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9.10 : Bases de la réplication de l'ADN - Biologie


Résultats d'apprentissage

Décrire les étapes de base de la réplication de l'ADN

L'élucidation de la structure de la double hélice a fourni un indice sur la façon dont l'ADN se divise et se copie. Ce modèle suggère que les deux brins de la double hélice se séparent lors de la réplication, et chaque brin sert de modèle à partir duquel le nouveau brin complémentaire est copié. Ce qui n'était pas clair, c'était comment la réplication s'était déroulée. Trois modèles ont été suggérés : conservateur, semi-conservateur et dispersif (voir la figure 1).

Dans réplication conservatrice, l'ADN parental reste ensemble et les brins filles nouvellement formés sont ensemble. Les semi-conservateur la méthode suggère que chacun des deux brins d'ADN parentaux agit comme une matrice pour le nouvel ADN à synthétiser ; après réplication, chaque ADN double brin comprend un brin parental ou « ancien » et un « nouveau » brin. Dans le modèle dispersif, les deux copies d'ADN ont des segments double brin d'ADN parental et d'ADN nouvellement synthétisé intercalés.

Meselson et Stahl étaient intéressés à comprendre comment l'ADN se réplique. ils ont grandi E. coli pendant plusieurs générations dans un milieu contenant un isotope « lourd » de l'azote (15N) qui s'incorpore dans les bases azotées, et éventuellement dans l'ADN (Figure 2).

Les E. coli la culture a ensuite été transférée dans un milieu contenant 14N et laissé pousser pendant une génération. Les cellules ont été récoltées et l'ADN a été isolé. L'ADN a été centrifugé à grande vitesse dans une ultracentrifugeuse. Certaines cellules ont pu se développer pendant un cycle de vie supplémentaire dans 14N et tourna à nouveau. Au cours de la centrifugation en gradient de densité, l'ADN est chargé dans un gradient (généralement un sel tel que le chlorure de césium ou le saccharose) et centrifugé à des vitesses élevées de 50 000 à 60 000 tr/min. Dans ces circonstances, l'ADN formera une bande selon sa densité dans le gradient. ADN cultivé dans 15N se groupera à une position de densité plus élevée que celle cultivée dans 14N. Meselson et Stahl ont noté qu'après une génération de croissance en 14N après qu'ils aient été déplacés de 15N, la bande unique observée était intermédiaire en position entre l'ADN des cellules cultivées exclusivement dans 15N et 14N. Cela suggérait un mode de réplication semi-conservateur ou dispersif. L'ADN récolté à partir de cellules cultivées pendant deux générations dans 14N a formé deux bandes : une bande d'ADN était à la position intermédiaire entre 15N et 14N, et l'autre correspondait à la bande de 14N ADN. Ces résultats ne pourraient être expliqués que si l'ADN se réplique de manière semi-conservatrice. Par conséquent, les deux autres modes ont été exclus.

Au cours de la réplication de l'ADN, chacun des deux brins qui composent la double hélice sert de modèle à partir duquel de nouveaux brins sont copiés. Le nouveau volet sera complémentaire du volet parental ou « ancien ». Lorsque deux copies d'ADN filles sont formées, elles ont la même séquence et sont divisées également dans les deux cellules filles.

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En résumé : les bases de la réplication de l'ADN

Le modèle de réplication de l'ADN suggère que les deux brins de la double hélice se séparent pendant la réplication, et chaque brin sert de matrice à partir de laquelle le nouveau brin complémentaire est copié. Dans la réplication conservatrice, l'ADN parental est conservé et l'ADN fille est nouvellement synthétisé. La méthode semi-conservatrice suggère que chacun des deux brins d'ADN parental agit comme matrice pour le nouvel ADN à synthétiser ; après réplication, chaque ADN double brin comprend un brin parental ou « ancien » et un « nouveau » brin. Le mode dispersif suggérait que les deux copies de l'ADN auraient des segments d'ADN parental et d'ADN nouvellement synthétisé. Des preuves expérimentales ont montré que la réplication de l'ADN est semi-conservatrice.


Bases de la réplication de l'ADN

L'élucidation de la structure de la double hélice a fourni un indice sur la façon dont l'ADN se divise et se copie. Ce modèle suggère que les deux brins de la double hélice se séparent lors de la réplication, et chaque brin sert de modèle à partir duquel le nouveau brin complémentaire est copié. Ce qui n'était pas clair, c'était comment la réplication s'était déroulée. Trois modèles ont été suggérés ([link]) : conservateur, semi-conservateur et dispersif.


