368 B IOLOGIE CELLULAIRE
qui les constituent, leur abondance dans la cellule
et l’existence d’activités exonucléasiques associées
(sur lesquelles rien ne sera dit ici). Deux d’entre
elles sont spécialisées dans la réparation de l’ADN
endommagé, tandis que la troisième intervient
dans la réplication.
2.3. Fonctionnement des yeux
et des fourches de réplication
Toutes les ADN et ARN polymérases connues,
procaryotiques ou eucaryotiques, fonctionnent
dans un seul sens : 5’ → 3’ ; nous verrons que ceci
pose un problème lorsqu’il s’agit de répliquer une
molécule d’ADN double-brin, ce qui est le cas
général.
2.3.1. N OTIONS D ’ ŒIL
ET DE FOURCHE DE RÉPLICATION
Le démarrage de la réplication implique la formation d’une petite zone de dénaturation de
l’ADN, qui met à nu les deux brins, afin que chacun d’eux puisse servir de matrice ; une amorce
adéquate est ensuite installée sur ces deux simplebrins afin d’engager la réplication. Nous verrons
plus loin comment ces processus initiaux sont
effectivement mis en œuvre au niveau du point de
départ, appelé origine de réplication. Comme les
deux brins de l’ADN sont antiparallèles, les deux
amorces sont dirigées en sens opposé ; les deux
molécules d’ADN polymérase se déplacent donc
dans des directions opposées, chacune sur son brin
matrice : la progression est bidirectionnelle. La
zone de dénaturation initiale est ainsi agrandie et
prend la forme d’un œil ( œil de réplication), dans
lequel les processus progressent de façon symétrique par rapport à l’origine (voir figure 12.3).
Cette description soulève un problème lié au
caractère incomplet de la réplication, puisque la
structure obtenue reste simple-brin sur une moitié
de chaque demi-œil (du côté de 5’ de chaque
amorce). Comme l’œil de réplication correspond à
une réalité biologique, visible au microscope chez
les Procaryotes comme chez les Eucaryotes (voir
plus loin), il a fallu trouver une explication à cette
anomalie. Le terme de fourche de réplication, qui
sera souvent utilisé à partir de maintenant, doit
être défini ici : une fourche correspond à chacune
des deux parties de l’œil qui a une forme de Y. Les
deux fourches, au niveau desquelles se déroulent
les événements clés de la réplication, ont un fonctionnement identique et progressent de façon
opposée, à la même vitesse.
2.3.2. S YNTHÈSES DU BRIN CONTINU
ET DU BRIN DISCONTINU
L’explication du phénomène a été apportée,
chez les Bactéries, grâce à des expériences de marquage radioactif bref de l’ADN in vivo ( pulses). On
montre que l’ADN de ces cellules contient de
courts fragments d’ADN simple-brin (1 000-2 000
nucléotides) liés à la molécule-mère par des liaisons hydrogène, à proximité des fourches de réplication. Ces fragments (dits fragments d’Okasaki,
du nom de leur découvreur), participent à la réplication de la deuxième branche de la fourche de la
manière décrite dans la figure 12.3 ; des fragments
équivalents ont aussi été mis en évidence chez les
Eucaryotes, mais leur longueur est environ dix fois
plus courte. Les deux brins d’ADN ont donc un
mode de fabrication complètement différent ; celui
à synthèse continue est dit brin précoce (ou brin
avancé), celui à synthèse discontinue, résultant de
la soudure des fragments d’Okasaki, est dit brin
tardif (ou brin retardé).
2.3.3. E NZYMOLOGIE DE LA FOURCHE
DE RÉPLICATION
Après avoir examiné la réplication sous un angle
mécanique, il faut maintenant l’analyser dans ses
aspects enzymologiques. L’ouverture de la molécule double-brin au niveau de l’origine de réplication met en jeu des protéines d’initiation
spécifiques, qui reconnaissent des séquences
d’ADN caractéristiques de cet endroit des chromosomes, et se fixent sur elles. Ces protéines et ces
séquences sont bien identifiées chez les Bactéries,
mais elles restent mal connues chez les Eucaryotes.
Une deuxième catégorie de protéines, capables de
séparer les deux brins de l’ADN, intervient
ensuite : elles sont appelées hélicases. Le processus de dénaturation exige de l’énergie, et celles-ci
nécessitent de l’ATP pour fonctionner : ces
ATPases/ADN dépendantes sont parfois appelées
«facteurs de détorsion » (voir figure 12.4).
