Une bande de la génération 2

La réplication de l’ADN, la transcription et la
traduction
Idée Essentielle: les informations génétiques contenues
dans l’ADN peuvent être copiées exactement puis
traduites pour former les protéines requises par la cellule.
Nature de la science
L’obtention de preuves pour des théories scientifiques : Meselson et Stahl ont
obtenu des preuves de la réplication semi-conservative de l’ADN. (1.8)
Notions-Clés
2.7 N1
La réplication de l’ADN est semi-conservative et elle
dépend de l’appariement des paires de bases
complémentaires.
2.7 N2
L’hélicase déroule la double hélice et sépare les deux brins
en brisant les liaisons hydrogène.
2.7 N3
L’ADN polymérase lie les nucléotides entre eux pour
former un nouveau brin, le brin préexistant lui servant de
matrice.
2.7 N4
La transcription est la synthèse de l’ARNm copiée par
l’ARN polymérase à partir des séquences de bases de l’ADN
2.7 N5
La traduction est la synthèse des polypeptides sur les
ribosomes.
2.7 N6
La séquence des acides aminés des polypeptides est
déterminée par l’ARNm d’après le code génétique.
2.7 N7
Les codons de trois bases sur l’ARNm correspondent a un
acide aminé dans un polypeptide.
2.7 N8
La traduction dépend de l’appariement des bases
complémentaires entre les codons sur l’ARNm et les
anticodons sur l’ARNt.
Il n’est pas nécessaire de faire la
distinction entre les divers types de
polymérases de l’ADN
Nature de la science
L’obtention de preuves pour des théories scientifiques : Meselson et Stahl ont
obtenu des preuves de la réplication semi-conservative de l’ADN. (1.8)
Compétences et Applications
2.7 A1
L’utilisation de la Taq ADN polymérase pour produire
rapidement de multiples copies d’ADN par amplification
en chaine par polymérase (ACP).
2.7 A2
La production d’insuline humaine dans les bactéries à titre
d’exemple de l’universalité du code génétique, ce qui
permet le transfert de gènes d’une espèce à une autre.
2.7 C1
L’utilisation d’un tableau du code génétique pour en
déduire le ou les codons qui correspondent à tel ou tel
acide aminé.
2.7 C2
L’analyse des résultats de Meselson et Stahl pour appuyer
la théorie de la réplication semi-conservative de l’ADN.
2.7 C3
L’utilisation d’un tableau des codons de l’ARNm et de leurs
acides aminés correspondants pour en déduire la séquence
des acides aminés codés par un brin court d’ARNm dont la
séquence des bases est connue.
2.7 C4
La déduction de la séquence des bases de l’ADN pour le
brin d’ARNm.
La réplication de l’ADN
Cette image montre une micrographie à électron d’un Polysome, ex.
plusieurs ribosomes traduisant en simultanée une molécule d’ARNm.
Le brin central est l’ARNm, les structures circulaires foncées sont les
ribosomes et les chaines secondaires sont les nouveaux polypeptides
formés.
http://urei.bio.uci.edu/~hudel/bs99a/lecture23/lecture4_2.html
2.7.N1 La réplication de l’ADN est semi-conservative et elle dépend de l’appariement
des paires de bases complémentaires.
La réplication de l’ADN
 Processus
 semi-conservateur
 À l’origine, 3 options – conservatrices, semiconservatrices et dispersives
 3 phases:



Activation
Élongation
Achèvement
2.7.N1 La réplication de l’ADN est semi-conservative et elle dépend de l’appariement
des paires de bases complémentaires.
1. Chacune des bases azotées peut seulement
se lier à son partenaire (A=T and G=C) ceci
est connu comme l’appariement des bases
complémentaires ou la complémentarité
des bases.
2. Les deux nouveaux brins seront
identiques au brin original.
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/33/DNA_replication_split_horizontal.svg
2.7.N1 La réplication de l’ADN est semi-conservative et elle dépend de l’appariement
des paires de bases complémentaires.
3. Chaque nouvelle hélice contient un brin original et un
nouveau brins, donc la réplication de l’ADN est dite un
processus Semi-Conservateur.
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/33/DNA_replication_split_horizontal.svg
La réplication de l’ADN
 4 enzymes
 Hélicase, ADN polymérase, ADN ligase, primase
Hélicase
Séparer les brins d’ADN.
