Une caractéristique générale des cellules vivantes est qu'elles se divisent. Avant qu'une cellule puisse se transformer en deux, la cellule doit faire une copie de son ADN, ou acide désoxyribonucléique, qui contient son information génétique. 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 cellulaire.
ADN 101
L'ADN est une molécule à longue chaîne avec une épine dorsale de groupes de sucre et de phosphate en alternance. L'une des quatre bases nucléotidiques - des molécules en forme d'anneau contenant de l'azote - est suspendue à chaque groupe de sucre. Deux brins d'ADN forment une structure en double hélice dans laquelle la base à chaque emplacement de sucre se lie à sa base complémentaire sur le brin sœur. Seuls certains appariements sont autorisés, donc si vous identifiez une base sur un brin, vous connaissez la base à la même position sur l'autre brin.
Chromosomes
Chez les eucaryotes, les chromosomes sont des structures cylindriques de chromatine, qui est un mélange d'ADN et de protéines histones. Les cellules humaines ont 23 paires de chromosomes, une paire de chaque parent. Un chromosome humain contient environ 150 millions de paires de bases. La chromatine est étroitement repliée pour comprimer l'ADN afin qu'il s'insère dans une cellule. Si vous disposiez bout à bout tout l'ADN d'une cellule humaine, il mesurerait 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 détendu qui permet l'accès par 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 pendant l'opération de copie. L'ancien et le nouveau brins s'emboîtent à l'arrière de la bulle.
Exigences de temps
L'ADN polymérase peut transcrire les chromosomes eucaryotes à une vitesse 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 une heure environ, soit une accélération de 720 fois. Au cours du processus, plusieurs bulles de réplication sur chaque chromosome produisent de petites longueurs d'ADN qui sont ensuite épissées ensemble pour former le produit fini. L'avantage des origines multiples est qu'elle permet une division cellulaire et une croissance des organismes 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.