Les ADN polymérases sont des enzymes essentielles qui catalysent la synthèse de molécules d'ADN à partir de nucléosides triphosphates, jouant un rôle crucial dans la réplication, la réparation et la recombinaison de l’ADN. Elles assurent la duplication fidèle et le maintien de l’information génétique au fil des générations.
Structure et classification
Sur la base d'analyses phylogénétiques et des séquences primaires des protéines, les ADN polymérases sont classées en sept familles : A, B, C, D, X, Y et RT. Chaque famille présente des propriétés structurelles et fonctionnelles distinctes, adaptées à des rôles cellulaires spécifiques. Ces enzymes fonctionnent généralement sous forme de complexes multi-sous-unités, certaines possédant une activité exonucléase intrinsèque pour la relecture.
Mécanisme d’action
Les ADN polymérases catalysent l’ajout de désoxyribonucléotides à l’extrémité 3′-OH d’un brin d’ADN en croissance, synthétisant l’ADN dans le sens 5′ vers 3′. L’enzyme « lit » le brin matrice dans le sens 3′ vers 5′, assurant l’appariement complémentaire des bases : adénine avec thymine, et guanine avec cytosine. Les ADN polymérases nécessitent une amorce avec un groupe 3′-OH libre pour initier la synthèse, car elles ne peuvent pas commencer un brin d’ADN de novo.
Rôles biologiques
Réplication de l’ADN : Lors de la réplication, les ADN polymérases dupliquent le génome en synthétisant de nouveaux brins d’ADN complémentaires aux matrices originales. Chez les procaryotes comme E. coli, l’ADN polymérase III est l’enzyme principale responsable de la réplication, avec une forte processivité et une activité de relecture. L’ADN polymérase I élimine les amorces d’ARN et comble les lacunes sur le brin retardé. Chez les eucaryotes, les polymérases α, δ et ε coordonnent la réplication : Pol α initie la synthèse en allongeant les amorces d’ARN, Pol δ synthétise principalement le brin retardé, et Pol ε le brin avancé.
Relecture et réparation : Les ADN polymérases possèdent une activité exonucléase 3′ vers 5′ leur permettant de retirer les nucléotides mal incorporés, un processus appelé relecture, qui augmente considérablement la fidélité de la réplication. Certaines polymérases participent également aux voies de réparation de l’ADN et à la synthèse trans-lésionnelle, permettant à la réplication de se poursuivre malgré des lésions sur l’ADN, maintenant ainsi l’intégrité du génome.
Processivité et coordination :La processivité désigne le nombre de nucléotides ajoutés par événement de liaison de la polymérase à l’ADN matrice. Les ADN polymérases atteignent une forte processivité grâce à leur interaction avec des protéines "colliers coulissants" qui encerclent l’ADN et lient la polymérase au brin matrice, empêchant sa dissociation durant la synthèse. Ce mécanisme permet une réplication rapide et efficace de l’ADN à des vitesses allant jusqu’à plusieurs centaines de nucléotides par seconde.