ARN primase
Insérer l’amorce d’ARN.
ADN polymérase
Ajouter les séquences de nucléotides.
Faire la vérification finale.
Exonucléase
Supprimer les amorces d’ARN.
Ligase
Attacher les segments ADN en ajoutant un
phosphate.
2.7.N2 L’hélicase déroule la double hélice et sépare les deux brins en brisant les
liaisons hydrogène.
Hélicase
• Le terme ‘ase’ indique que c’est
une enzyme
• Cette famille de protéines varie,
mais sont souvent formées en
groupe de plusieurs polypeptides
en forme de beigne.
http://en.wikipedia.org/wiki/File:Helicase.png
La réplication de l’ADN - Activation
 Déroulement
 Hélicase
 Fourche de réplication
2.7.N2 L’hélicase déroule la double hélice et sépare les deux brins en brisant les
liaisons hydrogène.
2.7.N2 L’hélicase déroule la double hélice et sépare les deux brins en brisant les
liaisons hydrogène.
• Déroule l’hélice d’ADN
• Sépare les deux brins de nucléotides en brisant les liaisons hydrogènes
entre les bases complémentaires.
• ATP est requise pour que l’hélicase puisse se déplacer et briser les liaisons
hydrogènes.
• Les deux brins séparés deviennent les parents/le gabarit pour le processus
de réplication.
2.7.N3 L’ADN polymérase lie les nucléotides entre eux pour former un nouveau brin,
le brin préexistant lui servant de matrice.
ADN Polymérase
• Le terme ‘ase’ indique que c’est
une enzyme
• Cette famille de protéines
consiste en plusieurs sous-unités
de polypeptides
• Ceci est une ADN polymérase
humaine.
• La réaction de polymérisation
est une réaction de
condensation
2.7.N3 L’ADN polymérase lie les nucléotides entre eux pour former un nouveau brin,
le brin préexistant lui servant de matrice.
•
•
•
•
Les nucléotides libres sont des
Désoxyribonucléoside triphosphates
Les groupes phosphate additionnels
transportent l’énergie qui est utilisée pour la
formation de liaisons covalentes
•
ADN polymérase se déplace
toujours dans la direction 5’ - 3’
ADN polymérase catalyse les
liaisons covalentes phosphodiester
entre les sucres et les groupes
phosphates.
ADN Polymérase vérifie la
complémentarité des bases. Par
conséquent, les erreurs sont rares
environ une fois par milliards de
paires de bases.
2.7.N3 L’ADN polymérase lie les nucléotides entre eux pour former un nouveau brin,
le brin préexistant lui servant de matrice.
•
•
DNA polymerase always
moves in a 5’ to 3’ direction
DNA polymerase catalyses the
covalent phosphodiester bonds
between sugars and phosphate
groups
2.7.N3 L’ADN polymérase lie les nucléotides entre eux pour former un nouveau brin,
le brin préexistant lui servant de matrice.
La réplication de l’ADN - Élongation
 Fixation de nouveaux nucléotides
 ADN polymérase
 2 conditions:
 réplication a lieu dans le sens 5’ - 3’
 Amorce doit être libre
 Qté de nucléotides se trouvent dans les fragments
d’Okazaki
 Concept de brin principal et brin secondaire
Liens
 http://www.johnkyrk.com/DNAanatomy.fr.html
 http://www.johnkyrk.com/DNAreplication.fr.html
 http://biomodel.uah.es/en/model4/dna_fr/dnacode.ht
m
 Fichier sur la réplication – Real Player
2.7.A1 L’utilisation de la Taq ADN polymérase pour produire rapidement de multiples copies
d’ADN par amplification en chaine par polymerase (ACP).
Après avoir cliqué sur le lien
myDNA choisissez
techniques et ensuite
amplifying pour accéder les
tutoriels sur la réaction en
chaine de polymérase
(PCR).
Également, regardez les
vidéos sur McGraw-Hill
http://www.dnai.org/b/index.html
http://highered.mcgraw-hill.com/olc/dl/120078/micro15.swf
2.7.A1 L’utilisation de la Taq ADN polymérase pour produire rapidement de multiples copies
d’ADN par amplification en chaine par polymerase (ACP).