Dans la réplication conservatrice, l'ADN parental reste ensemble et les brins filles nouvellement formés sont ensemble. La méthode semi-conservatrice suggère que chacun des deux brins d'ADN parent agit comme une matrice pour le nouvel ADN à synthétiser après réplication, chaque ADN double brin comprend un brin parental ou « ancien » et un « nouveau » brin. Dans le modèle dispersif, les deux copies d'ADN ont des segments double brin d'ADN parental et d'ADN nouvellement synthétisé intercalés.

Meselson et Stahl étaient intéressés à comprendre comment l'ADN se réplique. ils ont grandi E. coli pendant plusieurs générations dans un milieu contenant un isotope « lourd » de l'azote (15 N) qui s'incorpore aux bases azotées, et éventuellement à l'ADN ([link]).


Les E. coli la culture a ensuite été déplacée dans un milieu contenant 14 N et laissée croître pendant une génération. Les cellules ont été récoltées et l'ADN a été isolé. L'ADN a été centrifugé à grande vitesse dans une ultracentrifugeuse. Certaines cellules ont été autorisées à croître pendant un cycle de vie supplémentaire dans 14 N et ont été à nouveau tournées. Au cours de la centrifugation en gradient de densité, l'ADN est chargé dans un gradient (généralement un sel tel que le chlorure de césium ou le saccharose) et centrifugé à des vitesses élevées de 50 000 à 60 000 tr/min. Dans ces circonstances, l'ADN formera une bande selon sa densité dans le gradient. L'ADN cultivé dans 15 N se groupera à une position de densité plus élevée que celle cultivée dans 14 N. Meselson et Stahl ont noté qu'après une génération de croissance dans 14 N après qu'ils aient été déplacés de 15 N, la bande unique observée était en position intermédiaire dans entre l'ADN des cellules cultivées exclusivement dans le 15 N et le 14 N. Cela suggérait un mode de réplication semi-conservateur ou dispersif. L'ADN récolté à partir de cellules cultivées pendant deux générations dans du 14 N a formé deux bandes : une bande d'ADN était à la position intermédiaire entre 15 N et 14 N, et l'autre correspondait à la bande d'ADN 14 N. Ces résultats ne pourraient être expliqués que si l'ADN se réplique de manière semi-conservatrice. Par conséquent, les deux autres modes ont été exclus.

Au cours de la réplication de l'ADN, chacun des deux brins qui composent la double hélice sert de modèle à partir duquel de nouveaux brins sont copiés. Le nouveau volet sera complémentaire du volet parental ou « ancien ». Lorsque deux copies d'ADN filles sont formées, elles ont la même séquence et sont divisées également dans les deux cellules filles.


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Étapes de base de la réplication de l'ADN

La synthèse d'une molécule d'ADN (ou) Processus de réplication de l'ADN peut être divisé en TROIS étapes :

1. Initiation Organiser

Le processus de réplication de l'ADN d'E.Coli, appelé "Ori.C", consiste en 245 paires de bases, dont beaucoup sont hautement conservées parmi les bactéries.

Les séquences clés pour cette discussion sont deux séries de courtes répétitions, il y a des répétitions d'une séquence de 13 paires de bases et quatre répétitions d'une séquence de 9 paires de bases.

Au moins « Huit enzymes différentes » (ou) « Protéines » participent à la phase d'initiation de la réplication. Ils ouvrent l'hélice d'ADN à l'origine et établissent un complexe de préparation qui prépare le terrain pour les réactions ultérieures.

Le composant clé dans le processus d'initiation est la protéine Dna.A. Un complexe d'une vingtaine Adn.Une molécule de protéine se lie aux quatre répétitions de neuf paires de bases à l'origine.

Dans une réaction qui nécessite de l'ATP et est facilitée par la bactérie protéine de type histone « HU », les Adn.A protéine reconnaît et dénature avec succès l'ADN dans la région des répétitions de 13 paires de bases, qui sont riches en paire A=T.

La protéine Dna.B se lie ensuite à cette région dans une réaction qui nécessite la protéine Dna.C. Dna.B est une « Hélicasequi déroule l'ADN duplex . Les hélicases constituent une classe d'enzymes qui peuvent se déplacer le long d'un duplex d'ADN en utilisant une classe d'enzymes qui peuvent se déplacer le long d'un duplex d'ADN en utilisant l'énergie de l'hydrolyse de l'ATP pour séparer les brins.

Les brins séparés sont inhibés par la suite par la protéine de liaison à un seul brin (SSBP) d'E.Coli, qui se lie aux deux brins séparés. De multiples molécules de SSB se lient de manière coopérative à l'ADN simple brin, stabilisant les brins d'ADN séparés et empêchant la renaturation.

