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"It
has not escaped our notice that the specific pairing we have
postulated immediately suggests a possible copying mechanism
for the genetic material." |
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Il n'a pas échappé à Crick et Watson que le modèle d'ADN qu'ils avaient établi permettait de comprendre comment cette molécule peut se reproduire, comment à partir d'une molécule, on peut facilement en obtenir deux identiques. On peut lire, d'ailleurs, à la fin de leur célèbre article dans Nature :
Voyez-vous à quel mécanisme de copie ils pensaient ? Jetez un coup d'oeil à l'image ci-dessous. |
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Voyez-vous aussi en quoi la structure de l'ADN est particulièrement bien adaptée à cette fonction de reproduction? Voir : La structure de l'ADN (cliquez sur "Replicate")
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On
peut facilement séparer les deux brins formant la
molécule d'ADN (les liaisons hydrogènes qui
les relient sont faciles à défaire). À
partir de chacun des deux brins obtenus, on peut reconstituer
la molécule entière en y appariant des nucléotides.
Les nucléotides ne peuvent s'apparier que s'ils sont
complémentaires, A
avec T et C
avec G. Ce faisant, chacun des deux brins
séparés sert en quelque sorte de moule pour
reconstituer l'autre brin. Le noyau de la cellule contient
en tout temps une grande quantité de nucléotides
(des A, T, C et G) pouvant servir à reproduire l'ADN.
Comme nous le verrons plus loin, plusieurs enzymes sont
aussi nécessaires.
Il
faudra attendre encore cinq ans avant de pouvoir démontrer
expérimentalement ce mode de reproduction. Ce sont
les expériences de Matthew
Meselson et Franklin Stahl qui confirmeront
le modèle semi-conservatif imaginé par Crick
et Watson. Meselson et Stahl faisaient se reproduire des
bactéries dans un milieu contenant des ions ammonium
(NH4+) constitués d'azote 14
(isotope léger) ou d'azote 15 (isotope plus lourd).
Les bactéries fabriquent leurs nucléotides
à partir de ces ions ammonium et les utilisent pour
synthétiser leur ADN.| L'ADN hélicase et l'ADN polymérase III 
Dans la cellule, c'est une enzyme du noyau, l'ADN
hélicase, qui sépare l'ADN en
deux brins. L'ADN hélicase agit un peu comme la tirette d'une
fermeture éclair qui sépare les deux parties de la
fermeture.
Les nucléotides qui serviront à reconstituer le brin complémentaire sont présents en grande quantité dans le noyau. La cellule s'en garde toujours une bonne provision. Chacun de ces nucléotides libres contient trois groupements phosphates. Lorsqu'ils sont incorporés dans l'ADN, ils perdent deux phosphates ce qui fournit l'énergie nécessaire à leur liaison. C'est une autre enzyme du noyau, l'ADN polymérase III qui vient les apparier un à un sur chacun des deux brins séparés. L'ADN polymérase III ne peut relier les nouveaux nucléotides que dans le sens 5' - 3'. La croissance du nouveau brin se fait donc dans la direction 5' - 3'. Le dessin ci-dessous serait plus fidèle à la réalité que le précédent :
La croissance du nouveau brin d'ADN se fait dans le sens 5' - 3' |
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Dans la cellule, l'ADN, après avoir été séparé en deux brins par l'hélicase, se déroule sur une certaine longueur. L'ADN polymérase III assemble alors, au fur et à mesure que la molécule se sépare, le brin complémentaire 5' - 3' (celui qui s'apparie au brin d'origine 3' - 5' ). Lorsqu'une certaine longueur d'ADN a été séparé en deux brins, une autre ADN polymérase commence à assembler, dans le sens contraire, le brin complémentaire de l'autre partie. Pas très clair hein? Regardez plutôt l'illustration ci-dessous:
Les
brins nouveaux (en rouge) sont assemblés dans la
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N.B.
Chez les procaryotes, il n'y a qu'un seul chromosome
et celui-ci est circulaire (l'extrémité
5' est reliée à l'extrémité
3'). La réplication débute en un seul point
du chromosome et elle se fait dans les deux directions
à la fois (vers la droite à partir
de ce point et aussi, en même temps, vers la gauche).Les amorces Le dessin ci-dessus n'est pas encore tout à fait fidèle à la réalité. Il manque encore quelque chose, les amorces. L'ADN polymérase III ne peut fonctionner que si elle se fixe d'abord sur une amorce. Cette amorce est formée d'un court segment d'ARN complémentaire à un segment du brin à copier. L'amorce mesure environ une dizaine de nucléotides. Partout où se forme une amorce, une ADN polymérase peut commencer à assembler des nucléotides.
C'est une autre enzyme, la primase qui sert à assembler ces amorces. Dès qu'une amorce est assemblée, l'ADN polymérase III peut commencer son travail. À la fin de la synthèse du brin complémentaire, une enzyme, l'ADN polymérase I remplace les ribonucléotides des amorces par des désoxyribonucléotides (les A, T, C et G de l'ADN). Le brin d'ARN que formait l'amorce est donc remplacé par un brin d'ADN. Une dernière enzyme, l'ADN ligase vient rattacher les uns aux autres tous ces segments (les fragments d'Okazaki et les brins qui ont remplacé les amorces). C'est plus facile de visualiser toutes ces étapes en regardant cette animation (attention, 10 Mo à télécharger). |
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