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TH1 La Terre, la vie et l’organisation du vivant
Partie 1 Transmission, variation et expression du patrimoine génétique
CH2 : La réplication de l'ADN
A la fin de la mitose, les chromosomes possèdent une chromatide ; pour reprendre un cycle cellulaire et une autre division, ils se dédoublent en phase S et la quantité d’ADN double.
Comment les chromosomes, constitués d’ADN, se dédoublent-ils ?
I / La nature moléculaire des chromosomes
Activité : Etude de la molécule avec Libmol + étude de documents p.42-43 + exercice 3 p.59 :
(composition, structure, et condensation du matériel génétique)
Sur libmol :
BILAN
La structure de la molécule d’ADN (Acide DésoxyriboNucléique) a été découverte en 1953 par Watson et Crick, d’après des observations de Franklin et Wilkins (entre autres) : elle est composée de deux brins enroulés en une double hélice de 2nm de diamètre. Chaque brin est constitué d’une succession de nucléotides (base + desoxyribose + P) ACTG, qui s’associent par deux A-T ; G-C d’un brin à l’autre.
La forme décondensée, observée en interphase du cycle cellulaire, révèle des filaments de 11 nm de diamètre correspondant à l’enroulement de l’ADN autour de protéines structurantes, les histones. Ces filaments (ADN + histones) ressemblent à des colliers de perles appelés nucléofilaments (ou chaînes nucléosomiques).
Ces protéines de compaction permettent de contenir les milliers de km d’ADN dans un noyau d’environ 5 micromètres (5 µm) de diamètre.
Les molécules d’ADN forment alors des amas denses et indifférenciés, la chromatine.
Lors de la division cellulaire, le niveau de compaction autour des protéines augmente, ce qui permet à cet ensemble d’être visible au microscope optique sous la forme de chromosomes.
II / La réplication de l’ADN
La structure découverte par Watson et Crick suggère des mécanismes possibles de réplication de l’ADN permettant le dédoublement des chromosomes avant une division cellulaire :
Activité : Etude de résultats d’expériences ; pratique de la démarche scientifique
Observation / Problème / Hypothèses / Conséquences prévisibles / Expériences / Résultats / Interprétation / Conclusion
Hypothèses de réplication
Résultats
L’expérience de Meselson et Stahl permet de démontrer que la molécule d’ADN se réplique de manière semi-conservative : chaque brin de la molécule “mère” sert de modèle pour la synthèse d’un nouveau brin.
Comment se construisent les nouveaux brins ?
Activité : Etude de documents : mécanismes de la réplication
Le mécanisme de réplication semi-conservatif est assuré par l’intervention d’un complexe enzymatique, dont l’ADN polymérase qui assure l’ouverture de la molécule d’ADN (séparation des brins), la récupération et l’assemblage de nucléotides libres de manière complémentaire (A-T, C-G) au brin matrice, puis la fermeture des molécules.
Schéma à connaître
La réplication se déroule au niveau de figures particulières appelées “oeil de réplication”.
Un œil de réplication est ainsi limité par deux fourches de réplication où sont localisées les enzymes progressant en sens inverse.
En absence d’erreur, ce phénomène préserve, par copie conforme, la séquence des nucléotides.
Ainsi, lors de la phase S, la réplication permet la formation de chromatides soeurs identiques dans les chromosomes doubles.
Par conséquent, lors de la mitose, les chromatides qui se séparent sont identiques et les cellules filles possèdent la même information génétique. La succession de mitoses produit un ensemble de cellules génétiquement identiques appelé clone.
La méthode de PCR permet de produire un très grand nombre de copies d’ADN en utilisant ce mécanisme de réplication à partir de prélèvements d’ADN, d’amorces et de polymérases.
Tout savoir sur la PCR avec ce document de L'Université Louis Pasteur de Strasbourg
Extrait
Chaque chromatide est constituée d'une longue molécule d'ADN associée à des protéines structurantes.
Au cours de la phase S, l’ADN subit la réplication semi-conservative.
Il s’agit de la formation de deux copies qui, en observant les règles d’appariement des bases, conservent chacune la séquence des nucléotides de la molécule initiale.
Ainsi, les deux cellules provenant par mitose d'une cellule initiale possèdent exactement la même information génétique.
La succession de mitoses produit un ensemble de cellules, toutes génétiquement identiques que l’on appelle un clone.
Capacités
Présenter une démarche historique sur l’identification ou la composition chimique des chromosomes.
Calculer la longueur totale d’une molécule d’ADN dans un chromosome et de l’ensemble de l’ADN d’une cellule humaine ; comparer avec le diamètre d’une cellule. Calculer la longueur d’ADN de l’ensemble des cellules humaines.
Exploiter les informations d’une expérience historique ayant permis de montrer que la réplication est un mécanisme semi-conservatif.
Utiliser des logiciels ou analyser des documents permettant de comprendre le mécanisme de réplication semi-conservative.
Observer des images montrant des molécules d'ADN en cours de réplication.
Calculer la vitesse et la durée de réplication chez une bactérie (E. coli) et chez un eucaryote.
Concevoir et/ou réaliser une réaction de PCR (amplification en chaîne par polymérase) en déterminant la durée de chaque étape du cycle de PCR. Calculer le nombre de copies obtenues après chaque cycle.
Jérôme OSTER, professeur de SVT
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