La réplication de l'ADN ne doit se produire qu'une seule fois dans chaque cycle cellulaire. L'initiation est la seule phase de réplication qui est régulée, mais le mécanisme n'est pas encore bien compris.

La protéine Dna.A hydrolyse lentement (environ 1 heure) son ATP étroitement lié pour former un complexe Dna.A-ADP inactif. La réactivation de ce complexe est facilitée par une interaction entre la protéine Dna.A et les phospholipides acides de la membrane plasmique bactérienne.

L'initiation à des moments inappropriés est empêchée par la présence du complexe Dna.A-ADP inactif par la liaison d'une protéine appelée "ICI” (Inhibiteur de l'initiation chromosomique) aux répétitions de 13 paires de bases, et peut-être par d'autres facteurs.

2. Élongation Organiser

La phase d'élongation de la réplication consiste en deux opérations apparemment similaires qui sont mécaniquement assez distinctes : Synthèse des brins principaux et Synthèse en retard. Plusieurs enzymes à la fourche de réplication sont importantes pour la synthèse des deux brins. Les « hélicases à ADN » déroulent l'ADN parental. Les « topoisomérases à ADN » soulagent le stress tropologique inclus par les « Hélicases » et « SSBP » stabilise les brins séparés.

A) ADN Synthèse du brin principal de réplication

  • Elle débute par la synthèse par « Primase » d'une courte amorce d'ARN (10 à 60 nucléotides) à l'origine de réplication. sont ensuite ajoutés à cette amorce par l'ADN polymérase-III une fois commencé, la synthèse du brin principal se déroule en continu, en suivant le rythme de la fourche de réplication.

B) Réplication de l'ADN Synthèse des brins en retard

  • Elle doit être réalisée en fragments courts (fragments d'Okazaki) synthétisés dans le sens opposé au mouvement de la fourche.
  • Chaque fragment doit avoir sa propre amorce d'ARN synthétisée par la « primase », et le positionnement des amorces doit être contrôlé et coordonné avec le mouvement des fourches.
  • L'appareil de régulation de la "synthèse des brins retardés" est une machine à protéines itinérante appelée " PRIMOSOME ", qui se compose de plusieurs protéines différentes, notamment la protéine Dna.B, la protéine Dna.C et la Primase.

Le primosome se déplace le long du modèle de brin retardé dans la direction 5'à3', en suivant le rythme de la fourche de réplication.

Lorsqu'il se déplace, le primosome oblige la primase à synthétiser de courts (10 à 60) résidus. Amorce d'ARN à laquelle l'ADN est ensuite ajouté par l'ADN polymérase-III.

La direction des réactions de synthèse de la « Primase » et de la « Polymérase-III » est opposée à la direction du mouvement du primosome.

Lorsque le nouveau fragment d'Okazaki est terminé, l'amorce d'ARN est éliminée par l'ADN polymérase-I et est remplacée par l'ADN par la même enzyme. L'entaille restante est scellée par « DNA ligase ».

3. Résiliation Organiser

A) Terminaison de la réplication d'un cercle

Il existe deux modes de réplication possibles :

  • Il existe des séquences de terminaison définies, ou
  • Deux points de croissance entrent en collision et la terminaison se produit chaque fois que le point de collision se trouve.

Dans les deux cas, la terminaison peut se produire exactement à mi-chemin du cercle. Les deux modes de terminaison ont été observés.

La résiliation a un "Problème topologique”. Lorsque l'ADN circulaire double brin se réplique de manière semi-conservatrice, le résultat est une paire de cercles liés comme dans une chaîne.

Une telle structure est appelée CATÉNANE. Des molécules caténisées ont été observées dans de nombreux systèmes, et les preuves s'accumulent pour indiquer qu'elles résultent de la réplication.

ADN-gyrase" est capable de décaténer deux cercles, cette enzyme étant responsable de la séparation des molécules filles. Le chromosome d'E.coli et plusieurs plasmides portent des séquences spécifiques, appelées "ter sites »,PAD ( ter protéine de liaison) ou « Protéine Tus » lier.

Dans la zone de terminaison d'E. coli, il existe trois sites ter (ter A, ter D et terE) pour une fourche dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. Ces six sites sont disposés de manière superposée, ne laissant aucun espace « sans réplication » sur le chromosome. Les complexes TBP-ter formés au niveau des sites « ter » bloquent la fourche de réplication, en inhibant l'ADN hélicase ou DnaB.

Lorsque cette zone de terminaison est supprimée, la réplication s'arrête, par simple rencontre de fourches de réplication opposées, suggérant que la zone de terminaison n'est pas indispensable.

