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La fidélité de l'ADN polymérase

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Objectifs
  • Comprendre le rôle de l’ADN polymérase.
  • Comprendre le principe de la PCR.
Points clés
  • Les cellules filles possèdent la même information génétique ce qui en fait des clones.
  • La réplication d’ADN en copie conforme n’est possible qu’avec l’ADN polymérase (ouverture de la molécule d’ADN, appariement des nucléotides et correction).
  • La PCR est une technique d’amplification d’une séquence d’ADN.
Pour bien comprendre
  • Mécanisme de la réplication de l’ADN
  • Les mutations
1. Rôle de l'ADN polymérase : rapidité lors de la réplication de l'ADN

Cette enzyme a pour rôle de activer la synthèse d’un brin d’ADN par complémentarité. On retrouve l’ADN polymérase chez les virus, les procaryotes et les eucaryotes. La différence entre toutes ces polymérases s’observe sur le taux de fidélité (c’est à dire l’absence d’erreurs) variable d’une espèce à une autre.

La vitesse de réplication est d'environ 50 nucléotides par seconde. Au fur et à mesure de l'écartement des deux brins de la molécule d'ADN, des nucléotides libres s'apparient avec ceux du brin matrice par complémentarité des bases azotées. L'adénine se lie à la thymine par deux liaisons hydrogène et la cytosine se lie à la guanine par trois liaisons hydrogène. Ces processus d'ouverture de la double hélice et d'appariement des nucléotides dépendent d'un complexe enzymatique, l'ADN polymérase. La réplication de l'ADN consomme de l'énergie.

2. Fidélité lors de la réplication : des erreurs aux conséquences limitées

Lors de la réplication, des erreurs surviennent assez fréquemment. Par exemple, la mise en place d’un nucléotide incorrect, on appelle cette erreur un mésappariement. Cela peut aboutir à une mutation lors de la réplication suivante qui sera par la suite reproduite au cours des cycles cellulaires successifs si ce n’est pas corrigé. Ce type d’erreur est appelée une mutation spontanée.

Pour palier à ces mutations, l'ADN polymérase est dotée d'une fonction de correction des erreurs. Le dernier nucléotide mis en place est systématiquement contrôlé. S'il existe une erreur d'appariement, il est retiré puis remplacé par celui qui convient, c’est une activité que l’on nomme exonucléase.

La réplication de l'ADN est un processus très fidèle. Grâce aux mécanismes de correction, le taux d'erreur est faible. Il est estimé à un pour un milliard, et correspond à près de deux mutations par cellule fille pour l'espèce humaine. Pourtant, les individus mutants sont rares car une grande partie de l'ADN des cellules eucaryotes ne code pour aucune protéine. De plus, dans la mesure où le code génétique est dégénéré (ou redondant), il existe des mutations neutres, sans conséquence sur la structure et donc sur la fonction des protéines synthétisées.


Exemple de mésappariement qui se transmet lors de la réplication d’ADN
3. Un exemple d'utilisation de l'ADN polymérase en biotechnologie - la PCR

La PCR (ou en français Amplification en Chaîne par Polymérase) est une technique d’amplification d’une séquence d’ADN in vitro, développée par Kary Mullis en 1985, ce qui lui a valu un prix Nobel de chimie en 1993.

Son principe est basé sur celui de la réplication de l’ADN in vivo, c’est à dire qu’à partir d’ADN double brin qui est décondensé et séparé en simple brin, les brins d’ADN sont dupliqués sous l’action de l’ADN polymérase puis recondensés. Chaque cycle de PCR est composé de 3 étapes :

  • Dénaturation : séparation des deux brins d’ADN par rupture des liaisons hydrogènes à haute température (95 °C).
  • Hybridation : fixation des oligonucléotides (environ 20 nucléotides) qui serviront d’amorces à la réplication sur les brins d’ADN sur les sites complémentaires (température entre 55 et 65 °C).
  • Extension : réplication de l’ADN à partir des amorces fixées sous l’action de l’ADN polymérase (température optimale de l’ADN polymérase utilisée, à environ 72 °C).

Technique de la PCR

Cette technique permet d’obtenir un grand nombre de copies du fragment d’ADN qui est donc amplifié. En quelques heures, on peut obtenir plusieurs millions de copies.

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