Les ADN polymérases

Définition

Les ADN polymérases sont impliquées dans la réplication mais également dans la réparation de l'ADN. Elles catalysent l'ajout de désoxynucléotides phosphates à l'extrémité 3'OH d'une chaîne d'ADN préexistante. Elles nécessitent une matrice ADN.

En biologie moléculaire, pour les expériences in vitro, les polymérases couramment utilisées sont l'ADN Polymérase I (PolI) et le fragment Klenow. Pour les réactions de polymérisation à haute température (en PCR) on utilise des ADN polymérases thermoresistantes.

L'ADN Polymérase I

L'ADN polymérase I (ADN Pol.I) est une protéine monomérique impliquée principalement dans le processus de réparation de l'ADN et dans le remplacement des amorces d'ARN lors de la réplication chez les bactéries.
Cette polymérase possède 3 activités enzymatiques :

• une activité de polymérisation 5'-3', responsable de la synthèse de l'ADN.
• une activité exonucléasique 3'-5', qui assure la correction des erreurs (relecture ou proofreading)
• une activité exonucléasique 5'-3', qui permet d'éliminer des amorces d'ARN ou des segments d'ADN endommagés.

Ces trois activités enzymatiques sont portées par deux domaines fonctionnels différents dans l'enzyme qu'il est possible de scinder.

Le fragment Klenow

Le fragment Klenow est une polymérase obtenue artificiellement à partir de l'ADN Pol.I et utilisée in vitro en biologie moléculaire pour ses activités de polymérisation 5'-3' et exonucléasique 3'-5'. Contrairement à l'ADN Pol I le fragment Klenow est dépourvu d'activité exonucléasique 5'-3'. L'utilisation du fragment de Klenow en laboratoire permet d'éviter l'hydrolyse des extrémités 5' de l'ADN.

Structure et activités de l'ADN pol I et du fragment Klenow

L'ADN Pol I (à droite) est une unique chaîne polypeptidique. A gauche, après digestion protéolytique par la trypsine, l'ADN Pol I est clivée en deux fragments, le plus grand est le fragment de Klenow.

La T4 polymérase

La T4 polymérase est une enzyme du bactériophage T4. En biologie moléculaire elle est utilisée pour modifier les extrémités de fragments d'ADN, notamment pour créer des extrémités franches.
La T4 polymérase possède 2 activités enzymatiques :

• activité de polymérisation 5'-3'
• activité exonucléasique 3'-5'

Contrairement à l'ADN polymérase I, la T4 polymérase n'a pas d'activité exonucléasique 5'-3'.

Les ADN polymérases thermorésistantes

On peut citer à titre d'exemple, la Taq polymérase (issue de Thermus aquaticus) ou la Pfu (issue de Pyrococcus furiosus) qui sont des ADN polymérases thermorésistantes, particulièrement indiquées pour la réaction de PCR durant laquelle des températures extrêmes de dénaturation sont répétées.

Les ADN polymérases thermorésistantes ont toutes une activité polymérase 5'-3' et selon leur origine certaines ont une activité exonucléase 3'-5' (activité de relecture) tandis que d'autres en sont dépourvues. Elles ne présentent pas d'activité exonucléase 5'-3'.

Tableau récapitulatif