RÉSUMÉ DU CHAPITRE
14.1 Fondement historique de la compréhension moderne
L’ADN a été isolé pour la première fois à partir de globules blancs par Friedrich Miescher, qui l’a appelé nucléine parce qu’il était isolé à partir de noyaux. Les expériences de Frederick Griffith avec des souches de Streptococcus pneumoniae ont fourni le premier indice que l’ADN pourrait être le principe transformant. Avery, MacLeod et McCarty ont montré que l’ADN est nécessaire à la transformation des bactéries. Des expériences ultérieures menées par Hershey et Chase à l’aide du bactériophage T2 ont prouvé que l’ADN est le matériel génétique. Chargaff a constaté que le rapport de A = T et C = G, et que le pourcentage de A, T, G et C est différent pour différentes espèces.
14.2 Structure et séquençage de l’ADN
Le modèle actuellement accepté de la structure en double hélice de l’ADN a été proposé par Watson et Crick. Certaines des caractéristiques saillantes sont que les deux brins qui composent la double hélice ont des séquences de base complémentaires et des orientations antiparallèles. L’alternance de sucres désoxyribose et de phosphates forme l’épine dorsale de la structure, et les bases azotées sont empilées comme des barreaux à l’intérieur. Le diamètre de la double hélice, 2 nm, est uniforme partout. Une purine s’apparie toujours avec une pyrimidine ; A s’apparie avec T et G s’apparie avec C. Un tour de l’hélice a 10 paires de bases. Les procaryotes sont beaucoup plus simples que les eucaryotes dans beaucoup de leurs caractéristiques. La plupart des procaryotes contiennent un seul chromosome circulaire. En général, les chromosomes eucaryotes contiennent une molécule d’ADN linéaire empaquetée dans des nucléosomes et ont deux régions distinctes qui peuvent être distinguées par coloration, reflétant différents états de compactage.
14.3 Principes de base de la réplication de l’ADN
Au cours de la division cellulaire, chaque cellule fille reçoit une copie de chaque molécule d’ADN par un processus connu sous le nom de réplication de l’ADN. Le chromosome unique d’un procaryote ou chaque chromosome d’un eucaryote est constitué d’une seule double hélice continue. Le modèle de réplication de l’ADN suggère que les deux brins de la double hélice se séparent pendant la réplication, et que chaque brin sert de matrice à partir de laquelle le nouveau brin complémentaire est copié. Dans le modèle de réplication conservatrice, l’ADN parental est conservé et l’ADN fille est nouvellement synthétisé. Le modèle de réplication semi-conservatrice suggère que chacun des deux brins d’ADN parental agit comme matrice pour la synthèse d’un nouvel ADN ; après la réplication, chaque ADN double brin conserve le brin parental ou « ancien » et un brin « nouveau ». Le modèle dispersif suggérait que les deux copies de l’ADN auraient des segments d’ADN parental et d’ADN nouvellement synthétisés. L’expérience de Meselson et Stahl a soutenu le modèle de réplication semi-conservatrice, dans lequel un chromosome répliqué entier se compose d’un brin parental et d’un brin d’ADN nouvellement synthétisé.
14.4 Réplication de l’ADN chez les procaryotes
La réplication chez les procaryotes commence à partir d’une séquence trouvée sur le chromosome appelée l’origine de la réplication, le point auquel les deux brins d’ADN se dissocient grâce à l’hélicase. L’hélicase ouvre la double hélice de l’ADN, ce qui entraîne la formation d’une fourche de réplication bidirectionnelle. Les protéines de liaison simple brin se lient à l’ADN simple brin près de la fourche de réplication pour maintenir la fourche ouverte. La primase synthétise une amorce d’ARN pour initier la synthèse par l’ADN polymérase, qui ne peut ajouter des nucléotides qu’à l’extrémité 3’OH d’un brin d’amorce préalablement synthétisé. La synthèse des nouveaux brins d’ADN se fait selon leurs directions respectives de 5′ à 3′. Un brin est synthétisé en continu dans la direction de la fourche de réplication ; c’est ce qu’on appelle le brin continu. L’autre brin est synthétisé dans une direction éloignée de la fourche de réplication, dans de courts segments d’ADN connus sous le nom de fragments d’Okazaki. Ce brin est connu sous le nom de brin discontinu. Une fois la réplication terminée, les amorces d’ARN sont remplacées par des nucléotides d’ADN par l’ADN polymérase et l’ADN est scellé par la ligase, ce qui crée des liaisons phosphodiester entre le 3′-OH d’une extrémité et le phosphate 5′ de l’autre brin.
14.5 Réplication de l’ADN chez les eucaryotes
La réplication chez les eucaryotes commence à plusieurs origines de réplication. Le mécanisme est assez similaire à celui des procaryotes. Une amorce est nécessaire pour initier la synthèse, qui est ensuite prolongée par l’ADN polymérase. Un des brins d’ADN est synthétisé en continu, tandis que le brin discontinu est synthétisé en courts tronçons appelés fragments d’Okazaki. Les amorces d’ARN sont remplacées par des nucléotides d’ADN ; les fragments d’Okazaki sont liés en un brin continu par une ligase. Les extrémités des chromosomes posent un problème, car l’amorce d’ARN aux extrémités 5′ de l’ADN ne peut pas être remplacée par de l’ADN, et le chromosome se raccourcit progressivement. La télomérase, une enzyme avec une matrice d’ARN intégrée, prolonge les extrémités en copiant la matrice d’ARN et en prolongeant un brin du chromosome. L’ADN polymérase peut ensuite synthétiser le brin d’ADN complémentaire au brin allongé par la télomérase en utilisant les enzymes de réplication régulières. De cette façon, les extrémités des chromosomes sont protégées.
14.6 Réparation de l’ADN
L’ADN polymérase peut faire des erreurs lors de l’ajout de nucléotides. Elle édite l’ADN en relisant chaque nouvelle base ajoutée. Les bases incorrectes sont retirées et remplacées par la base correcte avant de continuer la synthèse. La plupart des erreurs sont corrigées lors de la réplication, mais lorsque cela ne se produit pas, le mécanisme de réparation des mésappariements est utilisé. Les enzymes de réparation des mésappariements reconnaissent la base mal appariée et l’excisent de l’ADN, la remplaçant par la bonne base. Dans un autre type de réparation, la réparation par excision de nucléotides, une base endommagée est retirée ainsi que quelques bases à l’extrémité 5′ et 3′, et celles-ci sont remplacées en copiant la matrice à l’aide de l’ADN polymérase. Les extrémités du fragment nouvellement synthétisé sont attachées au reste de l’ADN à l’aide de l’ADN ligase, ce qui crée une liaison phosphodiester.
La plupart des erreurs sont corrigées, et si elles ne le sont pas, elles peuvent entraîner une mutation, définie comme un changement permanent dans la séquence d’ADN. Les mutations peuvent être de plusieurs types, telles que la substitution, la délétion, l’insertion et les expansions répétées de trinucléotides. Les mutations dans les gènes de réparation peuvent entraîner de graves conséquences telles que le cancer. Des mutations peuvent être induites ou peuvent survenir spontanément.
