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Une caractéristique générale des cellules vivantes est leur division. Avant qu'une cellule puisse se transformer en deux, la cellule doit faire une copie de son ADN, ou acide désoxyribonucléique, qui contient ses informations génétiques. Les cellules eucaryotes stockent l'ADN dans des chromosomes enfermés dans les membranes d'un noyau cellulaire. Sans plusieurs origines de réplication, la réplication prendrait beaucoup plus de temps et ralentirait la croissance des cellules.
ADN 101
L'ADN est une molécule à longue chaîne dont l'épine dorsale est constituée de groupes sucre et phosphate en alternance. L'une des quatre bases nucléotidiques - des molécules en forme d'anneau contenant de l'azote - est suspendue à chaque groupe sucre. Deux brins d'ADN forment une structure à double hélice dans laquelle la base à chaque emplacement de sucre se lie à sa base complémentaire sur le brin frère. Seuls certains appariements sont autorisés. Par conséquent, si vous identifiez une base sur un brin, vous la connaissez à la même position sur l’autre brin.
Chromosomes
Chez les eucaryotes, les chromosomes sont des structures cylindriques de la chromatine, qui est un mélange d’ADN et de protéines histones. Les cellules humaines ont 23 paires de chromosomes, un membre de chaque parent. Un chromosome humain contient environ 150 millions de paires de bases. La chromatine est étroitement pliée pour comprimer l’ADN et l’intégrer dans une cellule. Si vous définissez bout à bout tout l'ADN d'une cellule humaine, il mesurera environ 6 pieds. Pour que la réplication se produise, l'hélice d'ADN doit être déroulée juste avant la copie.
Réplication
Les cellules eucaryotes alternent entre croissance et division, et l'ADN est répliqué pendant la phase de croissance. L'ADN entre dans un état de relaxation permettant l'accès à l'ADN polymérase, l'enzyme qui copie chaque brin. Une autre enzyme, l’hélicase, sépare d’abord les deux peuplements dans une région appelée origine de réplication. Chaque brin sert de matrice pour un nouveau brin avec une séquence complémentaire de bases nucléotidiques. Une bulle de réplication entourant la molécule de polymérase se déplace le long de chaque brin d’ADN au cours de la copie. L'ancien et le nouveau brin s'assemblent à l'arrière de la bulle.
Conditions de chronométrage
L'ADN polymérase peut transcrire des chromosomes eucaryotes à raison d'environ 50 paires de bases par seconde. Si le chromosome n’avait qu’une seule origine de réplication, il faudrait environ un mois pour copier une hélice d’ADN. En utilisant plusieurs origines, la cellule peut répliquer une hélice en environ une heure, soit une vitesse multipliée par 720. Au cours du processus, de multiples bulles de réplication sur chaque chromosome produisent de petites longueurs d'ADN qui sont ensuite épissées pour former le produit fini. L'avantage des origines multiples est qu'elles permettent une division cellulaire et une croissance de l'organisme relativement rapides. Par exemple, une mère humaine devrait porter un fœtus pendant 540 ans avant d'accoucher si elle devait dépendre d'une seule origine de réplication sur chaque chromosome.