Mécanisme de réplication de l'ADN

La chorégraphie moléculaire étape par étape qui déroule la double hélice et construit deux copies fidèles, depuis l'initiation à l'origine jusqu'à la jonction du dernier fragment d'Okazaki.

Definition

Le mécanisme de réplication de l'ADN est l'ensemble coordonné d'étapes enzymatiques par lesquelles une cellule sépare les deux brins d'un duplex d'ADN au niveau d'une fourche de réplication et utilise chacun comme matrice pour synthétiser un brin complémentaire dans la direction 5'→3', produisant ainsi deux molécules filles semi-conservatives.

Scope

Ce sujet décrit comment une fourche de réplication est établie et comment l'ADN est synthétisé sur les deux brins matrices. Il aborde la reconnaissance et la fusion de l'origine, la synthèse des amorces, la contrainte antiparallèle qui impose une synthèse continue du brin directeur et discontinue du brin retardé, les composants du réplisome, et la jonction des fragments en brins filles intacts. La fidélité et la réparation ne sont traitées que dans la mesure où elles sont intrinsèques à l'étape d'élongation.

Core questions

• Comment la réplication est-elle initiée à une origine spécifique plutôt qu'à n'importe quel endroit du chromosome ?
• Pourquoi un brin doit-il être synthétisé de manière continue et l'autre en courts fragments ?
• Quelles protéines forment le réplisome et quelle est la contribution de chacune ?
• Comment les fragments discontinus du brin retardé sont-ils joints pour former un brin continu ?

Key theories

Contrainte de la matrice antiparallèle

Parce que les deux brins sont orientés dans des directions opposées et que les polymérases n'allongent que dans le sens 5'→3', un brin (directeur) est copié de manière continue vers la fourche tandis que l'autre (retardé) est copié sous forme de fragments d'Okazaki discrets s'éloignant de la fourche.

Progression semi-conservative de la fourche

Chaque brin parental séparé sert de matrice à un nouveau brin, de sorte que la fourche produit deux duplex contenant chacun un brin ancien et un brin nouveau, comme établi expérimentalement par Meselson et Stahl.

Mechanisms

Une protéine initiatrice se lie à l'origine et, avec une hélicase, fait fondre le duplex pour former une fourche bidirectionnelle. Des protéines de liaison à l'ADN simple brin (SSB) recouvrent les brins exposés et la primase synthétise de courtes amorces d'ARN. Les ADN polymérases réplicatives, maintenues sur la matrice par des pinces coulissantes chargées par un chargeur de pinces, étendent les amorces : le brin directeur est synthétisé de manière continue, et le brin retardé est synthétisé sous forme de fragments d'Okazaki, chacun initié par une nouvelle amorce. Les amorces sont ensuite retirées, les lacunes comblées, et l'ADN ligase scelle les entailles restantes pour produire deux duplex filles continus.

Clinical relevance

Étant donné que la machinerie de réplication est essentielle et rapidement active dans les cellules en division, plusieurs de ses composants sont des cibles pour la recherche antimicrobienne et anticancéreuse ; les erreurs au niveau de la fourche sont une source de mutation. Ceci est un contexte éducatif, non un avis clinique.

History

Le modèle semi-conservatif, suggéré par la structure en double hélice de 1953 et confirmé par Meselson et Stahl en 1958, a établi le cadre ; la découverte par Reiji Okazaki de courts fragments du brin retardé et l'enzymologie de Kornberg ont ensuite révélé la nature discontinue et multiprotéique de la fourche, telle que décrite aujourd'hui dans les manuels.

Key figures

• Arthur Kornberg
• Reiji Okazaki
• Matthew Meselson
• Franklin Stahl

Seminal works

• meselson1958
• watson2013

Frequently asked questions

Que sont les fragments d'Okazaki ?

De courts segments d'ADN synthétisés de manière discontinue sur le brin retardé ; ils sont ensuite joints par l'ADN ligase pour former un brin continu.

Pourquoi une amorce est-elle nécessaire ?

Les ADN polymérases ne peuvent qu'allonger une extrémité 3' appariée existante, c'est pourquoi une courte amorce d'ARN synthétisée par la primase fournit le point de départ de la synthèse.