Ressources · 1ʳᵉ · Spécialité SVT
Réplication de l’ADN : un mécanisme semi-conservatif
Chromatide et molécule d’ADN, longueur de l’ADN d’un chromosome et d’une cellule ; réplication semi-conservative pendant la phase S, ADN polymérase et brin complémentaire ; expérience de Meselson et Stahl ; origines, yeux et fourches de réplication ; vitesse et durée de la réplication chez une bactérie et chez l’être humain ; PCR et nombre de copies.
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Sujet et corrigé prêts à imprimer.
Devoir surveillé – Réplication de l’ADN : un mécanisme semi-conservatif
Durée : 120 min – Calculatrice interdite – Sur 20 points · Spécialité SVT 1ʳᵉ
Les réponses doivent être rédigées et justifiées. Soigne l'orthographe et la présentation.
Exercice 1 – Mobiliser ses connaissances ★★
(6 pts)Répondez à chaque question par un texte structuré (introduction, développement organisé, conclusion), appuyé sur des exemples précis. Un schéma est attendu dans la première réponse.
- a)Expliquez comment une molécule d’ADN est copiée pendant la phase S, puis pourquoi les deux cellules issues d’une mitose possèdent la même information génétique. Un schéma de la réplication d’une molécule est attendu.
- b)Expliquez pourquoi la copie de l’ADN d’une cellule humaine, bien plus long que celui d’une bactérie et copié par des fourches plus lentes, s’achève pourtant en quelques heures.
Exercice 2 – L’expérience de Meselson et Stahl inversée ★★
(6 pts)Des bactéries cultivées depuis longtemps sur azote léger 14N sont transférées sur azote lourd 15N ; on suit 300 molécules d’ADN au départ. L’ADN est extrait après chaque réplication et centrifugé en gradient de densité.
- a)Dans le modèle semi-conservatif, indiquez le nombre de molécules et leur composition après une réplication.
- b)Toujours dans ce modèle, déterminez le nombre de molécules de chaque type après trois réplications, puis les bandes observées après centrifugation et la part de l’ADN dans chacune.
- c)Dans le modèle conservatif, prédisez les bandes observées après deux réplications et la part de l’ADN dans chacune.
- d)Après deux réplications, on observe en réalité deux bandes de même importance, l’une intermédiaire, l’autre lourde. Indiquez quels modèles sont rejetés, en justifiant.
Exercice 3 – Copier un fragment d’ADN pour l’analyser ★★★
(8 pts)Document 1 — Séquence d’un des deux brins du fragment d’ADN à copier : 5’-GTACCATGGA-3’.
Document 2 — Programme de PCR : 95 °C pendant 2 min ; puis 30 cycles de 30 s à 94 °C, 30 s à 55 °C et 60 s à 72 °C ; enfin 72 °C pendant 4 min.
Document 3 — Le tube contient au départ 20 molécules du fragment, des nucléotides libres, deux amorces et la Taq polymérase, issue d’une bactérie des sources chaudes. On admet que le nombre de copies double à chaque cycle. Donnée : 210 ≈ 103.
- a)Écrivez le brin complémentaire de celui du document 1 en précisant son orientation, puis calculez le nombre de nucléotides à thymine que la polymérase doit incorporer pour répliquer une fois le fragment double brin, en justifiant.
- b)Calculez la durée totale du programme du document 2, puis indiquez ce qui se passe à chacune des trois températures d’un cycle.
- c)Estimez le nombre de copies du fragment à la fin des 30 cycles, puis expliquez pourquoi l’enzyme utilisée doit résister à la chaleur.
- d)Un élève affirme : « Après la PCR, les deux brins de chaque molécule de départ ont disparu : toutes les molécules du tube sont neuves. » Discutez cette affirmation en suivant une seule molécule de départ pendant trois cycles.
Bon courage !
