Chapitre 15 : la synthèse de DNA, la réplication et la recombinaison

Qu’est-ce qu’une fourche de séparation ? Et une réplication semi-conservative ?

Endroit où les brins commencent à se séparer

Le nouveau brin d’ADN se forme àpd d’un ancien brin matrice

Quelle est l’origine de la réplication de l’ADN chez les procaryotes ?

La séquence de bases spécifiques riches en A-T oriC

Comment se déroule l’initiation de la réplication chez les procaryotes ?

1) Liaison de DnaA (protéines) au niveau du segment oriC

2) Hélicase (= DnaB) réroule la double hélice

3) Intervention de la machinerie de réplication au niveau de la fourche ainsi créée.

Quelles sont les différentes phases d’un cycle cellulaire chez une cellule eucaryote ?

G1 (préparatoire à la réplication), S (réplication ADN), G2 (préparation mitose), M (mitose).

Qu’est-ce qu’un superenroulement de l’ADN ?

Après fixation d’une des extrémités de l’ADN court, impression d’un tour de spires supplémentaire (superenroulement +) ou d’un mouvement déroulant l’hélice (superenroulement -). Lorsque l’ADN est en état de superenroulement, on peut parler d’enroulement bobiné ou de coiled coil.

Quel est le problème posé par le superenroulement lors du déroulement ?

La séparation provoquant une rotation de l’hélice, elle crée un superenroulement positif : le déroulement devient ainsi de plus en plus difficile, rendant la cassure de la chaîne de polynucléotides nécessaire.

Quel est le rôle de la topoisomérase de type I ?

Elle intervient au niveau des zones où un superenroulement négatif apparaît lors de l’assemblage de la chromatine afin de relâcher le superenroulemnt internucléosomal ainsi créé (en bref : elle casse le brin car aucun enroulement positif ne le fera à cet endroit).

Qu’est-ce qu’une topoisomérase et quels en sont les différents types présent lors de la réplication ?

Enzyme catalysant le processus d’adaptation de la topologie des brins au besoins de la réplication.

Type I : provoque une cassure dans une double hélice superenroulée (cassure d’1 brin par transfert de OH sur tyrosine de l’enzyme, rotation du brin, fermeture de la double hélice)

Type II (gyrase) : introduit superenroulements négatifs (cassure 2 brins, transfert des extrémités sur elle-mêmes, passage des brins intacts, fermetures des brins clivés).

Quelles sont les différentes ADN polymérase des eucaryotes + leur rôle respectif ?

Pol I (essentiel en fin de réplication + mécanismes de réparation)

Pol II (mécanismes de réparation)

Pol III (catalyse la synthèse dans la fourche de réplication)

Décrire le mécanisme d’allongement du brin d’ADN grâce à l’ADN polymérase.

1) Nucléotide attaché au OH libre du C3’ d’un désoxyribose (libération du PPi libérant de l’énergie)

2) Formation de liens hydrogène entre les bases

La polarité de l’ADN est-elle un problème pour la réplication ?

Oui, mais uniquement pour le brin attardé (lagging strand). La réplication ne pose aucun problème pour le brin de tête (leading strand), qui est celui situé dans le sens de lecture de l’ADN.

Qu’est-ce qu’un fragment d’Okasaki et à quel problème répond-il ?

Court fragment résultant de la synthèse du brin attardé. Il règle le problème topologique lié à l’ADN polymérase III (dimère dont les monomères synthétisent l’ADN dans 2 sens opposés) en formant une boucle.

Que trouve-t-on comme enzymes/protéines au niveau de la fourche réplicative ?

Hélicase (déroulement hélice), primase (synthèse RNA primer), Pol III (enzyme asymétrique dimérique synthétisant l’ADN).

SSB (single strand binding protein), protéine se liant rapidement au simple brin pour maintenir les brins séparés.

Qu’est-ce qu’un sliding clamp (crampons glissants) ?

Complexe protéique composé d’un anneau protéique suffisamment grand pour permettre le passage du double brin. Chez les euracyote : trimère de PCNA (proliferating cell nuclear antigen). Le sliding clamp est amené sur l’ADN par le clamp-loading complex (complexe chargeur de clamp, chez les eucaryotes).

Qu’arrive-t-il aux fragments d’Okasaki après le passage de Pol III ?

