Spécialité SVT, Première • Fiche de révision à Montréal
Cette fiche accompagne le chapitre « la réplication de l'ADN » du programme de spécialité SVT de Première : la chromatide, molécule d'ADN associée à des protéines, la réplication semi-conservative pendant la phase S, l'ADN polymérase, le clone, l'expérience de Meselson et Stahl, la vitesse et la durée de la réplication, et la PCR.
Elle ne redit pas le cours. Elle dit ce qui coûte des points au devoir, dans l'exposé comme dans l'exploitation de documents, et quel geste évite chaque perte. Chaque piège renvoie à l'exercice de la série qui le travaille.
Le fil du chapitre
Une chromatide est UNE molécule d'ADN : la répliquer, c'est en faire deux, chacune faite d'un brin ancien et d'un brin neuf construit par complémentarité, et cela se passe en phase S, pas pendant la mitose.
Notions couvertes
Le tableau du chapitre
Une colonne par modèle. Après le passage de l'azote lourd ¹⁵N à l'azote léger ¹⁴N, chaque modèle prévoit ses bandes à G₁ et à G₂ ; on compare chaque prévision aux résultats, génération par génération.
| Critère | Conservatif la molécule initiale reste entière | Semi-conservatif un brin ancien, un brin neuf | Dispersif morceaux anciens et neufs mêlés |
|---|---|---|---|
| Molécules filles | une lourde, une légère | deux hybrides | deux hybrides en mosaïque |
| Bandes à G₁ | lourde et légère | une seule, hybride | une seule, hybride |
| Bandes à G₂ | lourde et légère, trois fois plus intense | hybride et légère, de même intensité | une seule, entre hybride et légère |
| Observé à G₁ : une bande hybride | éliminé | compatible | compatible |
| Observé à G₂ : hybride et légère | déjà éliminé | retenu | éliminé |
G₁ seul ne départage pas semi-conservatif et dispersif : il faut G₂, ou la séparation des deux brins de l'ADN de G₁ par chauffage, qui donne des brins entièrement lourds et entièrement légers.
Écrire « une chromatide = une molécule d'ADN » dès l'introduction d'un exposé rapporte souvent le premier point.
La machinerie enzymatique et la synthèse des nucléotides sont hors programme : seule l'ADN polymérase se nomme.
Les erreurs ci-dessous sont celles que je corrige le plus souvent en séance. Chacune coûte des points sur une copie, même quand le raisonnement est juste.
Ce qu'il ne faut pas écrire
« Pendant la mitose, l'ADN se réplique et les chromatides se séparent. »
Ce qu'il faut écrire
« L'ADN est répliqué pendant la phase S de l'interphase ; la mitose sépare, à l'anaphase, les deux chromatides déjà formées. »
Pourquoi : Copier et répartir sont deux étapes distinctes du cycle, et le correcteur vérifie que l'exposé les sépare (exercices 5 et 8).
Ce qu'il ne faut pas écrire
« En G2, le noyau d'une cellule humaine contient 46 molécules d'ADN. »
Ce qu'il faut écrire
« En G2, chacun des 46 chromosomes a deux chromatides : le noyau contient molécules d'ADN. »
Pourquoi : Une molécule d'ADN par chromatide : la phase S double le nombre de molécules sans changer le nombre de chromosomes (exercices 1 et 4).
Ce qu'il ne faut pas écrire
« Le brin néoformé est une copie du brin parental sur lequel il se construit. »
Ce qu'il faut écrire
« Le brin néoformé est complémentaire du brin parental qui lui sert de modèle ; il a donc la séquence de l'autre brin parental. »
Pourquoi : C'est la molécule entière qui est copiée à l'identique, pas chaque brin (exercice 3).
Ce qu'il ne faut pas écrire
« Durée de réplication d'E. coli : s, environ min. »
Ce qu'il faut écrire
« Deux fourches partent de l'origine et se partagent le chromosome : s, environ min. »
Pourquoi : Une origine fait partir deux fourches, et l'œil grandit de deux fois la vitesse d'une fourche (exercices 2 et 7).
Ce qu'il ne faut pas écrire
« Pour répliquer un fragment de 12 paires de bases, il faut 12 nucléotides. »
Ce qu'il faut écrire
« Il se forme deux brins neufs de 12 nucléotides : il faut nucléotides, et autant de A que la molécule initiale en contient sur ses deux brins. »
Pourquoi : La réplication produit deux molécules, donc un brin neuf en face de CHAQUE brin parental (exercice 3).