B) Terminaison en molécules d'ADN « linéaires » :

L'ADN du phage T7 d'E.Coli se réplique sous forme de molécule linéaire. L'origine est située à 17% de la distance totale de l'extrémité gauche de la molécule et la réplication est bidirectionnelle. Initialement, il y a une seule bulle de réplication (molécule-I), et lorsque la fourche gauche atteint le terminus, les molécules prennent une forme "Y" (molécule-III).

Il existe des « ribonucléases » qui peuvent éliminer cet ARN mais une fois qu'il a été éliminé, soit un groupe 5'-OH resterait aux extrémités de la molécule.

L'interaction de la «protéine Tus» avec les sites de terminaison arrête la réplication de l'ADN :


Le modèle de réplicon

Il y a plus de cinq décennies, Jacob, Brenner et Cuzin ont proposé l'hypothèse du réplicon pour expliquer la régulation de la synthèse de l'ADN chromosomique dans E. coli [20]. Le modèle postule qu'un diffusible, trans-le facteur agissant, un soi-disant initiateur, interagit avec un cis-élément d'ADN agissant, le réplicateur, pour favoriser l'apparition de la réplication à une origine proche ( Figure 1A, je). Une fois liés aux réplicateurs, les initiateurs (souvent à l'aide de protéines co-chargeuses) déposent des hélicases réplicatives sur l'ADN, qui entraînent ensuite le recrutement de composants réplisomes supplémentaires et l'assemblage de l'ensemble de la machinerie de réplication ( Figure 1A, ii). Le réplicateur spécifie ainsi l'emplacement des événements d'initiation de la réplication, et la région chromosomique qui est répliquée à partir d'une origine ou d'un événement d'initiation unique est définie comme le réplicon.

Une caractéristique fondamentale de l'hypothèse du réplicon est qu'elle repose sur une régulation positive pour contrôler l'apparition de la réplication de l'ADN, ce qui peut expliquer de nombreuses observations expérimentales dans les systèmes bactériens et phagiques [20]. Par exemple, cela explique l'échec des ADN extrachromosomiques sans origine à se répliquer lorsqu'ils sont introduits dans des cellules hôtes. Il rationalise davantage les incompatibilités plasmidiques dans E. coli, où certains plasmides se déstabilisent mutuellement en raison de la compétition pour la même machinerie d'initiation moléculaire [21]. En revanche, un modèle de régulation négative (analogue au modèle réplicon-opérateur pour la transcription) ne parvient pas à expliquer les résultats ci-dessus [20]. Néanmoins, les recherches postérieures à la proposition de Jacob&# x02019s, Brenner&# x02019s et Cuzin&# x02019s du modèle de réplicon ont découvert de nombreuses couches supplémentaires de contrôle de la réplication chez les bactéries et les eucaryotes qui comprennent à la fois des éléments régulateurs positifs et négatifs, soulignant à la fois la complexité et l'importance de restreindre la réplication de l'ADN dans le temps et dans l'espace [22][23][24].

Le concept de réplicateur en tant qu'entité génétique s'est avéré très utile dans la quête d'identification des séquences d'ADN réplicateur et des protéines initiatrices chez les procaryotes, et dans une certaine mesure également chez les eucaryotes, bien que l'organisation et la complexité des réplicateurs diffèrent considérablement entre les domaines de la vie ( pour les critiques, voir [25][26]). Alors que les génomes bactériens contiennent généralement un seul réplicateur qui est spécifié par des éléments de séquence d'ADN consensus et qui contrôle la réplication du chromosome entier ( Figure 1A ), la plupart des réplicateurs eucaryotes, à l'exception de la levure bourgeonnante, ne sont pas définis au niveau de la séquence d'ADN. 31][32][33][34][35][36]. Les chromosomes eucaryotes sont également beaucoup plus gros que leurs homologues bactériens, ce qui augmente la nécessité d'initier la synthèse d'ADN à partir de nombreuses origines simultanément pour assurer la réplication rapide de l'ensemble du génome ( Figure 1B ). De plus, beaucoup plus d'hélicases réplicatives sont chargées qu'activées pour initier la réplication dans un cycle cellulaire donné ( Figure 1B ). La définition contextuelle des réplicateurs et la sélection des origines suggèrent un modèle de réplicon détendu dans les systèmes eucaryotes qui permet une flexibilité dans le programme de réplication de l'ADN [25]. Bien que les réplicateurs et les origines puissent être physiquement espacés sur les chromosomes, ils se co-localisent souvent ou sont situés à proximité immédiate pour plus de simplicité, nous désignerons donc les deux éléments comme « origines » tout au long de cette revue. Pris ensemble, la découverte et l'isolement des séquences d'origine dans divers organismes représentent une étape importante vers l'acquisition d'une compréhension mécanistique de l'initiation de la réplication. De plus, ces réalisations ont eu de profondes implications biotechnologiques pour le développement de vecteurs navettes qui peuvent être propagés dans des cellules bactériennes, de levure et de mammifère [37][38][39].