En résumé:
PCR est une méthode de production de grandes
quantités d’une séquence spécifique d’ADN. Elle est
utile lorsque de petites quantités d’ADN sont
disponibles pour des testes ex. échantillons de sang,
sperme, tissu, cheveux, etc. d’une scène de crime.
PCR se produit dans un cycleur thermique et
implique une procédure répétitive de 3 étapes:
1. Dénaturation: un échantillon d’ADN est chauffé
pour le séparer en deux brins
2. Hybridation: Des amorces d’ADN s’attachent aux
extrémités de la séquence à reproduire
3. Élongation: une ADN polymérase résistante à la
chaleur (Taq) copie les brins
• Un cycle de PCR donne deux copies identiques de
la séquence d’ADN
• Une réaction standard de 30 cycles donnerait
1,073,741,826 copies d’ADN (230)
2.7.C2 L’analyse des résultats de Meselson et Stahl pour appuyer la théorie de la
réplication semi-conservative de l’ADN.
Avant les travaux de Meselson et Stahl , il existait plusieurs modèles proposés de la réplication
de l’ADN. Faisant suite à leur recherche, seulement la réplication semi-conservative a été
reconnue comme biologiquement significative.
https://upl oad.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/a2/DNAreplicationModes.png
2.7.C2 L’analyse des résultats de Meselson et Stahl pour appuyer la théorie de la
réplication semi-conservative de l’ADN.
http://highered.mheducation.com/olcweb/cgi/pluginpo
p.cgi?it=swf::535::535::/sites/dl/free/0072437316/120076/b
io22.swf::Meselson%20and%20Stahl%20Experiment
Étudier les travaux de Meselson et
Stahl sur l’ADN afin de découvrir le
mécanisme de la réplication semiconservatrice
http://www.nature.com/scitable/topicpage/Semi-Conservative-DNA-Replication-Meselson-and-
2.7.C2 L’analyse des résultats de Meselson et Stahl pour appuyer la théorie de la
réplication semi-conservative de l’ADN.
Au début de l’expérience de Meselson et Stahl (génération 0) une seule bande d’ADN
avec une densité de 1.730 g cm-3 a été identifiée. Après 4 générations deux bandes ont
été identifiées, mais la bande principale avait une densité de 1.700 g cm-3.
a. Expliquez pourquoi la densité de la bande principale a changée après quatre
générations. [2]
b. Après une génération, une, seulement une bande d’ADN apparait, mais la densité
a changée.
i. Estimer la densité de la bande. [1]
ii. Lesquels (s’il y en a) des mécanismes de la réplication de l’ADN sont falsifiés
par ce résultat? [1]
iii. Expliquez pourquoi le(s) mécanisme(s) sont falsifiés. [1]
c. Décrivez les résultats après deux générations, quels mécanismes et expliquez les
mécanisme(s) identifiés (s’il y en a) qui sont falsifiés en conséquence. [3]
d. Décrivez et expliquez les résultat obtenus par centrifugation du mélange d’ADN de
la génération 0 à 2. [2]
Devoir
1. À quel endroit de la cellule les plans originaux de la synthèse des protéines
sont-ils situés?
2. On décrit l’ADN comme une fermeture éclair et un tire-bouchon. Déroulé,
il ressemble à une échelle. Quelles substances composent les montants et
les barreaux de l’échelle?
3. Quelle est la composition de chacun des quatre nucléotides?
4. Quelle différence fondamentale existe-t-il entre une purine et une
pyrimidine?
Dessiner les structures.
5. Quelles sont les quatre combinaisons possibles d’accouplement des bases?
6. Que signifie l’accouplement complémentaire des bases?
7. Quelle fonction l’ADN remplit-il dans la cellule?
2.7.C2 L’analyse des résultats de Meselson et Stahl pour appuyer la théorie de la
réplication semi-conservative de l’ADN.
Au début de l’expérience de Meselson et Stahl (génération 0) une seule bande d’ADN
avec une densité de 1.730 g cm-3 a été identifiée. Après 4 générations deux bandes ont
été identifiées, mais la bande principale avait une densité de 1.700 g cm-3.
a. Expliquez pourquoi la densité de la bande principale a changée après quatre
générations. [2]
•
•
•
•
•
L’isotope N15 a une masse plus grande que l’isotope N14 avec l’Ajout d’un
neutron additionnel.