Lorsque l’œil initial est suffisamment ouvert,
une amorce est installée sur chaque brin ; cette opération ne peut être réalisée par des ADN polymérases, car ces enzymes ne savent pas démarrer une
qui les constituent, leur abondance dans la cellule
et l’existence d’activités exonucléasiques associées
(sur lesquelles rien ne sera dit ici). Deux d’entre
elles sont spécialisées dans la réparation de l’ADN
endommagé, tandis que la troisième intervient
dans la réplication.
2.3. Fonctionnement des yeux
et des fourches de réplication
Toutes les ADN et ARN polymérases connues,
procaryotiques ou eucaryotiques, fonctionnent
dans un seul sens : 5’ → 3’ ; nous verrons que ceci
pose un problème lorsqu’il s’agit de répliquer une
molécule d’ADN double-brin, ce qui est le cas
général.
2.3.1. N OTIONS D ’ ŒIL
ET DE FOURCHE DE RÉPLICATION
Le démarrage de la réplication implique la formation d’une petite zone de dénaturation de
l’ADN, qui met à nu les deux brins, afin que chacun d’eux puisse servir de matrice ; une amorce
adéquate est ensuite installée sur ces deux simplebrins afin d’engager la réplication. Nous verrons
plus loin comment ces processus initiaux sont
effectivement mis en œuvre au niveau du point de
départ, appelé origine de réplication. Comme les
deux brins de l’ADN sont antiparallèles, les deux
amorces sont dirigées en sens opposé ; les deux
molécules d’ADN polymérase se déplacent donc
dans des directions opposées, chacune sur son brin
matrice : la progression est bidirectionnelle. La
zone de dénaturation initiale est ainsi agrandie et
prend la forme d’un œil ( œil de réplication), dans
lequel les processus progressent de façon symétrique par rapport à l’origine (voir figure 12.3).
Cette description soulève un problème lié au
caractère incomplet de la réplication, puisque la
structure obtenue reste simple-brin sur une moitié
de chaque demi-œil (du côté de 5’ de chaque
amorce). Comme l’œil de réplication correspond à
une réalité biologique, visible au microscope chez
les Procaryotes comme chez les Eucaryotes (voir
plus loin), il a fallu trouver une explication à cette
anomalie. Le terme de fourche de réplication, qui
sera souvent utilisé à partir de maintenant, doit
être défini ici : une fourche correspond à chacune
des deux parties de l’œil qui a une forme de Y. Les
deux fourches, au niveau desquelles se déroulent
les événements clés de la réplication, ont un fonctionnement identique et progressent de façon
opposée, à la même vitesse.
2.3.2. S YNTHÈSES DU BRIN CONTINU
ET DU BRIN DISCONTINU
L’explication du phénomène a été apportée,
chez les Bactéries, grâce à des expériences de marquage radioactif bref de l’ADN in vivo ( pulses). On
montre que l’ADN de ces cellules contient de
courts fragments d’ADN simple-brin (1 000-2 000
nucléotides) liés à la molécule-mère par des liaisons hydrogène, à proximité des fourches de réplication. Ces fragments (dits fragments d’Okasaki,
du nom de leur découvreur), participent à la réplication de la deuxième branche de la fourche de la
manière décrite dans la figure 12.3 ; des fragments
équivalents ont aussi été mis en évidence chez les
Eucaryotes, mais leur longueur est environ dix fois
plus courte. Les deux brins d’ADN ont donc un
mode de fabrication complètement différent ; celui
à synthèse continue est dit brin précoce (ou brin
avancé), celui à synthèse discontinue, résultant de
la soudure des fragments d’Okasaki, est dit brin
tardif (ou brin retardé).
2.3.3. E NZYMOLOGIE DE LA FOURCHE
DE RÉPLICATION
Après avoir examiné la réplication sous un angle
mécanique, il faut maintenant l’analyser dans ses
aspects enzymologiques. L’ouverture de la molécule double-brin au niveau de l’origine de réplication met en jeu des protéines d’initiation
spécifiques, qui reconnaissent des séquences
d’ADN caractéristiques de cet endroit des chromosomes, et se fixent sur elles. Ces protéines et ces
séquences sont bien identifiées chez les Bactéries,
mais elles restent mal connues chez les Eucaryotes.
Une deuxième catégorie de protéines, capables de
séparer les deux brins de l’ADN, intervient
ensuite : elles sont appelées hélicases. Le processus de dénaturation exige de l’énergie, et celles-ci
nécessitent de l’ATP pour fonctionner : ces
ATPases/ADN dépendantes sont parfois appelées
«facteurs de détorsion » (voir figure 12.4).
Lorsque l’œil initial est suffisamment ouvert,
une amorce est installée sur chaque brin ; cette opération ne peut être réalisée par des ADN polymérases, car ces enzymes ne savent pas démarrer une