L’ADN est une molécule constituée de deux brins antiparallèles enroulés en double hélice. Chaque brin d’ADN est un polymère, c'est-à-dire composé d’un long enchaînement de monomères identiques, les nucléotides. Un nucléotide est formé par l’association de trois types de molécules différentes: un groupement phosphate, une base azotée et un sucre, le désoxyribose. Il existe quatre bases azotées différentes et chaque nucléotide est caractérisé par sa base azotée; il y a donc quatre nucléotides différents : nucléotides à adénine (A), nucléotides à thymine (T), nucléotides à cytosine (C), nucléotides à guanine (G). L’association des nucléotides entre les deux brins d’ADN respecte une règle de complémentarité : un nucléotide à Adénine s’associe à un nucléotide à Thymine, un nucléotide à Cytosine s’associe à un nucléotide à Guanine. Cette association est possible grâce des liaisons hydrogènes entre les bases azotées (3 liaisons entre C et G et 2 liaisons entre A et T).

Source : Structure ADN.png, par Pradana Aumars via Wikimédia Commons, CC-BY-SA-4.0, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Structure_ADN.png

L'ADN présent dans le noyau des cellules est extrêmement replié. On parle de chromosome lorsqu'il y a un super-enroulement : l’ADN est condensé au maximum (enroulé autour de protéines structurantes comme les histones).

Source : Superenroulement de l’AND : Du chromosome à l'ADN porteur d'une information (légende) .svg par NIH, utilisateur: Phrood, En rouge  via wikimedia commons,  CC-Zéro https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Du_chromosome_%C3%A0_l%27ADN_porteur_d%27une_information_(avec_l%C3%A9gende).svg

Le super-enroulement empêche la lecture de l’ADN. Ainsi la réplication de l’ADN ne peut donc qu’avoir lieu quand celui-ci est décondensé en interphase. Les expériences de Meselson et Stahl (1958), apportent des informations sur le mécanisme de la réplication. 

Source : Schéma Expérience de Meselson-Stahl fr.svg par LadyofHats, via Wikimédia Commons, CC-Zero, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Sch%C3%A9ma_Exp%C3%A9rience_de_Meselson-Stahl_fr.svg?uselang=fr

Lors de la réplication dans le noyau de la cellule (phase S de l’interphase), la molécule d’ADN double brin va s’ouvrir sous l’action d’enzymes. Les deux brins d’ADN étant libres des ADN polymérases, enzymes capables de synthétiser de l’ADN, vont pouvoir se fixer sur chacun des brins libérés et synthétiser par complémentarité un nouveau brin. Quand l’ensemble de la molécule aura été copiée, le brin néoformé restera accroché à son brin parental. On parle alors de réplication semi-conservative car la nouvelle molécule d’ADN formée conserve seulement un brin parental sur les deux.  Ainsi une molécule d’ADN donne 2 molécules d’ADN identiques qui se condenseront pour donner deux chromatides identiques reliées par le centromère. 

Source : Réplication : DNA replication split horizontal.svg par Madprime via wikimedia commons, CC-BY-SA-3.0-migrated https://commons.wikimedia.org/wiki/File:DNA_replication_split_horizontal.svg?uselang=fr modifiée par Sandra Rivière

La longueur totale d’une molécule d’ADN dans un chromosome est de l’ordre de 50 mm. La longueur totale d’une molécule d’ADN dans une cellule est de l’ordre de 2 m. Ainsi la longueur totale d’une molécule d’ADN dans une cellule est 105 fois plus importante que le diamètre de la cellule. Enfin la longueur totale de tous les ADN, mis bout à bout, des 75 000 milliards de cellules qui constituent un homme de 75 kg est de l’ordre d’une centaine de millions de Km.

Durant la phase S, lors de la réplication, un complexe enzymatique, l’ADN polymérase, sépare localement les brins de la double hélice d’ADN simultanément en plusieurs points de la molécule. L’existence de plusieurs origines de réplication permet à la réplication d’une molécule de se faire assez rapidement malgré la lenteur de la polymérisation. Les zones où les deux brins parentaux sont séparés et où la réplication a lieu s’appellent des yeux de réplication.

La vitesse élevée de la réplication permet de former des chromosomes doubles plus rapidement. Cela permet à la cellule de faire une succession de mitoses qui produit un ensemble de cellules, toutes génétiquement identiques que l’on appelle un clone. 

LES YEUX DE RÉPLICATION

Source : https://tp-svt.pagesperso-orange.fr/replication.htm

La technique de la PCR permet d’amplifier des molécules d’ADN prélevées sur le lieu d’un crime par exemple, qui ne sont pas visibles par électrophorèse. 

La réaction de polymérisation en chaîne (PCR) est une réplication in vitro grâce à des ADN polymérases, de séquences spécifiques de l’ADN et permet de produire en grande quantité un fragment d’ADN (séquence d’intérêt) à partir d’un extrait d’ADN (matrice). La technique de l’électrophorèse permet ensuite de déterminer, par comparaison avec des séquences nucléotidiques de longueurs connues, la longueur des séquences d’ADN prélevées sur la victime et amplifiées par PCR.

Le principe de l’électrophorèse: l’ADN est chargé négativement par les groupements phosphates. Dans une cuve à  électrophorèse, on place un gel d’agarose, les solutions d’ADN amplifié sont déposées du côté de la cathode (pôle négatif – noir). L’ADN migre en fonction de son poids moléculaire : plus le fragment d’ADN est long plus il va migrer lentement vers l’anode (pôle positif + rouge), à l’inverse un fragment plus court se déplacera plus rapidement.  Ils n’arriveront donc pas au même niveau.

VOCABULAIRE à RETENIR

Nucléotides: Associations de trois types de molécule différente: un acide phosphorique, une base azotée et un sucre, le désoxyribose; qui constituent l’ADN.

Modèle semi-conservatif: On 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 chromatide du chromosome possédera donc une molécule (brin) fille et une molécule mère.

ADN: Acide désoxyribonucléique, molécule universelle, contenant un message déterminé par la séquence de nucléotides. 

Chromosome: Les chromosomes sont constitués d’une double hélice d’ADN enroulé autour de protéines, ils servent de support à l’information génétique. Situés dans le noyau, leur nombre est caractéristique de l’espèce. Les chromosomes ne sont visibles que pdt la division cellulaire, durant laquelle ils sont condensés.

Polymériser: assembler des petites molécules (monomère) permettant de créer un polymère.

Origine de réplication: endroit de la séquence d’ADN où peut se fixer la polymérase pour démarrer la réplication.

Polymériser: assembler des petites molécules (monomère) pour créer un polymère.

Yeux de réplication: forme représentée par la molécule d’ADN lors de sa réplication à cause de la séparation locale des deux brins d’ADN à l’endroit où la réplication à lieu.

La réplication de l'ADN -SVT - LA VIE 1ère spé #2 - Mathrix