Ce qu'il ne faut pas écrire
« Longueur d'ADN d'une cellule : . »
Ce qu'il faut écrire
« Le noyau contient deux lots : en G1. »
Pourquoi : Le nombre de paires de bases donné vaut le plus souvent pour UN lot de 23 chromosomes (exercice 4).
Ce qu'il ne faut pas écrire
« À G₁, on obtient une bande hybride : la réplication est donc semi-conservative. »
Ce qu'il faut écrire
« La bande hybride de G₁ élimine le modèle conservatif ; c'est G₂, avec une bande hybride et une bande légère, qui élimine le modèle dispersif. »
Pourquoi : Le modèle dispersif prévoit lui aussi une bande intermédiaire à G₁ : un résultat compatible ne prouve rien tant qu'un autre modèle le prévoit aussi (exercice 9).
Ce qu'il ne faut pas écrire
« Le nombre de copies double à chaque cycle, donc après 30 cycles on en a 60 fois plus. »
Ce qu'il faut écrire
« Doubler à chaque cycle, c'est multiplier par 2 à chaque cycle : . »
Pourquoi : revient à ajouter deux molécules par cycle ; les deux règles coïncident aux deux premiers cycles, ce qui rend l'erreur invisible au début (exercices 8 et 10).
Lisez ce que l'on demande, puis repérez le nombre de fourches qui travaillent ensemble.
Si « longueur de l'ADN » d'une molécule, d'un noyau, du corps → nombre de paires de bases fois , en comptant les lots et la phase du cycle
Exemple : pour le chromosome 21
Si « durée » avec une seule origine → la moitié de la molécule divisée par la vitesse d'une fourche
Exemple : s pour E. coli
Si « durée » entre deux origines voisines → la moitié de la distance entre origines divisée par la vitesse d'une fourche
Exemple : min chez l'embryon de drosophile
Si « nombre minimal d'origines » → longueur de la molécule divisée par ce que réplique une origine pendant la phase S,
Exemple : , donc au moins
Si « nombre de copies » de PCR ou de molécules d'une culture → , et pour Meselson et Stahl, toujours deux molécules hybrides
Exemple : copies
Si la question parle d'un œil qui s'allonge, divisez l'allongement par deux avant de le diviser par la durée.
Comparez chaque génération aux prévisions de TOUS les modèles, et gardez celui qu'aucune ne contredit.
Si bande lourde ET bande légère à G₁ → conservatif compatible, les deux autres éliminés
Si une seule bande hybride à G₁ → conservatif éliminé ; semi-conservatif et dispersif restent
Si à G₂, une bande hybride et une bande légère → dispersif éliminé : semi-conservatif retenu
Exemple : à G₃, d'hybride et de léger
Si à G₂, une seule bande entre hybride et légère → ce serait le modèle dispersif
Le correcteur coche des étapes. Les voici dans l'ordre, avec la phrase de conclusion qu'il attend mot pour mot.
Quand l'utiliser : « Montrez que », « Exploitez le document », « Expliquez pourquoi », dans la partie B du devoir.
Phrase de conclusion
« Je vois qu'à G₁ l'ADN forme une seule bande de densité intermédiaire ; or le modèle conservatif prévoit deux bandes, lourde et légère ; j'en déduis que ce modèle est éliminé. »
Le piège : Décrire le document sans conclure, ou conclure sans citer de valeur : chaque moitié ne rapporte que la moitié des points.
Barème : Extraction des informations utiles, mise en relation avec les connaissances, démarche qui conclut.
Quand l'utiliser : « Expliquez comment... », exercice 1 du devoir, documents en aide seulement.
Phrase de conclusion
« Chaque molécule fille conserve un brin de la molécule initiale et reçoit un brin néoformé complémentaire : les deux chromatides sœurs portent la même information. »
Le piège : Recopier les documents : leur analyse n'est pas attendue, c'est l'organisation et le vocabulaire qui sont notés.
Barème : Organisation, exactitude et complétude, vocabulaire exigible, exemples et schémas à l'appui.
Cinq minutes de vérification récupèrent plus de points qu'un exercice de plus commencé à la hâte.
