Vidéo de la leçon : Réplication de l’ADN Biologie

Dans cette vidéo, nous allons apprendre à décrire le processus de réplication semi-conservative de l'ADN, notamment le rôle des différentes enzymes, et rappeler comment les erreurs commises lors de la réplication de l'ADN peuvent être corrigées.

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Transcription de vidéo

Dans cette vidéo, nous allons découvrir la réplication de l’ADN. Nous allons d’abord voir la structure de base de l’ADN, y compris les paires de bases complémentaires. Ensuite, nous décrirons le processus de réplication semi-conservative de l'ADN et le rôle des enzymes ADN hélicase, ADN polymérase et ADN ligase. Enfin, nous verrons comment les erreurs introduites lors de la réplication de l’ADN peuvent être corrigées.

Au départ, nous étions tous fait d’une seule cellule qui s'est divisée en deux cellules, qui se sont ensuite divisées pour former quatre cellules, qui se sont ensuite divisées à nouveau en huit cellules. Et cela s'est poursuivi jusqu'à ce que nous devenions la personne que nous sommes, constituée de billions de cellules. Billion est un très grand nombre. Il y a 80000 secondes dans une journée, trois millions de secondes dans une année, et trois billions de secondes équivaut environ à 100000 ans. C'est assez impressionant que nos cellules puissent se diviser de cette façon pour produire un nombre aussi important de cellules. Et à chaque division cellulaire, l’ADN à l’intérieur du noyau de ces cellules doit être copié à l’identique.

Avant de découvrir comment l'ADN est copié ou répliqué, voyons d'abord la structure élémentaire de l'ADN. L'ADN est constitué de deux brins individuels qui s'enroulent l'un autour de l'autre pour créer une forme en double hélice, comme on peut le voir ici. Les cases colorées de l'ADN sont appelées nucléotides ou paires de bases. Zoomons sur ce segment d’ADN pour pouvoir examiner de plus près sa structure chimique. Le squelette sucre-phosphate de l'ADN représenté en noir est composé d'un groupe phosphate et d'un sucre désoxyribose. Les cases colorées représentent les différentes bases azotées. Ces trois composants constituent un nucléotide. Et chaque brin d’ADN est composé d’un polymère de ces nucléotides.

Donc, sur ce brin ici, il y a un, deux, trois nucléotides. Les nucléotides sont reliés entre eux par une liaison phosphodiester, qui comprend les atomes de carbone de part et d'autre du groupe phosphate. Et les deux brins sont reliés par leurs bases azotées pour former des paires de bases. Dans l’ADN, il existe quatre types de bases azotées: la guanine ou G en abrégé, la cytosine, l’adénine et la thymine. Ces bases peuvent s’apparier avec leur base complémentaire en formant des liaisons hydrogène les unes avec les autres. Ces liaisons hydrogène sont ce qui maintient les deux brins liés ensemble. La guanine s’associe toujours avec la cytosine par trois liaisons hydrogène, tandis que l’adénine s’associe toujours avec la thymine par deux liaisons hydrogène.

Une autre caractéristique importante de l’ADN est sa directionnalité. Un brin va dans cette direction, tandis que l’autre brin va dans cette direction. On les décrit parfois comme étant antiparallèles. La direction de chaque brin est définie par la position des atomes de carbone dans le sucre désoxyribose. Les atomes de carbone sont numérotés de un prime à cinq prime comme indiqué ici.

L'un des brins va de cinq prime vers trois prime, que nous pouvons également voir ici, tandis que le brin opposé va dans la direction inverse. Nous l’appelons le brin trois prime à cinq prime mais nous dessinons notre flèche dans la direction cinq prime vers trois prime parce qu’il s’agit de la direction dans laquelle l’ADN est synthétisé, comme nous le verrons. Et si vous regardez à gauche, vous pouvez voir que le schéma ici est aussi légendé.

Maintenant que nous avons examiné la structure de l’ADN en détail, nous pouvons à présent expliquer comment l’ADN se réplique. Alors, voici un segment d’ADN qui doit être répliqué, le sens de ces brins étant indiqué. Tout d’abord, la molécule d’ADN doit se dérouler afin de séparer les deux brins et accéder aux différentes bases azotées. Pour ce faire, une enzyme spéciale appelée ADN hélicase déroule ou sépare l’hélice en rompant les liaisons hydrogène entre les bases.

La structure que forme les deux brins séparés est appelée fourche de réplication. Nous pouvons également voir les bases individuelles ici et là. Nous montrons les lettres de ces bases, pour que vous puissiez voir comment se passe la synthèse de l'ADN. Deux nouveaux brins d’ADN seront synthétisés en utilisant chacun de ces brins d’origine comme matrice.

