Réplication, module 3 Flashcards
Qu’est-ce que la réplication de l’ADN
La réplication de l’ADN, appelée aussi duplication de l’ADN, est le processus au cours duquel l’ADN est synthétisé grâce à l’ADN polymérase. Ce mécanisme permet d’obtenir, à partir d’une molécule d’ADN, deux molécules identiques à la molécule initiale, en vue de leur distribution aux deux cellules filles pendant la mitose.
Puisque les deux chaînes de l’ADN parental se séparent et que deux nouvelles molécules sont formées, on qualifie ce processus de semi-conservatif.
Qu’est-ce que le modèle semi-conservateur et comment fonctionne-t-il?
Le modèle conservateur: Chaque brin sert de matrice à la synthèse d’un brin complémentaire donnant naissance à deux nouvelles molécules d’ADN identiques. C’est l’appariement correct des bases du brin en synthèse avec les bases du brin matrice qui détermine l’identité des bases à inverser. A-T et C-G assure que le nouvel ADN sera identique à l’ADN parental.
MÉCANISME DE LA SYNTHÈSE
Comment et par quel principe se fait l’addition des nucléotides?
L’addition des nucléotides sur le brin se fait grâce à l’hydrolyse d’un pyrophosphate à partir d’un nucléotide triphosphate. Cette hydrolyse est nécessaire pour catalyser la formation du lien ester entre 2 nucléotides. Cela signifie donc que le brin matrice est toujours parcouru de 3’ vers 5’ par l’ADN polymérase (Une ADN polymérase est une enzyme faisant partit du complexe enzymatique intervenant dans la réplication de l’ADN au cours du cycle cellulaire lors de la phase S, mais aussi dans des processus de réparation et de recombinaison de l’ADN. Les ADN polymérases utilisent des désoxyribonucléosides triphosphate comme base pour la synthèse d’un brin d’ADN, en utilisant un autre brin d’ADN comme matrice. Ce processus réplicatif utilise la complémentarité des bases nucléiques pour guider la synthèse du nouveau brin à partir du brin matrice.) qui synthétise le brin complémentaire à cette matrice de 5’ vers 3’.
Comment l’ADN polymérase joue un rôle dans la synthèse du brin complémentaire au brin matrice?
PREMIÈREMENT, les nucléotides sont toujours ajoutés à l’extrémité 3’OH d’un nucléotide déjà en place. L’ADN polymérase a donc besoin d’une amorce (chaîne partielle d’ADN complémentaire à la matrice dont l’extrémité 3’ OH pourra être allongé par l’ADN polymérase) qu’elle peut allonger pour produire un nouveau brin. Pour que la POLYMÉRASE puisse assurer l’insertion de nouveaux nucléotides, la géométrie de l’hélice doit être reconnue par celle-ci. FINALEMENT, le nucléotide de la matrice doit être complémentaire pour que l’ADN polymérase puisse catalyser la formation du lien phosphodiester entre le nouveau nucléotide et la chaîne partielle déjà en place.
Comment se fait l’appariement des bases?
L’ADN polymérase permet de positionner le nucléotide pour amener le phosphate alpha à proximité du OH en 3’ de l’amorce. Cette PROXIMITÉ permet la catalyse de la réaction par l’ADN polymérase. Si une base incorrect le phosphate est trop loin. ALORS, le positionnement adéquat du nucléotide dans le site actif de la polymérase permet le lien entre OH en 3’ en phosphate en 5’.
Comment est-il possible d’exclure les ribonucléotides de la chaîne en cours de synthèse?
Le nombre de ribonucléotides excèdent largement le nombre de désoxyribonucléotides dans le noyau. Alors, il faut activement empêcher les ribonucléotides d’entrer dans la chaîne en cours de synthèse. La présence de l’OH en 2’ exclut les ribonucléotides qui ne peuvent s’aligner correctement. Ce phénomène à lieu dans la poche acceptrice de nucléotides au sein de l’ADN polymérase.
Est-ce que la polymérisation est processive? Si oui, comment?
Une fois le complexe de polymérisation formé, la réaction procède rapidement en ajoutant les nucléotides un à la suite de l’autre sans que le complexe est besoin d’être reformé. Le processus n’a pas à être recommencé pour chaque nucléotide.
Pour pouvoir synthétiser un nouveau brin d’ADN, de quoi à besoin l’ADN polymérase?
Les substrats nécessaires à l’ADN polymérase sont:
- Des nucléotides triphosphates (ACTG)
- Un Brin matrice, ADN simple brin (Pour déterminer l’identité des nucléotides à ajouter)
- Une extrémité OH libre, amorce ( séquence déjà hybridé à la matrice qui fournira l’extrémité 3’ OH sur laquelle attacher le nouveau nucléotide)
Qu’est-ce que la primase ou ARN polymérase, et quel est son rôle?
La primase/ARN polymérase est une enzyme intervenant dans le processus de réplication de l’ADN. C’est une ARN polymérase qui permet la synthèse de courts segments d’ARN qui sont ensuite utilisés comme amorces par l’ADN polymérase réplicative pour synthétiser le reste du fragment. Elle est capable contrairement à l’ADN polymérase de positionner un premier nucléotide au début d’une chaîne. Elle ajoute cependant des RIBOnucléotides à l’amorce, ceux-ci seront ensuite remplacés par des désoxyribonucléotides pour assurer l’intégrité du double brin d’ADN.
