Aperçu

La réplication de l’ADN comporte trois étapes principales : l’initiation, l’élongation et la terminaison. La réplication des procaryotes commence lorsque les protéines initiatrice se lient à l’origine unique de la réplication (ori) sur le chromosome circulaire de la cellule. La réplication se poursuit ensuite autour du cercle entier du chromosome dans chaque direction à partir de deux fourches de réplication, donnant lieu à deux molécules d’ADN.

De nombreuses protéines fonctionnent ensemble pour répliquer le chromosome

La réplication est coordonnée et réalisée par un groupe de protéines spécialisées. La topoisomérase brise un côté du squelette phosphate-sucre de l'ADN double brin, permettant à l’hélice d’ADN de se dérouler plus rapidement, tandis que l’hélicase rompt les liaisons entre les paires de bases au niveau de la fourche, séparant l’ADN en deux brins matrices. Les protéines qui lient les molécules d’ADN à brin unique stabilisent les brins au fur et à mesure que la fourche de réplication se déplace le long du chromosome. L’ADN ne peut être synthétisé que dans la direction de 5’ à 3’, de sorte que l’élongation d’un brin de la matrice — le brin en avance — se fait en continu, tandis que l’autre brin — le brin en retard — est synthétisé en morceaux plus courts de 1000-2000 paires de bases appelés fragments d’Okazaki.

Plusieurs polymérases participent à l’élongation

Une grande partie de la recherche pour comprendre la réplication de l’ADN procaryote a été effectuée dans la bactérie Escherichia coli, un organisme modèle couramment utilisé. E. coli a 5 ADN polymérases : Pol I, II, III, IV, et V. Pol III est responsable de la majorité de la réplication d’ADN. Elle peut polymériser environ 1 000 paires de bases par seconde. Ce rythme étonnant permet aux machineries présentes dans les deux fourches de réplication de dupliquer le chromosome de E. coli — 4,6 millions de paires de bases — en environ 40 minutes. L’ADN polymérase I est également bien caractérisée ; son rôle principal est d’enlever les amorces d’ARN au début des fragments d’Okazaki sur le brin en retard.

Quand la division dépasse la duplication

Dans des conditions de croissance favorables, E. coli se divise toutes les 20 minutes, soit environ la moitié du temps qu’il faut pour répliquer le génome. Comment est-ce possible lorsque les deux cellules filles doivent avoir leur propre ADN ? Les scientifiques ont constaté que les bactéries peuvent commencer une autre série de réplication de l’ADN à partir de l’origine de la réplication avant que le premier cycle soit terminé ; cela signifie que les cellules filles reçoivent un chromosome qui est déjà en train d’être copié et sont prêtes à se diviser à nouveau très rapidement.