La réplication de l'ADN

La réplication de l'ADN

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 ?

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 ? Pour expliquer la duplication d’un ADN bicaténaire, 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 : Hypothèse 1 : modèle conservatifÀ 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 »).Hypothèse 2 : modèle semi-conservatifOn 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 ».Hypothèse 3 : modèle dispersifOn 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 ».

Meselson et Stahl mettent au point une technique d’obtention d'un gradient de densité par centrifugation. En utilisant du chlorure de césium de densité moyenne 1,72, ils obtiennent, après 24 h de centrifugation à grande vitesse, un gradient de densité d’environ 1,70 à 1,75. Cette gamme englobe la densité de l’ADN (1,710). Ils cultivent les bactéries dans un milieu dont les substances organiques utilisées comme source d’azote contiennent de l’azote lourd (15N). Au cours de la culture, toutes les molécules azotées et en particulier l’ADN contiennent une forte proportion d’azote 15N. L’ADN « lourd » a une densité de 1,724 et peut être distingué de l’ADN « léger »(contenant 14N) (1,710). Ils mettent au point une méthode qui permet de synchroniser pendant quelques générations la division des bactéries.

Des bactéries cultivées depuis longtemps en présence de molécules azotées 15N sont repiquées sur un milieu contenant des molécules azotées 14N et permettant la synchronisation des divisions. Des fractions sont prélevées après différents temps correspondant à 1, 2, 3… divisions. L’ADN est extrait, placé dans la solution de chlorure de césium et centrifugé 24 h à 100 000 g. La position des ADN est repérée par une mesure de la densité optique. A quels résultats peut-on s'attendre pour chacune des hypothèses au bout d'une division cellulaire?

Déplacez les images dans les bonnes cases.

Modèle dispersif

Modèle semi-conservatif

Modèle conservatif

Modèle dispersif

Modèle semi-conservatif

Modèle conservatif

Au bout d'une division cellulaire sur un milieu contenant de l'azote léger, on obsevre le résultat de centrifugation suivant: On peut alors en déduire que:

Tous les modèles sont valides

Aucun modèle n'est valide

Le modéle conservatif et le modèle semi-conservatif sont valides

Le modèle conservatif et le modèle dispersif sont valides

Le modèle semi- conservatif et le modèle dispersif sont valides

Mauvaise interprétation des résultats

Des bactéries cultivées depuis longtemps en présence de molécules azotées 15N sont repiquées sur un milieu contenant des molécules azotées 14N et permettant la synchronisation des divisions. Des fractions sont prélevées après différents temps correspondant à 1, 2, 3… divisions. L’ADN est extrait, placé dans la solution de chlorure de césium et centrifugé 24 h à 100 000 g. La position des ADN est repérée par une mesure de la densité optique. A quels résultats peut-on s'attendre pour chacune des hypothèses au bout de la deuxièmene division cellulaire?

Déplacez les images dans les bonnes cases.

Modèle semi-conservatif

Modèle dispersif

Modèle semi-conservatif

Modèle dispersif

Au bout de deux divisions cellulaires sur un milieu contenant de l'azote léger, on obsevre le résultat de centrifugation suivant: On peut alors en déduire que:

Tous les modèles sont valides

Aucun modèle n'est valide

Le modèle dispersif est valide

Le modèle semi- conservatif est valide

Mauvaise interprétation des résultats

La réplication de l'ADN se fait selon le modèle semi-conservatif.