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La fourche de réplication



La fourche de réplication est la structure formée lorsque l’ADN se réplique, et sur lesquelles l'ADN polymérase vient se fixer. L'ADN polymérase est une enzyme catalysant la formation des liaisons nucléotidiques. Le complexe enzymatique intervenant dans la réplication est appelé réplicase.
La réplication peut être divisée en trois étapes principales : l’initiation, l’élongation et la terminaison.

L’initiation de la réplication

L’initiation de la réplication a lieu à l’origine de réplication. Il n’y a qu’une seule origine de réplication dans les chromosomes bactériens alors qu’il en existe plusieurs chez les eucaryotes. Il existe des protéines capables de reconnaître ces origines et initier la réplication. Ces protéines sont capables d’ouvrir progressivement et dérouler l’ADN. La fourche de réplication est créée par l’action des hélicases qui brisent les liaisons hydrogènes entre les deux brins de la double hélice d’ADN ce qui permet leur séparation. D’autres protéines peuvent se lier à l’ADN simple brin (ou ADN monocaténaire) ainsi formé et éviter la reformation de la double hélice. Ce sont les protéines SSB (single strand binding).

 L’élongation ou la synthèse d’ADN

C’est au cours de cette phase qu’il y a formation du réplisome et synthèse d’ADN. L’élongation de l’ADN progresse toujours dans le sens 5' vers 3' pour le brin en formation. C’est l'ADN polymérase, qui ajoute à l'extrémité 3' de la molécule en formation, des désoxyribonucléotides. Cependant, les deux brins de la double hélice d’ADN sont enroulés dans des sens opposés : ils sont antiparallèles. Il existe de ce fait des mécanismes différents selon le brin d’ADN répliqué.
Il existe ainsi un « brin direct », ou « brin précoce », (leading strand) et un « brin indirect », ou « retardé », ou « brin tardif », (lagging strand) :
  • le « brin direct » est le brin complémentaire du brin parental orienté 3’ vers 5’ (le « brin direct est donc orienté 5’ vers 3’). Il est donc créé de façon continue, dans le sens 5’ vers 3’;
  • le « brin indirect » est le brin complémentaire du brin parental orienté 5' vers 3’ (le « brin indirect » est donc orienté 3’ vers 5’). Il est créé de façon discontinue, sous forme de fragments d’Okazaki.
Une hélicase brise les liaisons H entre les deux brins, et des protéines SSB se fixent à l'ADN monocaténaire, pour éviter la reformation de liaisons entre les deux brins. En amont de la fourche de réplication se fixe une topoisomérase I, une enzyme qui va permettre d'éviter les torsions entraînées par l'ouverture de la double-chaîne par l'hélicase, en coupant un des brins, puis le ressoudant après déroulement. Donc la topoisomérase va permettre le démêlement des 2 ADN filles.
L'ADN polymérase a besoin d'une amorce pour fonctionner, parce qu'elle ne commence à synthétiser que par une extrémité 3'OH libre.
La primase va en effet synthétiser des amorces d'ARN avec 3’OH libre. Il y aura donc sur le brin retardé des jonctions ARN-ADN, qui seront par la suite éliminées par une exonucléase. Des ADN polymérases particulières vont ensuite combler les lacunes laissées par l'ARN.

 La terminaison

Cette phase correspond à l’arrêt de la réplication lorsque deux fourches de réplication se rencontrent ou lorsqu’une fourche rencontre un signal de terminaison de la réplication. Il y a des protéines de terminaison qui freinent les fourches de réplication.

Fidélité de la réplication

La fidélité de réplication est très grande (la fréquence des erreurs est de 1/100 000 avant activité exonucléasique). Si de telles erreurs se produisent, cette enzyme met en place son activité 3'-5' exonucléasique, ce qui permet une fidélité de réplication de 1/10 000 000 (erreur/nb de bases répliquées). Les quelques erreurs restantes après cette intervention pourront être corrigées par différents systèmes de réparation de l'ADN et principalement le système de réparation des mésappariements ou MR (mismatch repair). La fidélité finale de la réplication est de 1/10 000 000 000

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