Mécanisme de synthèse de l’ADN

Par le Dr Maho Yokoyama, Ph.D.Révisé par Hannah Simmons, M.Sc.

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L’ADN, ou acide désoxyribonucléique, est la molécule biologique qui contient l’information nécessaire pour créer un organisme vivant. Lorsque la cellule se divise pour devenir deux, l’ADN doit être copié pour que les deux cellules contiennent l’information génétique nécessaire. La synthèse, ou la fabrication de nouveaux brins d’ADN dans les cellules vivantes est appelée « réplication de l’ADN ».

Réplication de l’ADN. Crédit image : Designua /

Faire un nouveau brin d’ADN

L’ADN se trouve sous la forme d’une double hélice, où deux brins d’ADN sont liés ensemble en deux hélices. Le processus de réplication de l’ADN commence lorsque les deux brins d’ADN se séparent. Une enzyme appelée hélicase déroule et sépare les liaisons entre les deux brins d’ADN, et ces deux brins séparés servent de matrice à partir de laquelle un nouvel ADN est fabriqué.

Les ADN polymérases sont un groupe d’enzymes qui fabriquent un nouvel ADN. Mais, pour que cette enzyme fonctionne, elle a besoin d’une amorce – une courte séquence nucléotidique qui est attachée à l’un des brins d’ADN séparés. Pendant la réplication de l’ADN, l’amorce est généralement une courte séquence d’acide ribonucléique (ARN), qui est ensuite dégradée et remplacée par de l’ADN.

L’amorce fournit un groupe hydroxyle 3′ sur lequel l’ADN polymérase ajoute les précurseurs de l’ADN, les nucléotides. Lorsque les nucléotides sont ajoutés à l’extrémité 3′ de l’amorce ou du nouveau brin d’ADN, une liaison est formée entre le groupe hydroxyle 3′ de l’amorce/du nouvel ADN et le groupe phosphate 5′ du nucléotide.

Il existe quatre types de nucléotides d’ADN, qui ont chacun des bases azotées différentes ; l’adénine (A), la cytosine (C), la guanine (G) et la thymine (T). Ces bases se trouvent toujours par paires, A-T et C-G. C’est ce qu’on appelle « l’appariement des bases Watson-Crick ». Ainsi, si la matrice contient un nucléotide « A », un nucléotide « T » sera ajouté au brin d’ADN en croissance. Si c’est un nucléotide « G », alors un nucléotide « C » sera ajouté au brin en croissance.

Directionnalité de l’ADN, et comment elle affecte la synthèse de l’ADN

L’ADN a une directionnalité, avec un brin allant de 5′ à 3′ et l’autre allant de 3′ à 5′. Dans le brin 5′-3′, l’extrémité 3′ est exposée lors de la synthèse du nouvel ADN. Cela signifie que l’ADN polymérase est capable de fabriquer du nouvel ADN dans la direction de l’ADN matrice.

Cependant, lorsqu’il s’agit du brin 3′-5′, cela laisserait l’extrémité 5′ exposée ; comment l’ADN polymérase gère-t-elle cela ? Dans le brin 3′-5′, le nouvel ADN est fabriqué par l’ADN polymérase en faisant de courts fragments 5′-3′, appelés fragments d’Okazaki. Ensuite, une autre enzyme, l’ADN ligase, relie les fragments d’Okazaki entre eux pour former le nouveau brin d’ADN 3′-5′.

Lecture de preuves

Parfois, des erreurs sont commises lors de l’ajout de nucléotides sur le brin d’ADN matrice. Certaines ADN polymérases possèdent ce que l’on appelle une « activité 3′-5′ exonucléase ». L’activité exonucléase 3′-5′, qui agit contre l’activité de polymérisation ou de synthèse, élimine les nucléotides qui ne correspondent pas à la matrice. Cela permet une relecture pour que le nouveau brin d’ADN soit aussi précis que possible.

Comment cela est exploité en biologie moléculaire ?

Les propriétés de la synthèse de l’ADN ont été utilisées dans diverses techniques de biologie moléculaire ; la réaction en chaîne par polymérase (PCR) et le séquençage de l’ADN.

Réaction en chaîne par polymérase

La PCR est une technique développée dans les années 1980 pour amplifier une partie spécifique de l’ADN. Des amorces d’ADN sont conçues pour couvrir la région d’intérêt. La chaleur est utilisée pour séparer les deux brins d’ADN, et la température est ensuite abaissée pour permettre aux amorces de se fixer à l’ADN. Une ADN polymérase thermostable fabrique alors de nouveaux brins d’ADN correspondant à la région d’intérêt en ajoutant des nucléotides à l’extrémité 3′ des amorces.

Séquençage de l’ADN

Le séquençage de l’ADN consiste à travailler sur l’ordre des bases (A, C, G, T) présentes dans l’ADN. Le séquençage de Sanger est l’une des premières techniques de séquençage de l’ADN, où la synthèse de l’ADN est arrêtée. Cela est possible grâce à l’élimination du groupe hydroxyle de l’extrémité 3′ des nucléotides. Par conséquent, lorsque ces « nucléotides didésoxy » sont incorporés dans le brin d’ADN, l’ADN polymérase ne peut pas ajouter le nucléotide suivant. Ces nucléotides didésoxy sont mélangés à des nucléotides, ce qui crée des fragments de différentes longueurs. En faisant réagir séparément les dideoxy-A, dideoxy-C, dideoxy-G et dideoxy-T, on peut déterminer le dernier nucléotide du fragment. Une fois séparé par la taille, la séquence d’ADN peut alors être déterminée en regardant quel est le dernier nucléotide des fragments selon la taille.

Bien que les méthodes modernes de séquençage de l’ADN soient automatisées et moins laborieuses que le séquençage de Sanger, il en existe qui est basé sur le séquençage de Sanger ; par exemple, différents colorants fluorescents peuvent être ajoutés à chaque didésoxy-nucléotide et les différences détectées par différentes couleurs de fluorescence.

Lectures complémentaires

• Tout le contenu ADN
• Qu’est-ce que l’ADN ?
• Propriétés de l’ADN
• Modifications chimiques de l’ADN
• Fonctions biologiques de l’ADN

Écrit par

Le Dr Maho Yokoyama

Le Dr Maho Yokoyama est une chercheuse et une écrivaine scientifique. Elle a obtenu son doctorat à l’Université de Bath, au Royaume-Uni, suite à une thèse dans le domaine de la microbiologie, où elle a appliqué la génomique fonctionnelle à Staphylococcus aureus . Pendant ses études de doctorat, Maho a collaboré avec d’autres universitaires sur plusieurs articles et a même publié certains de ses propres travaux dans des revues scientifiques évaluées par des pairs. Elle a également présenté ses travaux lors de conférences universitaires dans le monde entier.

Citations

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