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Structure de l'ADN

L'ADN est composé de millions de nucléotides. Ce sont des molécules composées d'un sucre désoxyribose, auquel est attaché un phosphate et une base (ou nucléobase). Ces nucléotides sont attachés les uns aux autres en brins via des liaisons phosphodiester pour former un «squelette sucre-phosphate». La liaison formée se situe entre le troisième atome de carbone sur le sucre désoxyribose d'un nucléotide (appelé désormais 3') et le cinquième atome de carbone d'un autre sucre sur le nucléotide suivant (appelé 5').

N.B : 3' se prononce 'trois premiers' et 5' se prononce 'cinq premiers'.

Il y a deux brins qui s'opposent ou antiparallèle directions les uns aux autres. Ceux-ci sont attachés les uns aux autres sur toute la longueur du brin à travers les bases de chaque nucléotide. Il existe 4 bases différentes associées à l'ADN Cytosine, Guanine, Adénine et Thymine. Dans les brins d'ADN normaux, la cytosine se lie à la guanine et l'adénine se lie à la thymine. Les deux brins forment ensemble une double hélice.

[caption align="aligncenter"] Fig 1.0 - La structure de l'ARN et de l'ADN[/caption]

Mécanismes de licence d'origine de réplication : une perspective structurelle

Les progrès de la biologie structurale et le développement d'essais à molécule unique ont éclairé les événements d'initiation de la réplication de l'ADN.

Les études cryo-EM des intermédiaires de licence d'origine de réplication ont défini des mécanismes structurels de chargement Mcm2-7.

La liaison et l'hydrolyse de l'ATP par les facteurs d'initiation contrôlent plusieurs étapes lors de l'octroi de licences d'origine.

La duplication de l'ADN chromosomique est un événement clé du cycle cellulaire qui implique l'assemblage contrôlé et bidirectionnel de la machinerie réplicative. Dans une réaction à plusieurs étapes étroitement régulée, des hélicases réplicatives et d'autres composants de l'appareil de synthèse d'ADN sont recrutés sur les sites de démarrage de la réplication. Bien que les approches moléculaires pour assembler cette machinerie varient entre les différents domaines de la vie, un thème commun tourne autour de l'utilisation de facteurs d'initiation ATP-dépendants pour reconnaître et remodeler les origines et pour charger des hélicases réplicatives de manière bidirectionnelle sur l'ADN. Cette revue résume les avancées récentes dans la compréhension des mécanismes d'initiation de la réplication chez les eucaryotes, en se concentrant sur la façon dont l'hélicase réplicative est chargée dans ce système.

Affiliation depuis 01/2020 : Department of Molecular Biophysics and Biochemistry, Yale University, New Haven, CT, États-Unis.


Les bases de l'extraction d'ADN

Vous avez probablement entendu parler du code génétique ou du plan de vie, ces termes font référence à l'ADN. Tous les êtres vivants, y compris les animaux, les plantes et les bactéries, ont de l'ADN dans leurs cellules. L'ADN est une très longue molécule constituée d'une chaîne de nucléotides et l'ordre de ces nucléotides est ce qui rend les organismes similaires aux autres de leur espèce et pourtant différents en tant qu'individus. Les gènes sont des sections au sein de cette longue molécule d'ADN.

Pour étudier l'ADN, il faut d'abord l'extraire de la cellule. Dans les cellules eucaryotes, telles que les cellules humaines et végétales, l'ADN est organisé en chromosomes dans un organite appelé noyau. Les cellules bactériennes n'ont pas de noyau. Leur ADN est organisé en anneaux ou plasmides circulaires, qui se trouvent dans le cytoplasme. Le processus d'extraction de l'ADN libère l'ADN de la cellule, puis le sépare du liquide cellulaire et des protéines, de sorte qu'il vous reste de l'ADN pur.

Les trois étapes de base de l'extraction de l'ADN sont 1) la lyse, 2) la précipitation et 3) la purification.

