1SPE TP M&S

TP : les expériences de Meselson et Stahl

le problème

Depuis Watson et Crick (1953), on sait que l’ADN est une molécule formée de deux brins , formant une double hélice. Dès leur publication originale sur la structure de l’ADN, Watson et Crick ont proposé que cette double hélice puisse s’ouvrir, permettant ainsi la synthèse de nouveaux brins, complémentaires des brins originaux.L’ADN peut ainsi servir de matrice à sa propre réplication, étape essentielle du cycle cellulaire. Cette duplication de l’ADN (et donc des chromatides) permet de passer de chromosomes à une chromatide à des chromosomes possédant deux chromatides identiques, portant la même information génétique. Lors de la mitose, ces deux chromatides sont réparties, chaque cellule-fille héritant d’une chromatide de chaque chromosome. On obtient ainsi deux cellules possédant la même information génétique que la cellule-mère.Le problème qui se posait à Meselson et Stahl était alors de comprendre comment se réalisait cette réplication : selon quelles modalités passe-t-on d’une molécule d’ADN formée de deux brins* à deux molécules d’ADN bicaténaires* identiques ?

Marie. Mayans-Lycée Beaussier-La Seyne sur mer

Index

1. Comprendre les hypothèses à tester

2. Comprendre une expérience et la modéliser

3. Manipuler

4. Raisonner et faire un bilan

Marie. Mayans-Lycée Beaussier-La Seyne sur mer

1. comprendre les Les trois hypothèses à tester

Pour expliquer la duplication d’un ADN bicaténaire (à 2 brins), trois modèles ont été proposés. Ces modèles se basent tous sur l’utilisation de la molécule d’ADN « mère » comme matrice pour sa réplication, mais selon des modalités différentes :

À partir d’une molécule d’ADN bicaténaire « mère », on forme une nouvelle molécule d’ADN bicaténaire.On garde donc ici une molécule « mère », non modifiée (elle est donc conservée), tout en « créant » une nouvelle molécule (« fille »).

modèle conservatif

modèle semi-conservatif

modèle dispersif

On dissocie les deux brins de la molécule d’ADN bicaténaire « mère ».Chaque brin sert donc de matrice à la synthèse d’un brin complémentaire, l’ensemble reformant une molécule d’ADN bicaténaire. Chaque nouvelle molécule « fille » ne conserve donc que la moitié de la molécule « mère ».

On ne conserve aucun brin intact.La copie se réalise par fragments dispersés dans l’ensemble de l’ADN, permettant de former les deux molécules d’ADN bicaténaires « filles ».

schématisez les 2 première hypothèses, remplissez les colonnes 1, 3, 4

+inf

Marie. Mayans-Lycée Beaussier-La Seyne sur mer

2. Comprendre une expérience historique et la modéliser

Principe de la manipulation : L'isotope 15N de l'azote a une masse plus grande que l'azote ordinaire 14N. L'ADN peut être "marqué" par les isotopes de l'azote, qui s'intègrent au niveau des bases azotées A, T, G et C. Des molécules d'ADN marquées par le 15N sont donc plus lourdes que des molécules d'ADN marquées par le 14N. L'ADN lourd peut être séparé de l'ADN léger par centrifugation en gradient de densité.

• Culture de bactéries dans un milieu dans lequel les substances organiques utilisées pour la synthèse de l'ADN (nucléotides) contiennent de l'azote lourd (15N). Au cours de la culture, l'ADN incorpore ses molécules et contient alors une forte proportion d'azote 15N.

• Mise au point d'une technique d'obtention de gradient de densité par centrifugation. l'ADN (1,710) qui y est déposé migre à une hauteur qui correspond à sa densité (et donc à sa masse).

complétez les colonnes 2 puis 5

Marie. Mayans-Lycée Beaussier-La Seyne sur mer

3. Manipuler

réalisez le gradient

tester les solutions d’ADN obtenues après un cycle de réplication sur 15N, puis 14N

tester les solutions d’ADN obtenues après plusieurs cultures dans 15N, 14N

- préparer un gradient de concentration (densité) dans 3 tubes à essais- Verser dans un tube à essai 1,5 mL de solution de saccharose 65%. 
- Verser délicatement, goutte à goutte, avec une pipette, tube incliné, au-dessus de la solution précédente, 1,5 mL de solution de 
saccharose 45%. 
 ATTENTION : il ne faut pas que les 2 solutions se mélangent ! 
- Recommencer avec la solution de saccharose 20%

Avec une pipette, Versez délicatement l’extrait d'ADN fourni, (15N ) : après plusieurs cultures dans 15N, coloré en bleu à la surface d’un des gradients Versez délicatement l’extrait d'ADNfourni,après plusieurs cultures dans (14N), coloré en rouge à la surface d’un autre gradient

Avec une pipette Versez délicatement l’extrait fourni, coloré en vert, à la surface du troisième gradient.

Comlétez la colonne 6

+info

Marie. Mayans-Lycée Beaussier-La Seyne sur mer

4. Raisonner

Je vérifie que j'ai compris

Interpréter les résultats

- quels seraient les résultats après 1 cycle supplémentaire dans un milieu 14N ? - comparer avec les résultats donnés

en comparant votre résultat avec les conséquences prévisibles que vous avez établi, validez ou invalidez chaque hypothèse

au verso

complétez la colonne 7

Je fais un bilan

réalisez un schéma bilan de 3 cycles de division en utilisant une molécule d’ADN dont la séquence d’un brin est : CGTAAAGCA

Marie. Mayans-Lycée Beaussier-La Seyne sur mer