Activité 1 - La réplication de l'ADN

10/09/2018 07:22

Au début de la mitose, chaque cellule contient des chromosomes à 2 chromatides. A la fin de la mitose, il reste des chromosomes à 1 chromatide dans chaque cellule fille. Ceci suppose que l'ADN qui constitue les chromatides doit être répliqué avant le début de la division cellulaire.

Problématique : Comment s’effectue la réplication de l’ADN ?

A – L'interphase
1	Décrivez les principaux évènements qui se déroulent lors des phases G1, S et G2 de l'interphase.	Livre p 14 et 15	Recenser, extraire et exploiter des informations.

B – La réplication de l'ADN
2	Schématisez les résultats de centrifugation attendus dans cette expérience pour chacune des trois hypothèses.	Document 1	Mettre en œuvre une démarche historique permettant de comprendre le mécanisme de réplication.
3	Quelle molécule constitutive de l’ADN renferme de l’azote ?	Document 2
4	À partir des résultats obtenus, dire pourquoi l'ADN ayant intégré de l'azote ¹⁵N est dit lourd, alors que celui qui contient de l'azote ¹⁴N est dit léger.
5	Que peut-on conclure de la première puis de la deuxième réplication en ce qui concerne les différentes théories ?
6	Schématisez les tubes de centrifugation obtenus si l’on avait fait une troisième et une quatrième réplication.
7	Construisez un schéma illustrant la réplication de l'ADN au niveau d'une fourche de réplication.	Document 3	Communiquer dans un langage scientifique

Document 1 : Les hypothèses possibles pour la réplication

Avant toute division cellulaire, la quantité d'ADN double et chaque chromosome apparaît constitué de deux chromatides. Trois hypothèses ont été émises pour expliquer comment le doublement de la quantité d'ADN permet la formation des deux chromatides d'un chromosome dupliqué. :

Modèle conservatif : à partir d'une molécule d'ADN, on forme une nouvelle molécule d'ADN sans "toucher" à la première. 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 crées à partir de fragments de la molécule "mère" dispersés dans chacune des deux molécules et de copies de ces fragments.

Document 2 : L'expérience de Meselson et Stahl

L'expérience mise en œuvre en 1958 par les biologistes Matthew Meselson et Franklin Stahl a permis de trancher entre ces trois hypothèses.

Des bactéries sont cultivées sur un milieu ne contenant que de l’azote lourd (¹⁵N, sachant que l’azote « naturel » est ¹⁴N). Leur ADN est donc composé avec des atomes d’azote lourd.

Ces bactéries sont ensuite placées sur un milieu ne contenant que de l’azote léger ¹⁴N. L’ADN maintenant synthétisé sera donc constitué d’azote ¹⁴N, le seul présent dans le milieu. Les divisions des bactéries sont synchronisées.

Pour savoir quel modèle est le bon, l’ADN des bactéries est extrait après la première et la deuxième réplication, placé dans une solution de chlorure de Césium et centrifugé. Cette manipulation permet de séparer les molécules d'ADN selon leur poids. Le résultat est le suivant :

Document 3 : L'ADN polymérase

"La réplication de l'ADN est assurée par un ensemble de protéines formant un complexe de réplication. Au niveau d'une fourche de réplication, les deux brins de la double hélice sont séparés. Une enzyme appelée ADN polymérase positionne, en face de chaque nucléotide d'un brin de la molécule d'ADN à répliquer (brin parental), le nucléotide complémentaire. Puis elle établit une liaison entre ce nouveau nucléotide et le nucléotide précédent sur le brin d'ADN en cours de synthèse (brin néosynthétisé). Elle avance alors le long du brin parental et ajoute le nucléotide suivant au brin néosynthétisé. Plusieurs complexes de réplication glissent ainsi simultanément le long d'un chromosome jusqu'à ce que sa réplication soit achevée. Chez un être humain adulte, il y a environ 1 million de divisions cellulaires par minute. Cela implique la synthèse de 120 000 km d'ADN par heure !"

Interview de Laurent Counillon, chercheur en biochimie à l'université de Nice.