Étape 1 : Lyse
Dans cette étape, la cellule et le noyau sont ouverts pour libérer l'ADN à l'intérieur et il y a deux façons de le faire. Tout d'abord, la rupture mécanique ouvre les cellules. Cela peut être fait avec un homogénéisateur de tissus (comme un petit mélangeur), avec un mortier et un pilon, ou en coupant le tissu en petits morceaux. La perturbation mécanique est particulièrement importante lors de l'utilisation de cellules végétales car elles ont une paroi cellulaire résistante. Deuxièmement, la lyse utilise des détergents et des enzymes tels que la protéinase K pour libérer l'ADN et dissoudre les protéines cellulaires.

Étape 2 : Précipitations
Lorsque vous avez terminé l'étape de lyse, l'ADN a été libéré du noyau, mais il est maintenant mélangé avec des parties cellulaires en purée. La précipitation sépare l'ADN de ces débris cellulaires. Premièrement, les ions Na+ (sodium) neutralisent les charges négatives sur les molécules d'ADN, ce qui les rend plus stables et moins solubles dans l'eau. Ensuite, de l'alcool (tel que l'éthanol ou l'isopropanol) est ajouté et provoque la précipitation de l'ADN hors de la solution aqueuse car il n'est pas soluble dans l'alcool.

Étape 3 : Purification
Maintenant que l'ADN a été séparé de la phase aqueuse, il peut être rincé avec de l'alcool pour éliminer tout matériel indésirable et débris cellulaires restants. À ce stade, l'ADN purifié est généralement redissous dans l'eau pour une manipulation et un stockage faciles.

Attentes de niveau scolaire ciblées en Alaska
[9] SC1.1 L'étudiant démontre une compréhension de la façon dont la science explique les changements dans les formes de vie au fil du temps, y compris la génétique, l'hérédité, le processus de sélection naturelle et l'évolution biologique en reconnaissant que tous les organismes ont des chromosomes constitués d'ADN et que l'ADN détermine traits.


Réplication de l'ADN (détail avancé)

Cette animation montre le processus de réplication de l'ADN, y compris des détails sur la façon dont le mécanisme diffère entre le brin principal et le brin retardé.

La réplication de l'ADN commence par la séparation des deux brins d'ADN par l'enzyme hélicase. Les deux brins sont appelés brins 3' et 5' en fonction de la direction par laquelle les nucléotides composants sont joints. Le brin d'ADN 3' est également connu sous le nom d'ADN polymérase du brin principal qui copie le brin principal pour produire un brin complémentaire. Le brin 5' est également connu sous le nom de brin retardé. L'ADN polymérase copie le brin retardé en sections. Ces deux mécanismes différents de copie de l'ADN se produisent parce que l'ADN polymérase ne peut synthétiser l'ADN que dans la direction 5' à 3'.

Cette animation donne vie au processus de réplication de l'ADN, montrant des représentations tridimensionnelles des molécules impliquées. Selon les antécédents des élèves, il peut être utile de mettre l'animation en pause à différents moments pour identifier les molécules et décrire leurs interactions.

Des détails

base, hélicase, brin retardé, brin principal, acide nucléique, nucléotide, fragment d'Okazaki

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Réplication de l'ADN | Définition, étapes, diagramme &

Pour la croissance d'un individu, la division cellulaire est une partie nécessaire. Lorsque l'acte de division cellulaire se produit, l'ADN doit être répliqué. Au cours de la division cellulaire, l'ADN a été copié avec succès dans les cellules filles. De nombreuses enzymes ont lieu pour cet acte. L'ADN doit être hérité et copié dans deux cellules filles. Ce phénomène requis pendant la méiose pour le processus de production de gamètes. La réplication de l'ADN doit se produire avec précision pendant la division cellulaire, car toute erreur dans cet acte peut être transmise à la prochaine génération en développement. Les cellules ont besoin de copier leur ADN rapidement et avec moins d'erreurs. L'augmentation des erreurs peut augmenter le risque de maladies telles que le cancer.

Introduction de la réplication de l'ADN

L'idée de base : La réplication de l'ADN est un processus dans lequel l'ADN se divise en deux copies identiques au cours de la division cellulaire. L'ADN copié avec précision dans les cellules filles. Dans la réplication de l'ADN, l'information génétique est dupliquée pour produire deux copies identiques du génome d'un individu. Le processus de réplication de l'ADN se produit pendant la phase de synthèse, ou phase S du cycle d'une cellule, avant le processus de mitose ou de méiose. Au cours du processus de réplication de l'ADN, chacun des deux brins qui fait fonctionner la double hélice comme un modèle à partir duquel de nouveaux brins sont copiés.

