La réplication de l'ADN

Activité : analyser l'expérience historique de Meselson et Stahl

La réplication de l’ADN a lieu pendant la phase S de l’interphase, avant la division cellulaire. Elle transforme un chromosome à une chromatide en un chromosome à deux chromatides sœurs, sans modifier le nombre de chromosomes.

Les expériences de Meselson et Stahl ont montré que la réplication est semi-conservative : chacune des deux molécules d’ADN obtenues est constituée d’un brin parental et d’un brin néoformé.

Lors de la réplication, les deux brins de l’ADN se séparent et servent de matrices. L’ADN polymérase assemble des nucléotides selon leur complémentarité (A-T et C-G) pour former les nouveaux brins.

En l’absence d’erreur, la réplication produit deux molécules d’ADN de même séquence et assure ainsi une copie conforme de l’information génétique. Une erreur non corrigée peut cependant être à l’origine d’une mutation.

Après réplication, la mitose répartit les chromatides sœurs entre les deux cellules filles. Les mitoses successives produisent ainsi un clone, c’est-à-dire un ensemble de cellules possédant, sauf mutation, la même information génétique.

1. L’ADN doit être copié avant une division cellulaire

Lorsqu’une cellule se divise par mitose, elle donne naissance à deux cellules filles qui doivent recevoir la même information génétique. Il est donc nécessaire que l’ADN de la cellule soit préalablement copié.

Cette copie de l’ADN a lieu pendant la phase S de l’interphase, avant la mitose. Elle porte le nom de réplication de l’ADN.

Avant la phase S, un chromosome possède une seule chromatide constituée d’une molécule d’ADN. Après la réplication, le chromosome possède deux chromatides sœurs contenant chacune une molécule d’ADN.

Ces deux molécules portent, en l’absence d’erreur de réplication, la même information génétique.

On peut donc résumer :

Chromosome à 1 chromatide → Réplication de l’ADN → Chromosome à 2 chromatides sœurs

La réplication permet ainsi de préparer la transmission de l’information génétique aux cellules filles lors de la division cellulaire.

2. Les expériences de Meselson et Stahl ont permis de comprendre la réplication

En 1958, Matthew Meselson et Franklin Stahl ont réalisé des expériences permettant de déterminer la manière dont une molécule d’ADN est copiée.

Ils ont cultivé des bactéries dans des milieux contenant différentes formes de l’azote. L’azote étant présent dans les nucléotides de l’ADN, cette méthode leur permettait de distinguer expérimentalement des molécules d’ADN formées à différents moments.

Leurs résultats ont montré qu’après une réplication, chaque nouvelle molécule d’ADN est constituée d’un brin provenant de la molécule initiale et d’un nouveau brin.

La réplication de l’ADN est donc qualifiée de semi-conservative : chacune des deux molécules obtenues conserve l’un des deux brins de la molécule d’ADN initiale.

1 molécule d’ADN → Réplication semi-conservative → 2 molécules d’ADN

Chacune des deux molécules obtenues contient :

1 brin parental + 1 brin néoformé

3. La réplication repose sur la complémentarité des nucléotides

La molécule d’ADN est constituée de deux brins complémentaires. Les nucléotides s’associent selon des règles précises :

A avec T

C avec G

Au début de la réplication, les deux brins de la molécule d’ADN se séparent localement. Chacun des deux brins peut alors servir de brin matrice pour fabriquer un nouveau brin.

La séquence de nucléotides du brin parental détermine donc celle du nouveau brin grâce à la complémentarité des bases.

Par exemple :

Brin matrice : A – T – G – C – C – A

Brin néoformé : T – A – C – G – G – T

À partir d’une molécule d’ADN initiale, les deux brins séparés permettent ainsi la fabrication de deux nouvelles molécules d’ADN.

4. L’ADN polymérase permet la formation des nouveaux brins

La réplication fait intervenir différentes enzymes. L’une des principales est l’ADN polymérase.

À partir de chacun des brins servant de matrice, l’ADN polymérase assemble progressivement des nucléotides libres pour construire un nouveau brin d’ADN.

Pour chaque nucléotide du brin matrice, elle ajoute un nucléotide complémentaire : un A entraîne l’ajout d’un T, un T celui d’un A, un C celui d’un G et un G celui d’un C.

La succession des nucléotides du nouveau brin est ainsi déterminée par celle du brin parental.

À la fin de la réplication, on obtient deux molécules d’ADN. Chacune est constituée d’un brin parental et d’un brin néoformé.

C’est ce mécanisme qui explique le caractère semi-conservatif de la réplication.

5. La réplication permet une copie conforme de l’information génétique

L’information génétique dépend de la séquence des nucléotides de l’ADN.

