Chapitre 5 Réplication, Réparation et Recombinaison de l ADN
Réplication de l ADN 1. La complémentarité des bases permet la réplication de l ADN 2. La synthèse de l ADN commence aux origines de réplication 3. La synthèse d une nouvelle molécule d ADN commence aux fourches de réplication 4. La fourche de réplication est asymétrique 5. L ADN polymérase se corrige elle-même 6. De courts fragments d ARN servent d amorce à la synthèse d ADN 7. Au niveau des fourches de réplication, des protéines coopèrent et constituent la machinerie réplicative 8. la synthèse d ADN commence aux origines de réplication 9. La réplication des extrémités des chromosomes eukaryotes est effectuée par la télomérase 10.La synthèse d ADN dans les eukaryotes n a lieu que pendant la phase S du cycle cellulaire
1. La complémentarité des bases permet la réplication de l ADN
L ADN sert de matrice à sa propre replication 1. L ADN est fait de sous-unités simples phosphate sucre Sucre phosphaté base nucléotide 2. Brin d ADN: nucléotides reliés par des liaisons sucre-phosphate Polymérisation complémentaire d un nouveau brin d ADN Nucléotide monomeres
La polymérisation de l ADN utilise l énergie des liaisons phosphoanhdrides des nucléotides triphosphate
La synthèse del ADN se fait dans le sens 5-3
2. La synthèse de l ADN commence aux origines de réplication
Les origines de réplication ont des caractères particuliers 5 3 origine de replication riche en AT double hélice d ADN 3 5 protéines d initiation de la réplication matrices d ADN simple brin prêtes pour la synthèse d ADN
3. La synthèse d une nouvelle molécule d ADN commence aux fourches de réplication
Deux fourches de réplication se déplaçant en sens opposés sur un chromosome circulaire fourches de réplication
La synthèse d ADN se fait uniquement dans le sens 5-3
4. La fourche de réplication est asymétrique
Structure de l ADN au niveau d une fourche de réplication brin direct brin retardé avec de petits fragments d ADN nouvellement synthétisés (fragments d Okazaki) ADN le plus récemment synthétisé
paume Structure de l ADN polymérase ADN polymérase d E. coli desoxyribonucléoside triphosphate pouce «ouverture» dans l hélice brin matrice doigt brin amorce
5. L ADN polymérase se corrige elle-même
ADDITION D UN NUCLEOTIDE INCORRECT PAR LA POLYMERASE 3 5 L autocorrection par l ADN polymerase 3 5 NUCLEOTIDE MAL APPARIE ELIMINE PAR AUTO-CORRECTION 3-5 5 3 3 5 L APPARIEMENT CORRECT A L EXTREMITE 3 PERMET L ADDITION DU NUCLEOTIDE SUIVANT 5 3 3 5
L ADN polymérase contient deux sites différents pour la synthèse et l édition site de polymérisation 5-3 site d activité exonucléase 3-5
6. De courts fragments d ARN servent d amorce à la synthèse d ADN
La primase synthétise des amorces d ARN à partir de ribonucléotides non appariés ribonucléotides libres amorce d ARN primase extrémité 3 OH servant d amorce à l ADN polymérase
amorce d ARN matrice du brin retardé nouvelle amorce d ARN synthétisée par L ADN primase addition d un nucléotide à l amorce d ARN par l ADN polymérase l ADN polymérase termine la synthèse du fragment d Okazaki Sur le brin retardé, la synthèse de l ADN est effectués par petits fragments l ancienne amorce d ARN est enlevée par une nucléase Une ADN polymérase de réparation remplace l ARN par de l ADN et assure l autocorrection Une ligase lie l extrémité 5 P et 3 OH de 2 fragments D Okazaki voisins
L ADN ligase utilise l énergie de l ATP pour former une liaison phosphodiester ATP AMP
7. Au niveau des fourches de réplication, des protéines coopèrent et constituent la machinerie réplicative
La machinerie réplicative fonctionne sur la fourche de réplication matrice de brin direct brin nouvellement synthétisé clamp coulissant ADN polymérase du brin direct Le nouveau fragment d Okazaki commencera ici amorce de RNA nouveau fragment d Okazaki ADN hélicase ADN primase protéine de liaison à l ADN simple brin primosome ADN polymérase du brin retardé clamp de chargement
clamp de chargement deux moitiés de clamp coulissant ADN polymérase polymérase clampée
L hélicase déroule la double hélice en consommant de l ATP
Le brin d ADN retardé est replié sur la machinerie de réplication brin direct nouvellement synthétisé 5 5 3 5 3 3 5 5 3 ADN double brin parental 3 brin retardé nouvellement synthétisé fourche de réplication
8. la synthèse d ADN commence aux origines de réplication
Bulle de réplication formée par l initiation de la réplication Origine de réplication OUVERTURE LOCALE DE LA DOUBLE HELICE SYNTHESE DE PRIMERS D ARN DEBUT DE SYNTHESE DU NOUVEAU BRIN DIRECT DE NOUVEAUX PRIMERS brin direct D ARN DEBUTENT LA de la fourche 2 SYNTHESE DE NOUVEAUX BRIND D ADN FOURCHE 1 FOURCHE 2 brin retardé de la fourche 1