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Voir le corrigé et le barème
Corrigé et barème – Réplication de l’ADN : un mécanisme semi-conservatif
Durée : 120 min – Calculatrice interdite – Sur 20 points · Spécialité SVT 1ʳᵉ
Exercice 1 – Mobiliser ses connaissances ★★
(6 pts)- a)Chaque chromatide est une longue molécule d’ADN, double hélice de deux brins complémentaires (A–T, G–C), associée à des protéines. Pendant la phase S, la molécule s’ouvre à partir d’origines de réplication ; à chaque fourche, les deux brins se séparent et chacun sert de matrice : l’ADN polymérase assemble en face un brin neuf, nucléotide par nucléotide, selon la complémentarité des bases, antiparallèle à la matrice. On obtient deux molécules formées chacune d’un brin ancien et d’un brin neuf : la réplication est semi-conservative, comme l’a montré l’expérience de Meselson et Stahl (1958). Schéma : molécule mère (deux brins de même couleur) → brins séparés → deux molécules filles associant chacune un brin ancien et un brin neuf de couleur différente, avec A face à T et G face à C. Les deux molécules ont la séquence de la molécule initiale : ce sont les deux chromatides du chromosome. Pendant la mitose, les chromatides sœurs se séparent, une dans chaque cellule fille : les deux cellules reçoivent la même information génétique. Des mitoses successives produisent un clone de cellules génétiquement identiques. (3)
- b)Une cellule humaine contient environ 6,4 × 109 paires de nucléotides, plus de mille fois plus que le chromosome d’E. coli (4,6 × 106 paires), et ses fourches avancent bien moins vite (environ 15 à 50 nucléotides par seconde contre environ 1 000). Chez la bactérie, une seule origine suffit : les deux fourches qui en partent copient le chromosome circulaire en une quarantaine de minutes. Chez l’être humain, une seule origine par molécule demanderait des semaines. Or chaque molécule d’ADN eucaryote possède de nombreuses origines : de chacune s’ouvre un œil de réplication bordé de deux fourches qui avancent en sens opposés ; les yeux s’agrandissent et se rejoignent. Chaque fourche ne copie qu’une petite portion, et toutes travaillent pendant la même phase S : la réplication du génome s’achève en quelques heures (environ 8 h). Conclusion : la multiplicité des origines compense la longueur des molécules et la lenteur des fourches. (3)
Piège — Écrire que chaque molécule fille est « neuve » ou « à moitié ancienne dans chaque brin » : un brin est entièrement ancien, l’autre entièrement neuf.
Exercice 2 – L’expérience de Meselson et Stahl inversée ★★
(6 pts)- a)300 × 2 = 600 molécules, toutes hybrides 14N/15N : chaque brin léger d’origine est associé à un brin lourd neuf. Une seule bande, intermédiaire. (1,5)
- b)300 × 23 = 2 400 molécules. Les 600 brins légers d’origine restent chacun dans une molécule : 600 hybrides ; les 1 800 autres sont lourdes 15N/15N. Deux bandes : intermédiaire (600 ÷ 2 400 = 25 %) et lourde (75 %). (1,5)
- c)300 × 22 = 1 200 molécules : les 300 molécules d’origine restent légères, les 900 autres sont entièrement lourdes. Bande légère 25 %, bande lourde 75 %, aucune bande intermédiaire. (1,5)
- d)Le modèle conservatif est rejeté : il prévoyait une bande légère et une bande lourde, sans bande intermédiaire. Le modèle dispersif est rejeté : chaque molécule contiendrait trois quarts de 15N, d’où une bande unique, entre intermédiaire et lourde. Le modèle semi-conservatif prévoit 600 hybrides et 600 lourdes sur 1 200, soit deux bandes de même importance : il est validé. (1,5)
Méthode — Les brins d’origine ne disparaissent jamais : 300 molécules au départ, c’est toujours 600 brins anciens, donc 600 molécules qui en contiennent un.
Exercice 3 – Copier un fragment d’ADN pour l’analyser ★★★
(8 pts)- a)Complémentarité A–T, G–C et brins antiparallèles : 3’-CATGGTACCT-5’, soit 5’-TCCATGGTAC-3’. Le brin du document 1 contient 3 A et 2 T ; le brin neuf assemblé sur lui reçoit un T face à chaque A : 3 T. Le brin complémentaire contient 2 A (face aux 2 T) : le brin neuf assemblé sur lui reçoit 2 T. Total : 5 nucléotides à thymine. (2)
- b)Un cycle : 30 + 30 + 60 = 120 s = 2 min ; 30 cycles : 60 min. Total : 2 + 60 + 4 = 66 min. À 94-95 °C, dénaturation : les deux brins se séparent. À 55 °C, hybridation : les amorces s’associent aux extrémités du fragment, par complémentarité. À 72 °C, élongation : la Taq polymérase assemble un brin neuf complémentaire de chaque brin, à partir des amorces. (2)
- c)20 × 230 = 20 × (210)3 ≈ 20 × (103)3 = 20 × 109 = 2 × 1010 copies environ. Chaque cycle commence par une dénaturation vers 95 °C : une ADN polymérase ordinaire, comme celle d’une bactérie qui vit à 37 °C, serait détruite dès le premier cycle. La Taq polymérase, issue d’une bactérie des sources chaudes, résiste aux passages répétés à 95 °C et reste très active vers 72 °C. (2)
- d)L’affirmation est fausse. Chaque cycle est une réplication semi-conservative : les brins d’origine servent de matrice et sont conservés, chacun dans une molécule. À partir d’une molécule : après 1 cycle, 2 molécules contenant chacune un brin d’origine ; après 2 cycles, 4 molécules dont 2 contiennent un brin d’origine ; après 3 cycles, 8 molécules dont 2 contiennent un brin d’origine et 6 sont entièrement neuves. Les brins de départ sont donc toujours présents, mais de plus en plus dilués parmi les copies (2 molécules sur 230 après 30 cycles). (2)
Piège — Écrire 20 × 2 × 30 copies : le nombre de copies est multiplié par 2 à chaque cycle, soit × 230 après 30 cycles.
