La réplication de l'ADNCours

 

Notion Rappels
ADN

Molécule formée de deux chaînes complémentaires de nucléotides. 

Les deux chaînes sont associées par l'intermédiaire des bases azotées (A, T, G, C).

Cycle cellulaire

Cycle s'étendant de la fin d'une division cellulaire à la fin de la division suivante.

Le cycle cellulaire est constitué de la succession des phases G1, S, G2 et M.


 
Division cellulaire

Mécanisme cellulaire au cours duquel une cellule-mère engendre deux cellules-filles.

Il existe deux grands modes de division cellulaire : la mitose et la méiose.

Méiose Mode de division cellulaire participant à la reproduction sexuée.
Mitose Mode de division cellulaire participant à la reproduction conforme.
ADN

ADN

I

La réplication de l'ADN

Les divisions cellulaires sont toujours précédées d'un mécanisme de copie de l'information génétique : la réplication des molécules d'ADN.

Réplication

La réplication est le mécanisme de copie des molécules d'ADN. Elle se déroule en dehors des phases de division, lors de la phase S de l'interphase (« phase S » pour « phase de synthèse » de l'ADN).

Réplication de l'ADN et reproduction des cellules

Réplication de l'ADN et reproduction des cellules

A

Localisation, modalité et principe

La réplication chez les eucaryotes se déroule dans le noyau. Elle nécessite :

  • une molécule bicaténaire d'ADN, qui sera copiée ;
  • des nucléotides libres, qui seront liés les uns aux autres pour former des brins complémentaires au brin existant ;
  • des enzymes : les ADN-polymérases, qui serviront à lire l'ADN et à fabriquer les nouveaux brins complémentaires ;
  • de l'énergie.

 

Chaque nouvelle molécule d'ADN est formée, comme la molécule d'origine, de deux brins complémentaires.

La réplication de l'ADN s'effectue selon un mode semi-conservatif, c'est-à-dire qu'après la copie des molécules d'ADN, chaque molécule-fille conserve la moitié de la molécule-mère (c'est-à-dire un brin sur les deux brins complémentaires qui forment la molécule).

Caractère semi-conservatif de la réplication de l'ADN

Caractère semi-conservatif de la réplication de l'ADN

C'est l'expérience de Meselson et Stahl qui, en 1958, a permis de comprendre le mode de fabrication de l'ADN lors de la réplication et de montrer ce caractère semi-conservatif. 

Ces scientifiques ont réalisé des cultures de bactéries dans deux milieux, l'un contenant de l'azote « lourd » (15N) l'autre de l'azote « léger » (14N). L'azote est intégré dans les bases azotées constitutives de l'ADN. Les brins d'ADN fabriqués au cours de la réplication auront donc soit de l'ADN dense (car ayant incorporé de l'azote « lourd »), soit de l'ADN « léger » (car ayant incorporé de l'azote « léger »).

L'extraction et l'étude de la densité des ADN contenus dans les bactéries après une, deux, trois, etc., générations a validé l'hypothèse « semi-conservative ».

B

Déroulement

La réplication est conduite par des enzymes, les ADN polymérases, qui assurent diverses fonctions :

  • la séparation des brins de la molécule bicaténaire initiale ;
  • la lecture et la copie des deux brins séparés ;
  • la correction des éventuelles erreurs ;
  • la réassociation des brins, un ancien et un néosynthétisé, pour constituer de nouvelles molécules d'ADN bicaténaires.

 

Les ADN polymérases se fixent sur des points spécifiques constituant des régions d'initiation caractérisées par des séquences précises de nucléotides servant de repères aux enzymes.

Initiation de la réplication par fixation des ADN polymérases sur l'ADN

Initiation de la réplication par fixation des ADN polymérases sur l'ADN

À partir de ces points d'initiation, les enzymes progressent dans les deux directions opposées, délimitant alors des « yeux de réplication », observables en microscopie électronique.

Progression de la réplication et formation d'un œil de réplication

Progression de la réplication et formation d'un œil de réplication

Lorsque les ADN polymérases ont parcouru toute la longueur de la molécule d'ADN, elles se détachent et les deux nouvelles molécules sont libérées, chacune étant constituée d'un brin ancien et d'un brin nouveau (phénomène semi-conservatif).

Terminaison de la réplication de l'ADN, libération des nouvelles molécules

Terminaison de la réplication de l'ADN, libération des nouvelles molécules

Lorsque la réplication est achevée, il y a deux molécules d'ADN alors qu'il n'y en avait qu'une seule au départ. La quantité d'ADN a donc doublé au cours de la réplication.

Il faut bien saisir qu'au-delà de la quantité, ce qui est fondamental ici est que les deux molécules bicaténaires obtenues sont absolument identiques. Elles présentent la même séquence de nucléotides.

Il existe toutefois des erreurs qui peuvent se produire lors de cette réplication : les mutations.

Mutation

Une mutation est une erreur de réplication, qui modifie l'ordre des nucléotides de l'ADN et peut donc avoir un impact sur l'information transmise.

II

La PCR

La PCR (Polymerase Chain Reaction) est une technique de biotechnologie qui utilise les propriétés de la réplication de l'ADN.

Lorsqu'il est porté à haute température, l'ADN est dénaturé, c'est-à-dire que les deux brins se séparent. On peut alors utiliser des ADN polymérases bactériennes pour fabriquer un brin complémentaire des brins qui sont séparés.

La PCR a été rendue possible suite à la découverte de bactéries pouvant vivre et se multiplier à très haute température (bactéries hyperthermophiles).

Un cycle de PCR peut être répété plusieurs fois, en modifiant la température, afin de répéter le cycle dissociation des brins de l'ADN (forte température), réplication (température plus basse), puis à nouveau dissociation, etc.

Ces opérations sont automatisées et se déroulent dans un appareil nommé thermocycleur.

Cette technique permet d'obtenir de nombreuses copies d'une molécule d'ADN initial. 

Ainsi, par exemple, avec d'infimes traces d'ADN découvertes sur une scène de crime, la police scientifique est capable d'en obtenir de très nombreuses copies, afin de faire une « empreinte génétique » d'un suspect.

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