Initiation de la réplication bactérienne origine de réplication séquence riche en AT hélice d ADN parentale protéines d initiation LIAISON DES PROTEINES D INITIATION SUR L ORIGINE DE REPLICATION ADN hélicase liée à un inhibiteur LIAISON DE L HELICASE AUX PROTEINES D INITIATION inhibiteur d hélicase CHARGEMENT DE L HELICASE SUR LE BRIN D ADN L HELICASE OUVRE L HELICE ET LIE LA PRIMASE POUR FORMER LE PRIMOSOME ADN primase LA SYNTHESE DE L AMORCE D ARN PERMET A L ADN POLYMERASE DE COMMENCER LA SYNTHESE DU PREMIER BRIN D ADN L ADN polymérase commence la synthèse du brin direct de la fourche 1 amorce d ARN INITIATION DE SYNTHESE DE 3 BRINS D ADN SUPPLEMENTAIRES
Les chromosomes eukaryotes contiennent de nombreuses origines de réplication origine de réplication origine de réplication MARQUAGE 10 min AVEC LA 3 H-THYMIDINE grains d argent ADDITION 10 min DE MILIEU NON MARQUE bulle de réplication bulle de réplication
Caractéristiques des origines de réplication des eukaryotes 1. Les OR sont activés en groupes: unités de réplication. 2. Les différentes unités de réplication sont activées à différent moments durant le cycle cellulaire 3. Dans une unité de réplication, les OR son séparées par 30 000 à 300 000 nt. 4. les fourches de réplication sont formées par paires: bulles de réplication
9. La réplication des extrémités des chromosomes eukaryotes est effectuée par la télomérase
Les télomères permettent d effectuer correctement la synthèse de l ADN aux extrémités des chromosomes eukaryotes brin matrice LA TELOMERASE SE LIE LA TELOMERASE ALLONGE L EXTREMITE 3 brin retardé nouvellement synthétisé incomplet extension d ADN direction de synthèse de la télomérase ACHEVEMENT DE LA SYNTHESE DU BRIN RETARDE PAR DNA POLYMERASE DNA polymérase
La synthèse d ADN dans les eukaryotes n a lieu que pendant la phase S du cycle cellulaire
réplication d hétérochromatine réplication d euchromatine
Chapitre 5 Réplication de l ADN FIN
Structure et fonction de l ADN Chapitre 5 Réparation et Recombinaison de l ADN
1. Réparation de l ADN 1. Les mutations peuvent avoir des conséquences dramatiques pour l organisme 2. Le système de réparation de l ADN corrige les erreurs qui ont échappé par la machinerie réplicative 3. L ADN est constamment endommagé dans la cellule 1. Dépurination 2. Désamination 3. Dimères de thymine 4. La réparation de l ADN procède toujours en 3 étapes: 1. Excision 2. Resynthèse 3. Ligation 5. Il existe 2 grands mécanismes de réparation de l ADN 1. Réparation par excision de base 2. Réparation par excision de nucléotide 6. Quelques caractéristiques particulières de la réparation de l ADN
1. Les mutations peuvent avoir des conséquences dramatiques pour l organisme Nom Phénotype Enzyme Xérodemra Pigmentosum Ataxie- Télangiectasie BRCA-2 Cancer de la peau Leucémies, lymphomes Cancer du sein, de l ovaire Réparation par excision de nucléotide Protéine ATM = kinase activée par les ruptures double brin Réparation par recombinaison homologue
2. Le système de réparation de l ADN corrige les erreurs qui ont échappé par la machinerie réplicative Fréquence d erreur par réplication sans réparation des mésappariements: 1 / 10 7 pb Fréquence d erreur par réplication après réparation des mésappariements: 1 / 10 9 pb
3. L ADN est constamment endommagé dans la cellule
Les dépurinations et les déaminations sont les lésions les plus fréquentes de l ADN 5000/cellule/jour 100/cellule/jour
Les UV et les radiations solaires peuvent endommager l ADN cellules de la peau +++
Les modifications chimiques des nucléotides entraînent des mutations A dépurinée Délétion d un paire A-T inchangé
La réparation de l ADN procède toujours en 3 étapes: Excision Resynthèse Ligation
Il existe 2 grands mécanismes de réparation de l ADN Réparation par excision de base Réparation par excision de nucléotide
Réparation par excision de base C déaminée paires de bases liée par des pont hydrogène 6 ADN glycosylases URACYL ADN GLYCOSYLASE AP ENDONUCLEASE PHOSPHODIESTERASE ADN POLYMERASE ADN LIGASE
Réparation par excision de nucléotides NUCLEASE Lésions massives de l ADN (ouverture de 8 à >20 nt) ADN HELICASE ADN POLYMERASE ADN LIGASE
6. Quelques caractéristiques particulières de la réparation de l ADN
1. La déamination des methyl-cytosine produit un remplacement de C par T 2. Les ruptures doubles brin sont réparées rapidement par recombinaison 3. La cellule répond à l accumulation de lésions de son ADN: la réponse SOS 1. Synthèse de protéines de réparation 2. Arrêt de la division cellulaire