Ce document est la propriété intellectuelle de Ben, professeur particulier (benprofparticulier.fr), protégée par le Code de la propriété intellectuelle (art. L. 111-1 et L. 122-4). Il est mis à disposition pour un usage personnel de révision. Toute reproduction, diffusion, mise en ligne ou revente, totale ou partielle, sans autorisation écrite est interdite et constitue une contrefaçon (art. L. 335-2).
Ce contrôle de spécialité SVT 1ʳᵉ en bref
Un devoir surveillé type contrôle en classe sur « Réplication de l’ADN : un mécanisme semi-conservatif » : 3 exercices, 120 minutes, noté sur 20. Le sujet et le corrigé sont téléchargeables en PDF, prêts à imprimer, pour travailler comme en classe.
- Exercice 1 — Mobiliser ses connaissances ★★/ 6 pts
- Exercice 2 — L’expérience de Meselson et Stahl inversée ★★/ 6 pts
- Exercice 3 — Copier un fragment d’ADN pour l’analyser ★★★/ 8 pts
Notions évaluées
Chromosome, chromatide, molécule d’ADN, protéines structurantes, chromatine, réaction de Feulgen, paire de nucléotides, 0,34 nm, longueur d’ADN, phase S, réplication, réplication semi-conservative, brin matrice, brin néosynthétisé, complémentarité des bases, brins antiparallèles, extrémités 5’ et 3’, ADN polymérase, clone, modèle conservatif, modèle dispersif, Meselson et Stahl, azote ¹⁵N et ¹⁴N, centrifugation en gradient de densité, bande lourde, intermédiaire, légère, molécule hybride, expérience de Taylor, autoradiographie, origine de réplication, œil de réplication, fourche de réplication, chromosome circulaire, forme en θ, vitesse d’une fourche, durée de réplication, nombre minimal d’origines, PCR, cycle, dénaturation, hybridation, élongation, amorce, Taq polymérase, nombre de copies.
Pour préparer ce contrôle
- Relire le cours et la fiche de révision.
- Refaire les exercices corrigés.
- Se tester avec le QCM (24 questions).
- Faire ce sujet en conditions réelles — 120 min, sans le cours — puis se corriger et noter les points à revoir.
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Questions fréquentes sur ce sujet
- Combien de temps dure ce contrôle sur « Réplication de l’ADN : un mécanisme semi-conservatif » ?
- 120 minutes pour 3 exercices notés sur 20. Prévois le double si tu enchaînes avec la correction.
- Le corrigé est-il fourni ?
- Oui : le corrigé complet est fourni en PDF (bouton « Télécharger le corrigé »), avec le barème exercice par exercice.
- Ce sujet peut-il servir de DS, de contrôle ou d'interrogation ?
- Oui : c'est un devoir surveillé complet de 120 minutes. Pour une interrogation courte, garde un ou deux exercices ; pour un DS ou un contrôle de fin de chapitre, fais le sujet entier en temps limité.
- Ce sujet suit-il le programme de spécialité SVT de première ?
- Oui : il évalue uniquement les notions du chapitre « Réplication de l’ADN : un mécanisme semi-conservatif » du programme officiel de spécialité SVT en première, soit : chaque chromatide est une longue molécule d’ADN associée à des protéines structurantes ; démarche historique sur la composition chimique des chromosomes ; longueur de l’ADN d’un chromosome, d’une cellule humaine et de l’ensemble des cellules ; réplication semi-conservative pendant la phase S, règles d’appariement des bases, ADN polymérase ; deux cellules filles à la même information génétique, clone ; expérience historique de Meselson et Stahl ; images de molécules d’ADN en cours de réplication, origines, yeux et fourches ; vitesse et durée de la réplication chez E. coli et chez un eucaryote ; PCR, durée des étapes d’un cycle et nombre de copies.
Moi c'est Ben, j'ai créé ce site pour aider le plus d'élèves possible, partout en France. Je peux aussi reprendre avec toi ce qui coince en cours particulier : en visio, ou à domicile si tu es à Marseille.
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