L'ordre de grandeur d'une durée
Comparez au repère : environ 40 minutes pour E. coli, quelques heures pour la phase S d'une cellule humaine.
Trouver min pour E. coli signale la fourche oubliée ; trouver des jours pour une cellule humaine signale l'origine unique.
La longueur d'ADN d'un noyau
Un noyau humain en G1 contient environ d'ADN, en G2.
Un résultat proche de dit qu'un lot de chromosomes a été oublié.
Le compte des molécules hybrides
Dans le modèle semi-conservatif, partir d'une molécule lourde donne TOUJOURS deux molécules hybrides.
À G₄, 2 hybrides sur 16 molécules : écrire 8 hybrides montre une moitié prise à chaque génération.
La pente d'une courbe de PCR
Sur une échelle logarithmique, un doublement par cycle fait monter la courbe d'environ puissance de dix par cycle.
Une pente de par cycle jusqu'au palier confirme le modèle ; une pente qui faiblit annonce l'épuisement des réactifs.
Un prélèvement contient copies du génome d'un virus. Le test demande au moins copies de la région amplifiée. Un cycle dure min, après min de dénaturation initiale. On admet que chaque cycle double le nombre de copies.
Déterminez le nombre minimal de cycles et la durée de la PCR.
Étape 1
Nombre de copies après cycles : .
Pourquoi
Écrire le modèle avant de calculer : c'est lui qui porte le point de méthode, et il rappelle qu'on part de 10 copies, pas d'une.
Étape 2
équivaut à .
Pourquoi
Isoler la puissance de 2 ramène le problème à une comparaison de puissances, que la calculatrice tranche.
Étape 3
et : cycles.
Pourquoi
Encadrer par deux puissances successives justifie le « minimal » ; donner cycles n'a pas de sens.
Étape 4
Durée : min.
Pourquoi
La dénaturation initiale fait partie du programme : l'oublier sous-estime la durée.
Étape 5
Vérification : puissances de dix à gagner, à par cycle, font cycles, arrondis à .
Pourquoi
Le contrôle par le logarithme confirme l'encadrement en une ligne.
Conclusion rédigée
Il faut au moins 27 cycles, et la PCR dure 56 minutes.
L'erreur classique sur cet exercice : Écrire copies, c'est-à-dire ajouter au lieu de multiplier : la PCR semble alors incapable d'atteindre le seuil.
Une chromatide est une seule molécule d'ADN, très longue, associée à des protéines. Un chromosome a une chromatide avant la phase S et deux chromatides sœurs identiques après. Pour compter les molécules d'ADN d'un noyau, on compte donc les chromatides : 46 dans une cellule humaine en G1, 92 en G2.
Parce que chaque molécule fille conserve la moitié de la molécule initiale : un de ses deux brins est ancien, l'autre est neuf, construit en face de lui par complémentarité des bases. L'expérience de Meselson et Stahl l'a montré en 1958 avec de l'azote lourd : une bande hybride à la première génération, puis une bande hybride et une bande légère à la deuxième.
Pendant la phase S de l'interphase, entre la phase G1 et la phase G2. La quantité d'ADN du noyau double alors, et chaque chromosome passe d'une à deux chromatides. La mitose vient ensuite : elle ne copie rien, elle sépare les deux chromatides de chaque chromosome à l'anaphase, une pour chaque cellule fille.
Repérez d'abord le nombre d'origines : de chacune partent deux fourches en sens opposés. Avec une seule origine, divisez la moitié du nombre de paires de bases par la vitesse d'une fourche. Chez E. coli, la moitié de 4,6 millions de paires à mille nucléotides par seconde donne environ 38 minutes. Chez un eucaryote, ce sont les milliers d'origines qui rendent la réplication assez rapide.
Si chaque cycle double le nombre de molécules, on multiplie par deux à chaque cycle : après n cycles, on a le nombre de départ multiplié par deux puissance n, soit environ un milliard de fois plus après 30 cycles. En pratique, la courbe finit par atteindre un palier quand les amorces et les nucléotides du tube s'épuisent.
© Ahmed Squalli Houssaini. Fiche publiée sur www.letuteurscientifique.ca/fiches/1svt-replication-adn. Libre pour l'usage personnel et en classe ; sa republication ailleurs demande une autorisation écrite (mentions légales).
