La réplication de l'ADN : exercices corrigés de 1re spécialité SVT

Les brins $P_1$ et $P_2$ servent chacun de matrice : ce sont les brins parentaux.³

Pour chacun, un brin complémentaire est fabriqué : ce sont les brins néoformés, notés $N_1$ (complémentaire de $P_1$) et $N_2$ (complémentaire de $P_2$).³

Les deux molécules filles sont donc $P_1N_1$ et $P_2N_2$ : chacune contient un brin parental et un brin néoformé.

Ce résultat est exactement celui du modèle semi-conservatif, puisque chaque molécule fille conserve la moitié de la molécule d'origine.³

Le brin parental sert de matrice et le brin néoformé lui est complémentaire.³

On apparie base par base : A→T, T→A, G→C, C→G, C→G, G→C, T→A, A→T.

Le brin néoformé est donc T A C G G C A T.

L'autre brin parental sert lui aussi de matrice et reçoit son brin complémentaire. Les deux molécules filles ont alors la même séquence que la molécule de départ : ce sont deux copies identiques.³

Une réplication fait passer d'une molécule à deux : le nombre est multiplié par 2 à chaque tour.³

La suite est 1, 2, 4, 8 : après $n$ réplications, on a $2^n$ molécules.

Pour $n=3$ : $2^3 = 8$ molécules.

La molécule d'origine avait deux brins. Chacun reste intact dans une molécule fille (modèle semi-conservatif) et se retrouve ensuite dans une seule molécule à chaque tour : seulement 2 molécules sur 8 contiennent un brin d'origine.³

Après une réplication : les deux brins lourds servent de matrices et reçoivent chacun un brin léger. On obtient 2 molécules Ll, aucune LL ni ll.³

Après deux réplications : chaque molécule Ll donne une molécule Ll (le brin lourd conservé reçoit un brin neuf léger) et une molécule ll (le brin léger conservé reçoit un brin neuf léger). Total : 2 Ll et 2 ll.

Après trois réplications : les 2 Ll donnent 2 Ll et 2 ll ; les 2 ll donnent 4 ll. Total : 2 Ll et 6 ll, soit 8 molécules.

Il n'y a que deux brins lourds depuis le début, donc au plus deux molécules peuvent en contenir : 2 Ll. Les 6 autres sont ll.

Proportion de ll après trois réplications : $\frac{6}{8} = 0{,}75$.

Dans le modèle « conservatif », après une réplication on aurait 1 molécule LL (l'ancienne) et 1 molécule ll (la nouvelle), et aucune Ll. L'observation de molécules intermédiaires Ll après une réplication exclut ce modèle et soutient le modèle semi-conservatif.³

Chaque origine donne naissance à un œil de réplication : il y a donc 4 yeux.³

La réplication étant bidirectionnelle, chaque œil possède 2 fourches : $4 \times 2 = 8$ fourches.³

Sur la fourche de réplication se fixe l'ADN polymérase.³

Cette enzyme catalyse la formation des liaisons nucléotidiques, c'est-à-dire qu'elle assemble les nucléotides du brin néoformé.³

Une origine donne 2 fourches : vitesse totale $= 2 \times 50 = 100$ nucléotides par seconde.³

Durée avec une origine : $\frac{120\,000\,000}{100} = 1\,200\,000$ s, soit environ 13,9 jours.

Avec 600 origines : $600 \times 2 = 1\,200$ fourches, donc $1\,200 \times 50 = 60\,000$ nucléotides par seconde.

Durée : $\frac{120\,000\,000}{60\,000} = 2\,000$ s, soit $\frac{2\,000}{60} \approx 33{,}3$ minutes.

La durée est divisée par 600 : multiplier les origines accélère la réplication dans les mêmes proportions.

La réplication donne deux copies identiques de chaque molécule : la quantité d'ADN double.³

Après la phase S : $2 \times 6 = 12$ unités.²

La mitose répartit les copies entre deux cellules filles : chacune reçoit $\frac{12}{2} = 6$ unités, soit la quantité de la cellule de départ.

Les deux cellules filles obtenues par mitose possèdent la même information génétique que la cellule mère, grâce à la réplication semi-conservative et à la mitose qui assurent une reproduction cellulaire conforme.²

Sans réplication préalable, la répartition donnerait 3 unités par cellule fille : chaque cellule aurait perdu une partie de l'information.

Taux d'erreur : $\frac{1}{100\,000\,000} = 10^{-8}$ erreur par nucléotide.

Nombre moyen d'erreurs : $600\,000\,000 \times 10^{-8} = 6$.

Une erreur est portée par un brin néoformé, donc par une seule des deux molécules filles : une seule des deux cellules filles la reçoit, l'autre garde une séquence conforme.

Une séquence modifiée est une mutation. La fragilité de l'ADN, notamment lors de la réplication, est source de mutation, donc de variation entre les individus.²

C'est un risque pour la cellule, car la séquence copiée n'est plus conforme, mais aussi la matière première de la variation génétique.²

Un agent mutagène augmente la fréquence des mutations.¹

L'affirmation est fausse : l'ADN peut être endommagé en dehors de la réplication, par exemple par des agents comme les UV ou le benzène.²

Les dommages subis hors phase S sont ensuite recopiés lors de la réplication suivante : la mutation se fixe alors dans la séquence copiée.²

Pour comparer, on prépare deux lots de cellules identiques. Un lot est exposé aux UV, l'autre sert de témoin sans exposition.

On compte ensuite les mutations dans chaque lot après quelques cycles : si la fréquence est plus élevée dans le lot exposé, l'agent est mutagène.