Réplication (PDF)

REPLICATION DR HACHEMI S  Plan I. Définition II. Réplication et cycle cellulaire III. Mécanisme de la réplication IV. Caractéristiques de la réplication V. La réplication chez les procaryotes VI. La réplication chez les eucaryotes VII. Réplication de l’ADN mi...

REPLICATION DR HACHEMI S  Plan I. Définition II. Réplication et cycle cellulaire III. Mécanisme de la réplication IV. Caractéristiques de la réplication V. La réplication chez les procaryotes VI. La réplication chez les eucaryotes VII. Réplication de l’ADN mitochondrial  I. Définition La réplication est le processus par lequel le matériel génétique d’une cellule se reproduit pendant l'interphase avant de se diviser. Ce processus est crucial pour la division cellulaire et la transmission correcte de l'information génétique aux cellules filles.  Modèles proposés de Réplication d'ADN Dans les années 1950, trois mécanismes différents ont été proposés pour la réplication d'ADN. 1. Théorie conservatrice : Les deux brins parentaux restent intacte après la réplication d'ADN 2. Théorie Semi conservatrice : Chacune des molécules d’ADN filles se compose d’un brin parent et d’un nouveau brin. 3. Théorie Dispersive : Les molécules d’ADN parents et filles sont décomposées en fragments  Les expériences de Meselson et Stahl chez les procaryotes (observation de la différence de densité liée à l’incorporation de 14N sur des cultures d’E. coli contenant dans son ADN du 15N au cours de différents cycles cellulaire) en 1958 ont contribué à valider l’hypothèse de la réplication semi-conservative. II. Réplication et cycle cellulaire III. Mécanisme de la réplication 1. INITIATION 2. ELONGATION 3. TERMINAISON  INITIATION La réplication commence quand les enzymes se lient à l’origine de réplication  Origines de réplication Séquence spécifique d'ADN reconnues par un complexe protéique, où s'amorce la réplication. YEUX DE RÉPLICATION VUS EN MICROSCOPIE ÉLECTRONIQUE  Fourches de réplication Endroits où l’hélice est déroulée et où les nouveaux brins se développent. Fourche de réplication à chaque coté d’une bulle de réplication. R bidirectionnelle  Hélicases Enzymes déroulent l’hélice d'ADN et la séparant en deux brins simples juste avant chaque fourche de réplication pour exposer les bases azotées.  Protéines fixatrices Les enzymes se lient aux brins exposées et les gardent séparés en bloquant la formation des liaisons hydrogènes.  Les topoisomérases I suppriment la tension de l'ADN générée par l'activité hélicase Suppriment les supereneroulement en amont de la fourche de réplication et relâchent les tensions en présence d’ATP.  ELONGATION Deux nouveaux brins d’ADN sont assemblés en utilisant l’ADN parental comme matrice. Par incorporation des bases en respectant les règles de complémentarité Règles d’appariement: Uniquement dans le sens 5’P -----> 3’OH  ARN Primase L’enzyme Synthétise une amorce d’ARN pour commencer le processus d’élongation  Amorce d’ ARN Un petit ARN de 500 nucléotides synthétisé par une primase. l’amorce est dégradée plus tard et remplacée par l’ADN grâce à l’enzyme appelée ADNpI.  ADN Polymérase L’Enzyme Commence à ajouter les nucléotides pour créer un nouveau brin complémentaire (dans la sens 5’ à 3 ’)  ADN polymérase commence à l’extrémité 3’ du brin parental. Par conséquent, elle synthétise le nouveau brin d'ADN dans le sens 5’ à 3’  Brin Principale Répliqué sans interruption (5’ à 3’) Il suite la direction de la fourche de réplication Plus vite  Brin Secondaire Répliqué dans la direction (3’ à 5’) Il ne suite pas la direction de la fourche de réplication Plus lente Fabrique les fragments qui s’appelant les Fragments d’Okazaki  Enlèvement des amorces Parce-que les amorces sont composé d’ARN au lieu d’ADN, ADN polymérase doit leurs enlever et leurs remplacer avec les bases d’ADN.  Ligase Enzyme qui Colle les fragments d’Okazaki du Brin Secondaire  Sommaire Hélicase ouvre le double hélice d’ADN pour former une bulle de réplication Les protéines fixatrices se lient aux brins parentaux pour leurs garder séparé Les primases fabriquent des amorces d’ARN sur les brins parentaux Les ADN polymérases utilisent les amorces comme les points de départ. Elles ajoutent les nucléotides d’ADN aux amorces et construisent les nouveaux brins. Brin principal: Le brin qui est construit sans interruption dans la direction de la fourche. Brin secondaire: Le brin qui est construit lentement et en petits morceaux s’appellent les fragments d’Okazaki. ADN polymérase enlève les amorces d’ARN et leurs remplace avec des nucléotides d’ADN Ligase colle/attache les fragments d’Okazaki ensemble  TERMINAISON Après qu’un brin d'ADN est construit, l’ADN polymérase le relise et l’édite Si l’ADN polymérase trouve une erreur, un enzyme s’appelle nucléase l’enlève ADN polymérase remplace l’erreur avec le/les nucléotide(s) correct(s)  Se reforment en hélices. Les 02 molécules filles sont séparées grâce à l’action des topoisomérases II. Problème avec les fragments d’Okazaki ADN polymérase toujours a besoin une amorce d’ADN d’utiliser comme un point de départ pour la réplication. Chaque fois que l’ADN polymérase coupe une amorce d’un fragment d’Okazaki, l’espace est remplie par l’addition de nucléotides à l’extrémité 3’ du fragment d’Okazaki adjacent. Éventuellement, il n’y aura pas de fragment adjacent où des nouveaux nucléotides peuvent être ajoutés pour remplir l’espace. Par conséquent, chaque réplication entraîne un brin fils plus court que les brins parents. Cette perte d'ADN peut mener à la mort cellulaire  Solution pour la perte de bases: À l’extrémité de chaque chromosome, il y a une extension spéciale appelée un télomère Le télomère est composé de la séquence TTAGGG répétée des milliers de fois  Les télomères sont répliqués par un mécanisme particulier afin d’empêcher ce raccourcissement. Ceci est assuré par une enzyme appelée "Télomérase". Cette enzyme allonge l'extrémité 3' suffisamment pour permettre la synthèse d'une amorce et la reconstitution du brin complémentaire.  