Étapes de réplication de l'ADN :

La réplication de l'ADN dépend de l'appariement des bases entre les deux brins de l'ADN. Les deux brins déterminés par l'emplacement des liaisons chimiques dans le squelette de l'ADN. Au cours du processus de division cellulaire, une cellule peut être reproduite le « brin principal » en une seule unité, mais elle doit être reproduite le « brin retardé » en petits morceaux.

Il y a trois étapes de base qui ont lieu pendant le processus de réplication de l'ADN.

Initiale:

Le processus de réplication de l'ADN commence à partir d'un emplacement sur la double hélice appelé « oriC » à partir duquel des protéines initiatrices spécifiques se lient et le déclencheur se déroule. Les enzymes nommées « hélicases » fonctionnent pour dérouler la double hélice en brisant les liaisons hydrogène entre les paires de bases complémentaires, et d'autres protéines conservent un seul brin en se rejoignant. Les protéines nommées « topoisomérase » entourent le brin de décompression et détendent la torsion.

Élongation:

La cellule crée une courte séquence d'ARN connue sous le nom d'amorces qui constituent le point de départ de l'élongation. Avec l'amorce, un nouveau brin d'ADN se développe une base à la fois. Le brin d'ADN existant est un modèle pour le nouveau brin. Le « brin retardé » fonctionne pour se dérouler en petites sections que l'ADN polymérase se réplique dans la direction principale. Les petits fragments se produisent dans le résultat du brin retardé. Ces fragments se terminent par une amorce d'ARN qui s'élimine ensuite afin que les enzymes puissent coudre les fragments en brins allongés.

Résiliation:

Une fois le processus d'allongement terminé, deux nouvelles doubles hélices remplacées par l'hélice d'origine. Au cours du processus de terminaison, la dernière séquence d'amorces a été retirée de l'extrémité du brin retardé. Cette partie du brin retardé est la "section des télomères" qui contient une séquence répétitive de bases non codantes. En fin de compte, les enzymes nommées « nucléases » reluent la nouvelle structure en double hélice et suppriment les bases mal appariées. Ensuite, l'ADN polymérase comble les lacunes créées par les bases excisées.

Enzymes de réplication de l'ADN

ADN polymérase :

L'ADN polymérase est une enzyme qui catalyse la liaison du groupe 3 hydroxyle du nucléotide terminal au 5 phosphate du nucléotide à ajouter. L'ADN polymérase travaille pour catalyser la synthèse de polydésoxyribonucléotides à partir des mono-désoxyribonucléoside triphosphates (dNTP), qui remplit la fonction la plus fondamentale dans la réplication, la réparation et certains autres cas de l'ADN.

Processus de réplication de l'ADN

Démarrage de la réplication de l'ADN :

Au cours du processus de réplication de l'ADN, l'ADN s'est copié pendant la division cellulaire. Dans la première étape de la réplication de l'ADN, "décompressez" la double hélice de la molécule d'ADN. Deuxièmement, l'enzyme nommée « hélicase » brise les liaisons hydrogène en maintenant les bases complémentaires de l'ADN ensemble. En dernier, l'un des brins est orienté dans le sens 3" à 5" c'est le "brin principal". Alors que l'autre brin est orienté dans la direction 5" à 3", c'est le "brin en retard". En conséquence, deux brins différents se sont répliqués différemment.

Amorces et Primase :

Une courte séquence d'acides nucléiques est une « amorce » qui fournit un point de départ pour la synthèse d'ADN. Dans les organismes vivants, les amorces sont de courts brins d'ARN.

Les amorces doivent être synthétisées par une enzyme nommée "primase". C'est un type d'ARN polymérase, le processus de réplication de l'ADN se produit. La synthèse de l'amorce se produit pour les enzymes qui synthétisent l'ADN, celles-ci sont appelées ADN polymérases.

Brins en avance et en retard :

Le "brin principal" est le brin parent de l'ADN qui s'étend dans la direction 3 à 5 vers la fourche, et il est capable d'être répliqué par l'ADN polymérase en continu.

L'autre brin utilisé dans la réplication de l'ADN est le « brin retardé », qui est le brin parent qui s'étend dans la direction 5 à 3 vers la fourche, et il est capable d'être répliqué par l'ADN polymérase de manière discontinue.

La différence entre les deux brins est la réplication continue et discontinue.

L'équipe d'entretien et de nettoyage :

L'équipe de nettoyage est responsable du nettoyage, du stockage et de l'approvisionnement des zones de l'installation. Il exécute et documente les activités d'inspection et de maintenance.

