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La réplication de l'ADN

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Objectif
La molécule d'ADN est le support matériel de l'information génétique. Elle a une forme en double hélice. La mitose ou division cellulaire permet à une cellule mère de transmettre l'intégralité de l'information génétique contenue dans l'ADN à chacune de ses deux cellules filles. Selon quelles modalités se réalise le doublement de la quantité d'ADN à savoir la réplication ?
1. Un mécanisme semi-conservatif
a. Place de la réplication au cours de la vie cellulaire
La réplication ou duplication de l'ADN s'effectue pendant la phase S de l'interphase (S comme synthèse).

Une observation des chromatides en microscopie électronique (grossissement 100 000) montre l'existence de zones appelées « yeux de réplication » où la molécule d'ADN est localement en deux exemplaires. Chaque œil correspond à deux fourches de réplication qui progressent en sens inverse. Les différents « yeux » finissent par se rejoindre, permettant la duplication complète de la molécule d'ADN initiale. Les deux copies restent accrochées l'une à l'autre au niveau de la zone qui formera le centromère du chromosome.

b. Détails du processus de réplication
Dès 1953, Watson et Crick, les découvreurs de l'architecture de la molécule d'ADN, proposèrent un modèle semi-conservatif de la réplication.

Les expériences de Taylor en 1957 et de Meselson et Stahl en 1958 ont contribué à valider cette hypothèse.

L'interprétation de ces expériences est la suivante : lors de la réplication, une molécule mère d'ADN en donne deux. Ces deux molécules filles d'ADN sont formées chacune d'un brin matrice issu de la molécule de départ et d'un brin néoformé provenant de l'assemblage de nucléotides initialement dispersés dans le milieu cellulaire. Dans chacune des deux molécules d'ADN obtenues, la moitié de la molécule de départ est conservée, c'est pourquoi le mécanisme de réplication est qualifié de semi-conservatif.

2. Rapidité et fidélité de la réplication
a. Rôle de l'ADN polymérase
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 provenant du milieu de culture 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.

b. Des erreurs aux conséquences limitées
Lors de la réplication, des erreurs surviennent assez fréquemment. Mais l'ADN-polymérase est doué par ailleurs 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.

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.

 

L'essentiel

L'information génétique d'une cellule est dupliquée à l'identique (grâce à l'action de l'ADN-polymérase) au cours de la phase S de l'interphase. Cette duplication de l'ADN s'effectue par un processus de réplication semi-conservatif fondé sur la complémentarité des nucléotides (A avec T, C avec G). Chaque molécule fille d'ADN est la réplique parfaite (aux mutations près !) de la molécule mère. Elle est composée d'un brin ancien et d'un brin néoformé.
A la fin de la phase S, chaque chromosome est formé de deux chromatides portant chacune la même molécule d'ADN et donc la même information génétique.

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