IV. Caractéristiques de la réplication 1. semi-conservatrice: L’ADN se réplique selon un mode semi conservatif. Chaque cellule synthétisée présente un brin parental et un brin néo synthétisé 2. Orientée :Chaque brin parental est lu dans le sens 3’ vers 5’ et sert de matrice à la synthèse d’un brin complémentaire et antiparallèle, appelé brin fils ou brin néosynthétisé, synthétisé dans le sens 5’ vers 3’ 3. Bidirectionnelle :Les 02 brins d’ADN sont déroulés dans deux directions apposées, et servent de matrice. 4. Semi discontinue : avec la synthèse d’un brin précoce et d’un brin tardif. V. La réplication chez les procaryotes - 1 seule origine par chromosome : ori C - réplication bidirectionnelle - réplication rapide - 1 séquence de terminaison  Les protéines de la réplication Protéine DnaA : qui se fixe à l'origine de réplication et permet l'initiation de la réplication en aidant à l'ouverture de l'ADN. ATP dépendante. hélicases ou Protéine DnaB : (une sur chaque brin) elles séparent progressivement les deux brins d·ADN par rupture des liaisons hydrogènes Elles sont ATP dépendante. Protéine DnaC : convoie DnaB au bon endroit. Protéine SSB : elle fixe le simple brin ce qui permet la stabilisation pour éviter que l·ADN ne se referme.  Les protéines de la réplication La protéine HU : stimule l·initiation de la réplication. L·incorporation des nucléotides par Pol III la digestion et le remplacement des amorces d·ARN par la l’ADN polymérase I Protéine Tus au site de terminaison met fin à la réplication.  Terminaison : La réplication du chromosome circulaire d’E. coli se termine lorsque les deux fourches se rencontrent, dans une région diamétralement opposée au site d’initiation de la réplication oriC. Possedant des séquences spécifiques d’arrêt de réplication.  Ces séquences appelées « Ter » sont reconnues par une protéine « Tus » qui, en se fixant sur les sites Ter, arrête la progression de la fourche de réplication.  Terminaison : A la fin de la réplication, il en résulte deux molécules filles entremêlées qui doivent être séparées. Cette réaction est réalisée par la topoisomérase IV. Les chromosomes sont alors répartis dans les deux futures cellules filles, processus qui est couplé la division cellulaire. VII. La réplication chez les eucaryotes nombreux points d'initiation. nombre d'ADN polymérases plus important que chez les procaryotes De nombreuses protéines interviennent comme facteurs de réplication.  l’ADN polymérase α qui dispose d’une activité primase complète, est responsable de l’initiation de la synthèse d’ADN. L’ADN est répliqué par les ADN polymérases α et δ :α synthétise le brin tardif et δ synthétise le brin précoce. L’ADN polymérase ε est impliqué dans la réparation de l’ADN et l’ADN polymérase γ réplique l’ADN mitochondrial. La polymérase β supprime l’ARN amorce et assure la synthèse et la réparation de l’ARN amorcé  VI. Réplication de l’ADN mitochondrial indépendante de la réplication de l’ADN nucléaire se déroule tout au long de l’interphase L'ADN mitochondrial est circulaire double brin. unidirectionnelle et à partir de 02 origines de réplication différentes pour les deux brins  La réplication se fait de manière "continue" pour les deux brins pas de fragments d'Okazaki. L'oeil de réplication se déplace de manière asymétrique cela vient du fait qu'une partie de l'ADN se réplique en premier et l autre un peu plus tard unidirectionnelle L’ADN mitochondrial est constitué d’un brin lourd H (Heavy) et d’un brin léger L(Light).  Enzymes impliqués ADN polymérase gamma γ L' helicase s'appelle twinkle fonctionne 5 vers 3  MCANISMES la réplication commence au niveau de l'ori H Ou le twinkle et l'ADN polymérase sont recrutés  le twinkle déroule l'ADN tout en se déplaçant sur le brin h Simultanément l'ADN polymérase utilise le brin l pour réaliser une copie  le twinkle et l'ADN polymerase continuent vers la direction ori L Cela signifie que l'arc majeur 2/3 de l’ADN "Boucle D" (D-Loop) est reproduit en premier  Et il arrive un moment ou il passe ou dessus de l'ori L Maintenant que l' ori L est déroulée par twinkle en mouvement l' ori L simple brin se transforme en une tige boucle  et il recrute alors une ADN polymérase qui se déplace dans la direction de l'arc majeur et copie l'ADN ici aussi l'arc majeur se reproduit en premier  TERMINAISON Ces deux ADN polymérase continuent sur leurs brins respectifs et finiront par revenir a leur position initial puisqu'il s'agit d'ADN circulaire Et cela conduit a l'arrêt de la réplication et donne deux copie identiques de l'ADN de départ