Réplication de l'ADN chez les eucaryotes :

La réplication de l'ADN chez les eucaryotes est différente de la réplication bactérienne par primase constituée d'ADN polymérase et de deux protéines plus petites qui créent une amorce d'ARN et un ADN initiateur, et deux ADN polymérases différentes synthétisent les brins retard et leader. Le mécanisme de réplication de l'ADN chez les eucaryotes est similaire à la réplication de l'ADN chez les procaryotes. Bien que la réplication de l'ADN des eucaryotes nécessite une attention particulière en raison des différences de taille de l'ADN, une structure d'extrémité linéaire unique de l'ADN connue sous le nom de « télomères ».

Schéma de la réplication de l'ADN

Réplication de l'ADN chez les procaryotes :

La réplication de l'ADN chez les procaryotes se forme lorsqu'une enzyme nommée hélicase sépare les brins d'ADN à l'origine de la réplication. L'ADN devient très enroulé avant la fourche de réplication. La «topoisomérase» brise le squelette phosphate de l'ADN avant la fourche de réplication.

Mode de réplication de l'ADN :

Après la découverte de la structure en double hélice de l'ADN, une grande question concernait la réplication de l'ADN. La structure de la double hélice d'ADN donne un indice sur la façon dont la copie a lieu. Il semblait que les deux brins complémentaires de l'hélice pourraient se séparer pendant la réplication, chacun fonctionnant comme un modèle dans la construction d'un nouveau brin correspondant.

Les trois modèles de réplication de l'ADN :

Il y avait trois modèles qui avaient été proposés par la communauté scientifique pour la réplication de l'ADN pour la structure de l'ADN. Ces trois modèles sont :

Dans le modèle de réplication semi-conservation, deux brins d'ADN se déroulent l'un de l'autre. Chacun des brins sert de matrice pour la synthèse d'un nouveau brin complémentaire. Le résultat est dans deux molécules d'ADN avec un brin original et un nouveau brin.

Dans le modèle de réplication conservateur, le résultat de la réplication de l'ADN est une molécule constituée à la fois de brins d'ADN d'origine et d'une autre molécule constituée de deux nouveaux brins.

Dans le modèle de réplication dispersive, le résultat de la réplication de l'ADN est deux molécules d'ADN qui sont un mélange d'"hybrides" d'ADN parental et fille. Chaque brin est un patchwork d'ADN original et nouveau.

L'expérience Meselson-Stahl :

Meselson et Stahl ont proposé une expérience sur la réplication de l'ADN en utilisant des bactéries E. coli comme système modèle.

Ils commencent par cultiver E. coli dans un milieu contenant un isotope lourd d'azote, le 15N. En cultivant du 15N sur milieu, les bactéries ont capté l'azote et synthétisé de nouvelles molécules biologiques, dont l'ADN. Après plusieurs générations de croissance dans le milieu 15N, les bases azotées des bactéries à ADN ont été marquées à l'azote lourd 15N. Les bactéries sont ensuite passées à l'isotope 14N moyennement ha «léger» et permettent de croître pendant différentes générations. L'ADN a constitué du 14N car il n'y avait que de l'azote disponible pour la synthèse de l'ADN.

Meselson et Stahl ont étudié la division des cellules d'E. coil, de sorte qu'ils ont pu collecter de petits échantillons de chaque génération. Ensuite, ils ont mesuré la densité des ADN 15N et 14N en utilisant la «centrifugation en gradient de densité».

Le résultat de cette méthode est la séparation de molécules telles que l'ADN en bandes en les faisant tourner à grande vitesse, lorsqu'une autre molécule est présente, telle que le chlorure de césium, qui forme un gradient de densité de haut en bas du tube de filage. La centrifugation à gradient de densité permet de détecter de très petites différences comme entre l'ADN marqué au 15N et au 14N.

Où la réplication de l'ADN se produit-elle ?

La réplication de l'ADN se produit dans le noyau des eucaryotes et le cytoplasme des procaryotes. Peu importe où se trouve l'ADN, le processus de base de l'ADN est le même chez les eucaryotes et les procaryotes. La structure de l'ADN s'emprunte facilement à la réplication de l'ADN. Chaque côté de la double hélice dans l'ADN s'exécute dans une direction anti-parallèle (opposée).

Résumé de la réplication de l'ADN dans E. coli :

Chez E. coli, le processus de réplication de l'ADN est régulé avec précision pour garantir que les cellules filles héritent de la copie de l'ADN génomique. Le processus régule l'initiation et l'allongement avaient caractérisé. L'achèvement de ce processus nécessite plusieurs protéines associées à la réparation des cassures double brin, il se produit indépendamment de la recombinaison homologue et ciblé par certains virus bactériens pour l'inactivation, lors de la transition vers la réplication lytique.


Voir la vidéo: Réplication de lADN (Janvier 2022).