Voyons d’abord ce qui arrive sur le brin supérieur qui va dans la direction cinq prime vers trois prime. L'enzyme impliquée dans la synthèse de l'ADN, l’ADN polymérase, se fixe. Le mot polymérase fait référence au fait que cette enzyme forme des polymères de nucléotides qui constitueront le nouveau brin d'ADN. À l'intérieur du noyau des cellules eucaryotes, où a lieu la réplication de l'ADN, se trouvent de nombreux nucléotides libres que l'ADN polymérase peut utiliser pour fabriquer un nouveau brin d'ADN. Chacun de ces nucléotides est indiqué ici avec son squelette sucre-phosphate représenté en rouge pour le différencier comme le brin d'ADN nouvellement synthétisé.

Ces nucléotides s'apparient avec une base complémentaire, et l'ADN polymérase peut les relier en catalysant la formation de liaisons phosphodiester entre eux. L’ADN polymérase se déplace le long du brin à mesure que ces nucléotides sont ajoutés. Si nous regardons l’orientation du nouveau brin, nous pouvons constater qu’il va de trois prime à cinq prime. Cependant, si nous prenons le point de vue de l’ADN polymérase, nous voyons que cette enzyme se déplace dans la direction cinq prime vers trois prime. En effet, l'ADN polymérase ne peut ajouter des nucléotides à un brin d'ADN nouvellement synthétisé que dans le sens cinq prime vers trois prime.

Donc maintenant, contrairement au brin supérieur, l'ADN polymérase n’est plus capable de synthétiser l'ADN sur le brin opposé trois prime à cinq prime parce que de son point de vue, elle se déplacerait dans la direction trois prime vers cinq prime, ce qu'elle ne peut pas faire. Donc l'enzyme doit se déplacer toujours dans la direction cinq prime vers trois prime comme on peut le voir ici, mais elle doit maintenant se détacher et se lier à un autre segment plus loin le long du brin. Ici, un autre fragment peut être synthétisé dans le sens cinq prime à trois prime comme ça.

Ces fragments sont appelés des fragments d’Okazaki. Et dans cet exemple, les fragments d’Okazaki sont très petits. En réalité, ils peuvent être beaucoup plus grands. Chez les procaryotes, ils font environ la taille de 12000 nucléotides, tandis que chez les eucaryotes, ils n’en contiennent qu’environ 200. Alors maintenant, nous nous retrouvons avec ces deux fragments Okazaki, et il y a un espace entre les deux. Cet espace peut être comblé à l'aide d'une autre enzyme appelée ADN ligase. Cette enzyme peut former une liaison phosphodiester entre deux fragments d’ADN comme nous pouvons le voir ici. C'est ainsi que la réplication de l'ADN se produit. Étant donné qu'un brin est fabriqué en continu sans avoir besoin de ces fragments d'Okazaki et sans devoir les relier ensuite, on l’appelle le brin principal ou précoce, tandis que l'autre brin correspond au brin secondaire ou retardé puisqu'il est assemblé en plusieurs parties.

La réplication de l’ADN se déroule à un rythme continu avec l’ADN hélicase déroulant l’ADN à l’avant, tandis que l’ADN polymérase synthétise l’ADN derrière elle. La réplication de l’ADN se produit très rapidement et ajoute environ 50 nucléotides par seconde. L’ADN des cellules humaines contient des milliards de nucléotides, ce qui prendrait beaucoup trop de temps. La réplication de l'ADN peut se produire à plusieurs endroits sur le chromosome et former ce que l'on appelle des bulles de réplication. Ces bulles de réplication peuvent s'étendre de leur origine jusqu'à ce que la molécule d'ADN soit complètement répliquée.

Nous avons maintenant deux molécules d'ADN, qui contiennent toutes deux un brin de la molécule d'origine (en noir) et un brin nouvellement synthétisé (en rouge). C’est pourquoi la réplication de l’ADN est dite semi-conservative. Si la réplication de l’ADN était conservative, alors nous obtiendrions la molécule d’ADN originale et une autre molécule contenant deux nouveaux brins d’ADN. Mais ce n’est pas le cas puisque la réplication de l’ADN est semi-conservative.

Il y a beaucoup de nucléotides à ajouter pour créer un nouveau brin d'ADN, alors que se passe-t-il si l'ADN polymérase fait une erreur? Ces erreurs de réplication peuvent introduire des mutations dans l’ADN. Ainsi, si nous avons une molécule d'ADN en cours de réplication, comme illustré ici, et qu'au lieu d'ajouter correctement de la guanine, l'ADN polymérase utilise par erreur une adénine, alors le brin d'ADN nouvellement synthétisé contiendra une erreur ou une mutation dans sa séquence d'ADN. Parfois, ces mutations peuvent se trouver dans des régions importantes des gènes.

