène. Son rôle est d’allonger l’extrémité 3’.

Elle est composée d’une ribonucléoprotéine. C’est l’ARN de la polymérase qui sert de matrice et qui forme une jonction amorce-matrice pour la TERT

Elle contient une TERT qui est la sous-unité catalytique. C’est une réverse transcriptase, car elle rétro-transcrit l’ARN en ADN.

Question 60

Comment expliquer le processus d’extension des télomères?

Answer 60

La télomérase allonge l’extrémité 3’ du télomère. L’extension 3’ sert de matice pour la synthèse d’un nouveau fragment d’Okazaki. Il y a alors réparation du fragment d’Okazaki et extension du télomère.

Question 61

Vrai ou faux? Le côté 3’ du télomère va toujouts conserver un dépassement en 3’.

Answer 61

Vrai.

Question 62

Comment est régulée la longueur des télomères?

Answer 62

Lors de l’élongation du télomère, des protéines liant l’ADN double brin télomérique viennent se fixer. Ces protéines inhibent la télomérase, donc plus le télomère est allongé, plus il y a de protéines qui se fixent et donc l’inhibition est de plus en plus renforcée. Lorsqu’il y a beaucoup de protéines, la télomérase se détache.

Question 63

Comment expliquer que le racourcissement du télomère est un facteur de protection?

Answer 63

Le racourcissement du télomère est un facteur de protection contre le risque de mutation, car plus on copie une séquence, plus il y a des risques.

Question 64

Qu’est-ce qu’une boucle T?

Answer 64

Une boucle T est une structure qui permet de protéger l’extrémité 3’ du télomère en le repliant à l’intérieur de lui-même. Cela fait en sorte que la cellule ne peut pas le dégrader, ce qui le protège.