Intervention de Pol I : ajout des nucléotides au niveau de OH du C3’, hydrolyse du RNA + resynthèse du DNA (activité exonucléasique).

Qu’est-ce que la DNA ligase ?

Enzyme réalisant les liens phosphodiesters entre le OH du C3’ et le PO₄ d’un C5’

Quels sont les 3 mécanismes de contrôle de la réplication de l’ADN ?

1) Basé sur 2 propriété du site actif de la polymérase (sélection géométrique et changement de conformation)

2) Proofreading (vérification par Pol I et Pol III : glissement du brin d’ADN vers le site exonucléasique trop important si base incorrecte)

3) Mismatch : distorsion dans la double hélice à cause de l’erreur (brin néo-synthétisé reconnu grâce à sa non-méthylation)

Quelles sont les protéines impliquées dans le complexe de réparation de l’ADN en cas d’erreur de réplication ?

Mut S (reconnaissance distorsion), Mut H (reconnaissance adénine méthylée sur brin matrice), Mut L (liaison de Mut H et Mut S)

Décrire le mécanisme de réparation de l’ADN en cas d’erreur de réplication

1) Excision des bases (coopération hélicase, SSB et exonucléase)

2) Remplacement séquence excisée (Pol III)

3) Liaison des fragments d’ADN (ligase)

Décrire le mécanisme de la réparation par excision d’un nucléotide chez les procaryotes (réparation de lésion de l’ADN)

1) Activation exinucléase (endonucléase coupant le brin sur 12/13 nucléotides de long)

2) Ajout nucléotides sur l’extrémité par Pol I

3) Liaison des fragments ADN par ligase

Décrire le mécanisme de la réparation AP (procaryote, réparation des lésions de l’ADN)

Réparation par excision d’une base

1) Reconnaissance désamination d’une cytosine (→ uracile) ou adénine (→ hypoxanthine) par glycolase

2) Hydrolyse base → site AP (glycolase)

3) Hydrolyse partielle autour du site AP (endonucléase)

4) Réparation (Pol I, ligase)

Peut-on réparer un segment d’ADN ayant subi une cassure double-brin ?

Oui mais on ne peut se servir du brin matrice puisqu’il est lui aussi endommagé. La réparation se fera par liaison des 4 extrémités 2 à 2 (ligase) ou une méthode basé sur la recombinaison homologue

Quelles sont les différences d’activité des primases chez les eucaryotes par rapport aux procaryotes ?

1) Initiation de la synthèse de RNA primer par Pol α

2) Pol α synthétise de l’ADN de 30 nucléotides

3) Pol δ synthétise le brin d’ADN

Pol 𝛄 = polymérase qui réplique l’ADN mitochondrial

Quel problème justifie l’existence des télomères ?

Les chromosomes eucaryotes étant linéaires, la polymérase changeant l’ARN primer en ADN ne peut se fixer pour effectuer sa tâche (elle ne peut se fixer en amont de la zone à répliquer)

Est-ce que les télomères peuvent s’allonger ?

Oui ; en effectuant une boucle pour se réhybrider, en se liant avec des protéines particulières ou via la télomérase (synthétisant de l’ADN monocaténaire en l’absence de matrice).

En cas de lésion de l’ADN chez les eucaryotes, les mécanismes de réparation diffèrent-ils de ceux des procaryotes ?

Non ; mais chez les pluricellulaires, si la réparation est impossible car les dégâts trop importants, le mécanisme supplémentaire d’apoptose se mettra en place.

Décrire le mécanisme de transcription inverse de rétrovirus

1) Synthèse d’ADN àpd 1 brin d’ARN (transcriptase inverse)

2) Destruction du brin d’ARN matrice

3) Synthèse du brin d’ADN complémentaire (machinerie enzymatique de la cellule infectée)

4) Intégration du DNA au DNA cellulaire (recombinaison homologue).

Décrire le mécanisme de transcription inverse pour le transposon

1) ADN → ARN

2) ARN traduit (production de transcriptase inverse)

3) Synthèse d’ADN àpd brin d’ARN matrice

4) Destruction du brin d4ARN

5) Synthèse d’ADN àpd brin complémentaire

6) Introduction du double brin d’ADN dans le génome