Une mutation dans le gène de l’hémoglobine, la protéine qui transporte l’oxygène dans les globules rouges, peut conduire à la drépanocytose. Les globules rouges prennent alors la forme d’une faucille. Les personnes porteuses de cette mutation ont dans leurs globules rouges une version de l'hémoglobine qui ne transporte pas l'oxygène aussi efficacement, et sont donc plus susceptibles d'être touchées par la maladie.

L'ADN polymérase commet une erreur tous les 100 000 nucléotides, ce qui pourrait générer plus de 120 000 mutations à chaque fois qu'une cellule se divise. Afin d’éviter que ces erreurs ne se produisent, l’ADN polymérase a une fonction spéciale de relecture. Ainsi, lorsqu’elle synthétise de l’ADN, elle peut détecter s'il y a un mauvais appariement et éliminer le nucléotide incorrect. Le bon nucléotide peut alors prendre sa place. De cette façon, les erreurs dans la réplication de l’ADN peuvent être minimisées.

Maintenant, prenons un moment pour essayer de répondre à une question pratique.

Dans le processus de réplication de l’ADN, quel est le rôle principal de l’ADN hélicase? (A) L'ADN hélicase détecte et répare toute erreur due à un mauvais appariement des bases pendant la réplication de l'ADN. (B) L'ADN hélicase rompt les liaisons hydrogène entre les paires de bases, séparant ainsi les deux brins d'ADN. (C) L'ADN hélicase forme des liaisons phosphodiester entre les nucléotides pour former un brin d'ADN. (D) L'ADN hélicase ajoute des nucléotides à une chaîne d'ADN en cours, synthétisant un brin d'ADN complémentaire au brin matrice. Ou (E) l'ADN hélicase comble les espaces du squelette entre les fragments d'ADN nouvellement formés.

Cette question nous demande quel est le rôle principal de l’enzyme ADN hélicase lors de la réplication de l’ADN. Pour répondre à cette question, effaçons d’abord les choix de réponses afin d’avoir la place de travailler. Pour qu'une cellule puisse se diviser et créer une nouvelle cellule, elle doit d'abord former une nouvelle molécule d'ADN en copiant ou en ou répliquant son ADN. Souvenez-vous que l’ADN est une hélice double brin. Ces boîtes colorées que vous voyez sont les différents nucléotides qui composent la molécule d’ADN.

Zoomons ici pour voir de plus près. Nous pouvons voir ici les deux brins d’ADN. L’ADN est composé de sous-unités répétitives appelées nucléotides. Chaque nucléotide contient un groupe phosphate, un sucre désoxyribose et une base azotée. Dans l’ADN, il existe quatre types de bases azotées: la guanine, la cytosine, l’adénine et la thymine. La séquence de ces bases azotées le long de ces brins d’ADN peut coder pour différents gènes. Ces bases forment des paires de bases car les bases complémentaires peuvent se lier par une liaison hydrogène. La guanine s’apparie toujours avec la cytosine en formant trois liaisons hydrogène, tandis que l'adénine se couple toujours avec la thymine en formant deux liaisons hydrogène. Ces liaisons hydrogène entre ces bases sont ce qui maintient ces deux brins d'ADN ensemble.

Lors de la réplication de l’ADN, ces deux brins doivent être séparés afin que l’ADN puisse être copié. L’enzyme qui rompt ces liaisons hydrogène et sépare les deux brins est appelée ADN hélicase. Par conséquent, dans le processus de réplication de l’ADN, le rôle principal de l’ADN hélicase est de rompre les liaisons hydrogène entre les paires de bases pour séparer les deux brins d’ADN.

Passons maintenant en revue les points clés que nous avons couverts dans cette vidéo. La réplication de l’ADN est le processus consistant à créer de nouvelles copies d’ADN à partir d’une molécule d’ADN d’origine. Ce processus dépend de différentes enzymes, dont l'ADN hélicase qui sépare les deux brins, l'ADN polymérase qui synthétise un nouveau brin d'ADN et l'ADN ligase qui réunit les fragments d'ADN. La réplication de l’ADN est semi-conservative, ce qui signifie qu’une nouvelle copie de l’ADN est composée d’un brin d’ADN d’origine et d’un brin d’ADN nouvellement synthétisé. Les erreurs de réplication de l’ADN peuvent être corrigées grâce à la fonction de relecture de l’ADN polymérase.

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