Comment est remplacée l’amorce d’ARN ajoutée par la primase?
C’est la RNase H (H désigne ici le préférence de l’enzyme pour les hybrides ARN/ADN) qui dégrade les hybrides ARN/ADN en coupant les liaisons entre les ribonucléotides. Celle-ci retire tous les nucléotides sauf le dernier, car il est lié à un désoxyribonucléotides (l’enzyme à peu d’affinité). C’est une exonucléase 5’ qui va retirer le dernier nucléotide. FINALEMENT, l’ADN polymérase peut combler la brèche en utilisant l’extrémité 3’ du brin précédent comme amorce pour combler la brèche).
Pour les PROCARYOTES, toutes ces étapes sont effectuées par l’ADN polymérase 1.
Qu’est-ce que la Ligase de l’ADN et quel est son rôle?
La ligase est une enzyme qui catalyse la formation d’une liaison phosphodiester entre deux segments d’ADN. Les ADN ligases interviennent dans plusieurs processus cellulaires essentiels du métabolisme de l’ADN : dans la réplication de l’ADN, pour la suture des fragments d’Okazaki et dans la réparation de l’ADN et dans la recombinaison homologue. Elle attache deux fragments d’ADN en reformant une liaison phosphodiester entre deux nucléotides adjacents. Plus précisément entre un OH en 3’ et le phosphate alpha du nucléotide monophosphate en 5’ du nucléotide voisin en hydrolysant un ATP.
Qu’est-ce que la fourche de réplication?
Premièrement, les deux brins d’ADN sont répliqués simultanément, la séparation des deux brins de la molécule mère crée ainsi 2 matrices distinctes. La JONCTION entre les deux brins séparés par la partie double brin de l’ADN parental est appelé FOURCHE DE RÉPLICATION. La fourche de réplication se déplace en continue le long de la molécule laissant derrière 2 matrices monocaténaires à partir desquelles se forment les molécules.
Pourquoi le fait que les deux brins d’ADN soient antiparallèles posent problèmes? Quelle est la solution?
Le PROBLÈME: L’un des deux brins est synthétisé dans la même direction que la fourche de réplication, mais l’autre doit être synthétisé dans la direction inverse puisque la synthèse se fait de 5’ vers 3’. Lors de la réplication, le brin « retardé » est synthétisé de manière discontinue, par petits fragments qui sont ensuite suturés les uns aux autres. Ces fragments se nomment FRAGMENTS D’OKAZAKI. Pour ce faire, il faut attendre que la fourche soit exposée à une longueur suffisante d’ADN matrice synthétisé en fragments d’Okazaki, ensuite tous les fragments seront liés ensemble.
Comment la double hélice d’ADN est ouverte et par quelle enzyme?
La séparation de l’ADN à la tête de la fourche de réplication est assurée par les hélicases qui séparent les deux brins d’ADN. Les hélicases sont des enzymes hexamétriques (6 sous-unités qui forment des anneaux autour d’un brin d’ADN) et elles entourent un brin d’ADN. Elles progressent le long du brin de manière processive, c’est-à-dire qu’une fois formées elles se déplacent sur un long segment d’ADN entrainant la séparation du double brin d’ADN parental, en faisant l’hydrolyse de l’ATP.
Comment le simple brin d’ADN lorsqu’il est séparé peut être stabilisé?
L’ADN simple brin libéré par le passage de l’hélicase aurait naturellement tendance à se réappairer. Il doit toutefois demeurer simple brin jusqu’à ce qu’il soit utilisé comme matrice. ALORS, pour STABILISER l’ADN simple brin, les protéines de liaison à l’ADN simple (SSB) se fixent au brin libre pour le maintenir. Les SSB interagissent aussi entre elles pour faciliter la liaison de leur voisine à l’ADN.
Que sont les anneaux coulissants et à quoi servent-t-ils?
Les anneaux coulissants sont composés de sous-unités identiques et entourent l’ADN double brin afin de stabiliser l’association des ADN polymérases à la jonction amorce-matrice. Sans ces anneaux, les ADN polymérases sont peu processives et se détachent après avoir liées 20 à 100 nucléotides. En se liant à l’anneau la réassociation de l’ADN polymérase à la même jonction est grandement facilité ce qui fait que la synthèse peut continuer jusqu’à ce que la polymérase rencontre une portion d’ADN double brin. En effet, lorsque la polymérase atteint une jonction double brin, il y a un changement de conformation et la polymérase perd son affinité pour l’anneau.
Qu’est-ce que l’holoenzyme?
Chez E.coli, la réplication est coordonnée par l’holoenzyme. Elle forme le complexe de réplication avec les hélicases et les primases. Elle permet de relier deux sous-unités de l’ADN polymérase 3 chargée chacune de la réplication d’un des deux bris de l’ADN.
L’HOLOENZYME est composée de deux domaines ADN polymérase, un complexe poseur d’anneau y, un anneau coulissant et deux protéines t pour lier le tout.
