La réplication de l'ADN est réalisée par un grand complexe de protéines qui agissent de manière coordonnée pour obtenir une réplication de l'ADN haute fidélité. Ensemble, ce complexe est connu sous le nom de machinerie de réplication de l'ADN ou réplisome.

La synthèse des brins avancés et retardés est un processus hautement coordonné. Pour expliquer cela, le “modèle Trombone” a été proposé par Bruce Alberts en 1980. La formation de la boucle d'ADN commence lorsqu'une amorce est synthétisée sur le brin parent en retard. La boucle grandit avec la synthèse d'un fragment d'Okazaki et se dissout finalement lorsque la synthèse du fragment se termine. L'ADN polymérase se fixe ensuite à une autre amorce et le cycle entier, de la formation de la boucle à la dissociation, est répété. Le réplisome permet à toutes les activités d'être coordonnées comme un complexe de machine de réplication.

Composants du réplisome

Les hélicases déroulent et séparent l'ADN double brin Ces enzymes sont présentes sous la forme d'un seul cycle hexamère chez les procaryotes et sous forme de double cycle hexamère chez les eucaryotes. Les hélicases eucaryotes dépendent de protéines supplémentaires, Cdc45 et GINS, pour fonctionner. Les protéines de liaison à l'ADN simple brin (SSB) empêchent les brins d'ADN de se réhybrider. Chez les procaryotes, les SSB sont constituées d'une seule sous-unité, tandis que chez les eucaryotes, il s'agit d'une protéine hétérotrimérique connue sous le nom de protéine de réplication A (RPA).

La primase ajoute une amorce d'ARN à l'origine de la synthèse d'ADN. Chez les procaryotes, la primase est présente sous la forme d'une enzyme à sous-unité unique appelée DnaG, qui synthétise une amorce d'ARN d'environ 12 nucléotides. Chez les eucaryotes, une enzyme à plusieurs sous-unités, l'ADN polymérase primase-α synthétise une amorce hybride ARN-ADN d'environ 25 nucléotides. En plus de la polymérase, la polymérase réplicative étendra l'ADN nouvellement synthétisé. Alors qu'un seul type de polymérase réplicative, l'ADN polymérase III, est présent chez les procaryotes, deux types différents de polymérases réplicatives, Pol ε et Pol δ, sont présents chez les eucaryotes, pour la synthèse des brins principaux et retardés, respectivement.

Les protéines à pinces coulissantes (sliding clamp) maintiennent les polymérases attachées à la matrice d'ADN. β-clamp, une protéine homodimérique, agit comme la pince chez les procaryotes. Chez les eucaryotes, la même tâche est réalisée par l'antigène nucléaire de prolifération cellulaire (PCNA), une protéine homotrimérique. Le pore central de la pince coulissante est chargé positivement, ce qui lui permet d'avoir des interactions électrostatiques avec le squelette phosphate chargé négativement de l'ADN. La pince est attachée à l'ADN par un chargeur de clamp. Ces protéines pentamères appartiennent à la classe AAA+ des ATPases. Le chargeur de clamp eucaryote est connu sous le nom de facteur de réplication C, tandis que le procaryote E. coli le chargeur clamp est connu sous le nom de complexe γ cependant, les protéines clamp et les chargeurs de clamp sont considérés comme des homologues évolutifs contrairement à de nombreux autres composants du réplisome.