A15: La réplication semi-conservative de l'ADN.
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La mitose ou la méiose sur le graphique à droite est précédée par un doublement de la quantité d'ADN de q à 2q.
Au microscope électronique on observe des boucles de réplication.
Les cellules filles issues la mitose, sont identiques, les brins d'ADN formés sont donc identiques.
Comment expliquer à la fois le doublement de la quantité d'ADN pendant la phase S et la conservation du patrimoine génétique pendant les divisions cellulaires?
Rappelez par un schéma documenté, la structure de l'ADN.
Une expérience historique
Une expérience historique
Dans le numéro du 25 avril 1953 de la revue Nature, deux jeunes chercheurs publient un petit article d'une seule page qui allait marquer le monde de la génétique et de la biologie moléculaire. Watson et Francis H. Crick y décrivent leur proposition de structure pour la molécule d'Acide Désoxyribo Nucléique (ADN).
Ce que l'on connait moins, ce sont les travaux de Rosalind Franklin, qui en étudiant la diffractométrie aux rayon X de l'ADN, parvient à déterminer sa structure.
Ses recherches seront montrées par Maurice Wilkins, à son insu, à James Dewey Watson, qui travaille également sur la structure de l’ADN à l’université de Cambridge.
Le cliché 51 pris par Rosalind Franklin, à l’origine de ces déductions, va devenir primordial pour les recherches menées par James Dewey Watson et Francis Crick sur la structure hélicoïdale de l’ADN.
Le cliché 51 réalisé par Rosalind Franklin et R.G. Gosling. -
Rosalind Elsie Franklin chimiste et cristallographe en 1955 © Getty - Universal History Archive/Universal Images Group
Hypothèses: La découverte de la structure de l’ADN permet aux scientifiques de poser 3 hypothèses expliquant la réplication de l’ADN pendant la phase S de l’interphase.
Modèle conservatif : à partir d'une molécule d'ADN, on forme une nouvelle molécule d'ADN à la molécule initiale. On garde donc ici une molécule "mère" non modifiée (elle est donc conservée).
Modèle semi-conservatif : chaque brin de la molécule à répliquer sert de matrice à la synthèse d'un brin complémentaire, pour obtenir deux molécules d'ADN identiques. Chaque nouvelle molécule "fille" ne conserve donc que la moitié de la molécule "mère".
Modèle dispersif : aucun brin n'est conservé intact. Les deux molécules "filles" sont créés à partir de fragments de la molécule "mère" dispersés dans chacune des deux molécules et de copies de ces fragments.
Doc.1 Principe de l'expérience de Meselson et Stahl (1958)
Les deux jeunes chercheurs de l'université Yale, aux États-Unis, Matthew Meselson (né en 1930) et Franklin Stahl (né en 1929) vont développer l’idée de séparer les molécules d'ADN synthétisées selon leur densité (par ultracentrifugation), après avoir transféré une culture de bactéries d'un milieu contenant de l'azote 15 (N15, isotope lourd de l'azote) sur un milieu contenant de l'azote 14 (N14, azote plus léger).
Les bactéries utilisent l'azote pour fabriquer les bases azotées indispensables à synthèse de nouveaux nucléotides.
Doc.2 Schéma montrant les résultats attendus pour chacune des hypothèses.
En bleu le brin initial, synthétisé à partir de l'azote "lourd" , 15N
En rouge le brin synthétisé à partir de l'azote "léger", 14N
Stratégie
Stratégie
Formulez la stratégie opérée par Meselson et Stahl. Vous devrez reformuler de façon synthétique.
Pour montrer que : hypothèses,
On réalise : principe de l'expérience,
On s'attend à : résultats possibles, vous devrez compléter le tableau à l'aide des informations apportées par le doc.2.
Résultats
Résultats
Doc. 4 : Schéma des résultats obtenus pour les 3 générations de bactéries.
Dans le tableau doc.3, identifiez les colonnes correspondant à ces résultats, commentez en une ou deux phrases.
Mise en relation des informations et des connaissances
Mise en relation des informations et des connaissances
Modèle schématique de la réplication au sein d'une boucle de réplication.
Complétez le modèle, il manque les deux dernières bases azotées en train de se fixer et le sens de polymérisation du nouveau double brin d'ADN.
Commentez en quelques phrases le schéma.
A partir de la mise en relation des informations de cette activité, montrez comment les mécanismes de la réplication permettent une copie conforme de l'information pendant la phase S de la mitose.
Pour compléter les informations. Faites l'exercice 10 page 59.
1- Temps de réplication, exercice 10 page 59.
Comparez les temps de réplication d'une cellule procaryote et d'une cellule eucaryote.
Vous devrez faire une saisie d'information et les calculs dans un tableau. Vous devrez utiliser un tableur (Google Sheets) correctement nommé et enregistré dans votre répertoire dans Google drive.
Commentez vos résultats.
2- Quantité d’ADN au cours du cycle cellulaire.
On réalise une culture de cellules humaines en mitose. Leur temps de génération de 24h.
Une fraction de cette culture est régulièrement prélevée au cours d’une cycle cellulaire complet, puis les cellules sont marquées à l’iodure de propidium. La fluorescence moyenne des cellules est alors quantifiée.
1. Utilisez le tableur de votre choix (même classeur que le précédent) pour représenter les différentes phases du cycle en fonction de leur durée.
2. Représentez dans un second graphe la quantité d’ADN en fonction tu temps. Vous devrez indiquer les différentes phases, commentez et expliquez les variations des quantités d’ADN .
3. Construire un modèle 3G
Ouvrir Libmol, rechercher dans la librairie de molécule ADN polymérase, dans séquence identifier les titres de colonnes des chaines qui correspondent à l'ADN et celles qui correspondent à l'enzyme.
Sélectionner celles correspondant à l'ADN, dans commande, choisir représenter ruban.
Retourner dans séquence, inverser la sélection, et affichez la en sphère.
Importer le modèle dans votre drive puis construit dans votre compte-rendu.
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