La génération 0 contient de l’ADN avec exclusivement des isotopes N15 (d’où
la plus grande densité)
Avec chaque génération la proportion de l’isotope N14 (des nucléotides libres)
augmente avec le doublement de la masse d’ADN.
Après quatre générations la plupart des brins contienne seulement l’isotope
N14 – la bande dominante avec une densité de 1.700 g cm-3.
L’isotope N15 est toujours présent, mais est combiné dans les brins avec
l’isotope N14 – une deuxième bande avec une densité entre 1.730 et 1.700 g cm3.
2.7.C2 L’analyse des résultats de Meselson et Stahl pour appuyer la théorie de la
réplication semi-conservative de l’ADN.
Au début de l’expérience de Meselson et Stahl (génération 0) une seule bande d’ADN
avec une densité de 1.730 g cm-3 a été identifiée. Après 4 générations deux bandes ont
été identifiées, mais la bande principale avait une densité de 1.700 g cm-3.
b. Après une génération, une, seulement une bande d’ADN apparait, mais la densité
a changée.
i. Estimer la densité de la bande. [1]
• La bande contiendrait une quantité égale d’isotopes N14 et N15
• La densité d’une bande avec seulement l’isotope N15 est 1.730 g cm-3.
• La densité d’une bande avec seulement l’isotope N14 est 1.700 g cm-3.
• La densité d’une bande mixte avec une moyenne des deux isotopes:
= ( 1.730 g cm-3 + 1.700 g cm-3 ) / 2 = 1.715 g cm-3
ii. Lesquels (s’il y en a) des mécanismes de la réplication de l’ADN sont falsifiés
par ce résultat? [1]
• La réplication conservatrice
iii. Expliquez pourquoi le(s) mécanisme(s) sont falsifiés. [1]
• Dans la réplication conservatrice, les deux bandes devrait apparaitre
dans toutes les générations après la génération 0
2.7.C2 L’analyse des résultats de Meselson et Stahl pour appuyer la théorie de la
réplication semi-conservative de l’ADN.
Au début de l’expérience de Meselson et Stahl (génération 0) une seule bande d’ADN
avec une densité de 1.730 g cm-3 a été identifiée. Après 4 générations deux bandes ont
été identifiées, mais la bande principale avait une densité de 1.700 g cm-3.
c. Décrivez les résultats après deux générations, quels mécanismes et expliquez les
mécanisme(s) identifiés (s’il y en a) qui sont falsifiés en conséquence. [3]
• 2 bandes:
• Une bande contenant un mélange d’isotopes N15 et N14 – la réplication
semi-conservative préserve les brins d’ADN contenant les isotopes N15, mais
les combine avec des nucléotides N14 durant la réplication.
• Une bande contenant tous des isotopes N14 - durant la réplication de la
génération 1 à la génération 2. Les nouveaux brins consistant d’isotopes N14
sont répliqués avec des nucléotides N14 créant des brins contenant seulement
des isotopes N14 .
• La réplication Dispersive est falsifiée car ce modèle continuerait de
produire une seule bande contenant avec proportionnellement moins
d’isotope N15 .
2.7.C2 L’analyse des résultats de Meselson et Stahl pour appuyer la théorie de la
réplication semi-conservative de l’ADN.
Au début de l’expérience de Meselson et Stahl (génération 0) une seule bande d’ADN
avec une densité de 1.730 g cm-3 a été identifiée. Après 4 générations deux bandes ont
été identifiées, mais la bande principale avait une densité de 1.700 g cm-3.
d. Décrivez et expliquez les résultat obtenus par centrifugation du mélange d’ADN de
la génération 0 à 2. [2]
• 3 bandes:
• Une bande de la génération 0 contenant tous des isotopes N15 – aucune
réplication a eu lieu
• Une bande de la génération 2 contenant un mélange d’isotopesN15 et N14
– la réplication semi-conservative préserve les brins d’ADN contenant les
isotopes N15 , mais les combine avec des nucléotides N14 durant la réplication.
• Une bande de la génération 2 (ADN tout répliquée) contenant tous des
isotopes N14 - durant la réplication de la génération 1 à la génération 2. Les
nouveaux brins consistant d’isotopes N14 sont répliqués utilisant des
nucléotides N14 créant des brins contenant seulement des isotopes N14.