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La réplication de l’ADN : définition et étapes

L’essentiel

La réplication de l’ADN est la copie de la molécule d’ADN avant une division cellulaire. Elle a lieu en phase S de l’interphase. Les deux brins s’écartent, et l’ADN polymérase assemble sur chacun un brin complémentaire. Chaque nouvelle molécule contient un brin ancien et un brin neuf : la réplication est semi-conservative.

À quoi sert la réplication de l’ADN ?

Pour qu’une cellule donne deux cellules filles identiques, chacune doit recevoir le génome complet. La réplication double donc la quantité d’ADN : chaque chromosome à une chromatide devient un chromosome à deux chromatides.

On parle parfois de duplication de l’ADN, mais le terme scientifique est réplication.

La réplication a lieu en phase S. La quantité d’ADN double, et le nombre de chromosomes ne change pas.

Les étapes de la réplication

  • Ouverture : à des sites précis, les liaisons entre les deux brins sont rompues et la double hélice s’ouvre.
  • Formation de l’œil de réplication : l’ouverture s’étend dans les deux directions, avec une fourche à chaque extrémité.
  • Synthèse : l’ADN polymérase ajoute des nucléotides libres, en face de chaque brin, selon la complémentarité (A-T, C-G).
  • Fin : les yeux de réplication se rejoignent. On obtient deux molécules d’ADN identiques.

L’ADN polymérase : définition

L’ADN polymérase est l’enzyme qui fabrique le nouveau brin. Elle lit un brin ancien, qui sert de modèle, et relie les nucléotides les uns aux autres. Elle ne progresse que dans un sens : de l’extrémité 5’ vers l’extrémité 3’ du brin en construction.

Or les deux brins d’ADN sont orientés en sens opposés. L’un est donc copié en continu, et l’autre par petits fragments qui sont ensuite reliés.

Le schéma de la réplication de l’ADN

Sur un schéma, représente les brins anciens et les brins nouveaux avec deux couleurs différentes, puis place ces légendes.

Les légendes d’un schéma de réplication
LégendeCe que c’est
Brin parentalBrin ancien, qui sert de modèle
Brin néoforméBrin nouvellement synthétisé
Œil de réplicationZone ouverte de l’ADN, où a lieu la copie
Fourche de réplicationBord de l’œil, où la double hélice s’ouvre
ADN polyméraseEnzyme qui ajoute les nucléotides

Astuce : Chez les eucaryotes, on observe des milliers d’yeux de réplication en même temps. C’est ce qui permet de copier un génome immense en quelques heures.

Une réplication semi-conservative

En 1958, Meselson et Stahl cultivent des bactéries avec de l’azote lourd (¹⁵N), puis les transfèrent sur de l’azote léger (¹⁴N). Ils séparent ensuite l’ADN selon sa densité.

Les résultats de l’expérience de Meselson et Stahl
GénérationADN observéInterprétation
0100 % lourdLes deux brins contiennent du ¹⁵N
1100 % intermédiaireUn brin ¹⁵N et un brin ¹⁴N
250 % intermédiaire, 50 % légerLes brins ¹⁵N restent et sont chacun associés à un brin ¹⁴N

Une copie fidèle, mais pas parfaite

L’ADN polymérase commet quelques erreurs. Elle en corrige beaucoup en cours de synthèse, et d’autres systèmes de réparation agissent ensuite. Il reste de l’ordre d’une erreur par milliard de nucléotides copiés. Ces erreurs non réparées sont une source de mutations.

Les erreurs à éviter

  • La réplication produit une molécule ancienne et une molécule nouvelle. Chaque molécule contient un brin ancien et un brin nouveau.

    C’est le sens du mot semi-conservatif.

  • Après réplication, la cellule a 92 chromosomes. Elle a toujours 46 chromosomes, mais à deux chromatides.

    Les deux copies restent attachées par le centromère jusqu’à l’anaphase.

  • L’ADN polymérase fabrique de l’ARN. L’ADN polymérase fabrique de l’ADN.

    L’ARN est produit lors de la transcription, par l’ARN polymérase.

Exercices corrigés

  1. 1. Quand la réplication de l’ADN a-t-elle lieu ?

    Voir la correction

    En phase S. La phase S de l’interphase est la phase de synthèse de l’ADN.

  2. 2. Quelle enzyme assemble le nouveau brin d’ADN ?

    Voir la correction

    L’ADN polymérase. L’ADN polymérase relie les nucléotides selon la complémentarité avec le brin modèle.

  3. 3. Un brin modèle porte la séquence G A T T C. Quelle séquence sera synthétisée en face ?

    Voir la correction

    C T A A G. G → C, A → T, T → A, T → A, C → G. L’ADN ne contient pas d’uracile.

  4. 4. Avant la phase S, une cellule contient une quantité q d’ADN. Quelle quantité contient-elle à la fin de la phase S ?

    Voir la correction

    2q. La réplication double la quantité d’ADN.

  5. 5. Dans l’expérience de Meselson et Stahl, que trouve-t-on à la génération 3 ?

    Voir la correction

    25 % d’ADN intermédiaire et 75 % d’ADN léger. Il n’y a jamais plus de brins ¹⁵N qu’au départ. Sur 8 molécules, 2 sont intermédiaires et 6 légères.

  6. 6. Quel résultat aurait réfuté le modèle semi-conservatif dès la génération 1 ?

    Voir la correction

    Une bande lourde et une bande légère. Une bande lourde et une bande légère indiqueraient que la molécule ancienne reste entière : c’est le modèle conservatif.

Questions fréquentes

Quelle est la définition de la réplication de l’ADN ?

C’est la synthèse, à partir d’une molécule d’ADN, de deux molécules identiques, chacune formée d’un brin ancien et d’un brin neuf.

Qu’est-ce qu’un œil de réplication ?

C’est une zone où les brins d’ADN sont écartés et copiés. Vu au microscope électronique, il ressemble à un œil, ouvert entre deux fourches.

Pourquoi dit-on que la réplication est semi-conservative ?

Parce que chaque molécule obtenue conserve un brin de la molécule d’origine, associé à un brin néoformé.

Pour aller plus loin