Grâce à la complémentarité des bases, la réplication permet de reproduire cette séquence. En l’absence d’erreur, les deux molécules d’ADN obtenues possèdent donc la même séquence de nucléotides et portent la même information génétique.

Ainsi :

1 molécule d’ADN → réplication → 2 molécules d’ADN de même séquence

La réplication correspond donc à une copie conforme de l’information génétique.

Des erreurs peuvent néanmoins survenir lors de la réplication. Lorsqu’elles ne sont pas corrigées, elles peuvent être à l’origine de modifications de la séquence de l’ADN appelées mutations.

6. Réplication et mitose permettent de conserver l’information génétique

La réplication et la mitose sont deux étapes complémentaires.

Lors de la phase S, la réplication produit deux copies de chaque molécule d’ADN. Chaque chromosome possède alors deux chromatides sœurs.

Lors de la mitose, ces chromatides sœurs se séparent et sont réparties entre les deux cellules filles.

Ainsi, chaque cellule fille reçoit une copie de l’information génétique de la cellule mère.

Réplication de l’ADN → chromosomes à deux chromatides → mitose → répartition des chromatides entre les deux cellules filles

En l’absence de mutation, les deux cellules filles possèdent donc la même information génétique que la cellule mère et entre elles.

7. Les mitoses successives produisent des clones cellulaires

Une cellule peut subir plusieurs cycles cellulaires successifs. Chaque cycle comporte une réplication de l’ADN suivie d’une mitose.

Une cellule donne ainsi deux cellules, qui peuvent à leur tour se diviser pour en produire quatre, puis huit, seize, etc.

1 cellule → 2 cellules → 4 cellules → 8 cellules → …

Lorsque des cellules proviennent de mitoses successives d’une même cellule initiale, elles constituent un clone cellulaire.

Un clone est donc un ensemble de cellules issues d’une même cellule par mitoses successives et possédant, en l’absence de mutation, la même information génétique.

La réplication de l’ADN associée à la mitose assure ainsi la conservation et la transmission de l’information génétique au cours de la multiplication cellulaire.

1. À quel moment du cycle cellulaire la réplication de l’ADN a-t-elle lieu ?

A. Pendant la mitose

B. Pendant la phase S de l’interphase

C. Pendant la phase G1

D. Après la division cellulaire

2. Quelle est la conséquence de la réplication sur un chromosome ?

A. Un chromosome à une chromatide devient un chromosome à deux chromatides sœurs

B. Le nombre de chromosomes est doublé

C. Un chromosome à deux chromatides devient deux chromosomes

D. Le chromosome perd une partie de son ADN

3. Qu’ont montré les expériences de Meselson et Stahl ?

A. L’ADN est constitué de chromosomes

B. La mitose produit deux cellules filles

C. La réplication de l’ADN est semi-conservative

D. Les mutations se produisent uniquement pendant la réplication

4. Que contient chacune des deux molécules d’ADN obtenues après réplication ?

A. Deux brins néoformés

B. Deux brins parentaux

C. Un seul brin d’ADN

D. Un brin parental et un brin néoformé

5. Quel est le rôle des brins parentaux lors de la réplication ?

A. Ils servent de matrices pour fabriquer les nouveaux brins

B. Ils sont détruits avant la réplication

C. Ils provoquent la séparation des chromatides

D. Ils sont transformés en nucléotides libres

6. Quelle enzyme participe à la formation des nouveaux brins d’ADN ?

A. L’ARN polymérase

B. L’ADN polymérase

C. L’insuline

D. L’hémoglobine

7. Quelle association de nucléotides respecte la complémentarité des bases dans l’ADN ?

A. A-G et C-T

B. A-C et G-T

C. A-T et C-G

D. A-A et C-C

8. Quelle peut être la conséquence d’une erreur de réplication non corrigée ?

A. Une disparition du noyau

B. Une méiose

C. Un doublement du nombre de chromosomes

D. Une mutation

9. Que deviennent les chromatides sœurs lors de la mitose qui suit la réplication ?

A. Elles sont réparties entre les deux cellules filles

B. Elles restent toutes dans la cellule mère

C. Elles sont détruites

D. Elles sont réunies dans une seule cellule fille

10. Qu’est-ce qu’un clone cellulaire ?

A. Un ensemble de cellules possédant des nombres différents de chromosomes

B. Un ensemble de cellules issues d’une même cellule par mitoses successives et possédant, sauf mutation, la même information génétique

C. Un ensemble de cellules obtenues uniquement par méiose

D. Une cellule contenant deux molécules d’ADN différentes

Correction : 1B – 2A – 3C – 4D – 5A – 6B – 7C – 8D – 9A – 10B