TP2 - La réplication de l`ADN et le cycle cellulaire

LSVT1S02
Partie du programme : la Terre dans l’Univers, la vie et l’évolution du vivant
Niveau : première
Titre de la séance : la réplication de l’ADN et le cycle cellulaire
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EXTRAIT DU PROGRAMME
Les chromosomes sont des structures constantes des cellules eucaryotes qui sont dans des états de condensation variables
au cours du cycle cellulaire. Chaque chromatides contient une molécule d’ADN. Au cours de la phase S, l’ADN subit la
réplication semi-conservative. En absence d’erreur, ce phénomène préserve par copie conforme, la séquence des
nucléotides.
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CONNAISSANCES CONSTRUITES
Le cycle cellulaire est la succession de deux phases : la mitose ou division cellulaire et l’interphase. Au début de
l’interphase, en phase G1, il y a une quantité Q d’ADN. Chaque chromosome n’est formé que d’une seule molécule d’ADN
décondensée. A la fin de l’interphase, en phase G2, la quantité d’ADN a doublé (2Q), ce qui correspond à deux molécules
d’ADN. Entre les phases G1 et G2, la quantité d’ADN double, c’est la phase S, la phase de réplication de l’ADN. En
interphase les chromosomes ne sont pas visibles car l’ADN est sous forme de chromatine (ADN décondensée).
Au cours de la phase S, la réplication de l’ADN se fait selon un mécanisme semi – conservatif. Chaque molécule d’ADN
fille est constituée d’un brin de la molécule parent et d’un brin néoformé.
La réplication est basée sur le principe de la complémentarité des bases.
Un complexe enzymatique, l’ADN polymérase, assure la séparation des deux brins de l’ADN, puis la mise en place des
nucléotides complémentaires constituant le nouveau brin. La complémentarité des bases (A avec T et G avec C) permet la
synthèse de deux molécules d’ADN très exactement identiques à la molécule initiale. Le contenu de l’information
génétique est donc maintenu au cours de la réplication et les deux cellules filles provenant par mitose d’une cellule mère
possèdent la même information génétique.
CAPACITÉS MISES EN ŒUVRE
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o
o
o
o
Utiliser un tableur pour tracer une courbe
Insérer des images sur un graphe
Exploiter les expériences de Meselson et Stahl pour construire le modèle de la réplication
Construire des schémas expliquant la réplication de la molécule d’ADN
CONDITIONS MATÉRIELLES
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Les élèves travaillent en binôme, utilisent un tableur pour tracer un graphe de la quantité d’ADN dans une cellule au cours
d’un cycle cellulaire à partir d’un tableau construit par le professeur. Ils insèrent sur un graphe des photos sélectionnées
auparavant par le professeur. Au cours de la deuxième activité, les élèves pourront exploiter les données de l’expérience de
Meselson et Stahl sur un site ou à partir de documents papiers.
COIN
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Matériels
• Ordinateur
• Un tableur
LABORATOIRE
Documents didactiques
• Fiche d’utilisation d’Excel des ECE
• Un tableau contenant les quantités d’ADN au cours d’un cycle
• Des schémas de l’état du chromosome en début de mitose, en fin de mitose et en début d’interphase
• Kit ADN Chromosome
12404.20
• Planche le cycle chromosomique
09325.20
•
http://www.medecine.unige.ch/enseignement/dnaftb/20/concept/index.html ou le site de l’académie de Toulouse
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DESCRIPTIFS
Dans la séance précédente, on a montré qu’une cellule se divise pour donner deux cellules filles identiques, il y a
conservation du caryotype au cours de la mitose. En fin de mitose chaque chromosome est constitué d’une seule
chromatide, on va rechercher quand et par quel mécanisme chaque chromatide se duplique à l’identique.
Activité 1: localiser la réplication au cours du cycle cellulaire
Objectif : cette activité permet à l’élève de localiser la réplication de l’ADN au niveau du cycle cellulaire.
Support : le tableur permettra aux élèves de tracer un graphe de l’évolution de la quantité d’ADN dans une cellule au cours
d’un cycle et d’y intégrer des photos de l’état du chromosome au cours du cycle.
Le tableau ci-dessous présente l’évolution de la quantité d’ADN dans une cellule. A partir d’une culture de cellules qui se
divisent toutes en même temps, on dose la quantité d’ADN contenue dans le noyau d’une seule cellule.
Temps (h)
Quantité
d’ADN
(unités
arbitraires)
0
4
3.2
8
3.3
9
3.3
11
4
14
5.1
6.5
16
6.6
19
6.6
20
3.2
22
3.3
27
3.2
1234-
A l’aide du tableur, tracez le graphique de la quantité d’ADN en fonction du temps.
Les valeurs en bleu correspondent à la mitose, situez là sur le graphe.
La période précédent ou suivant la mitose corresponde à l’interphase situez là sur le graphe.
A partir de l’exploitation du graphe, indiquez à quel moment du cycle cellulaire (une interphase et une mitose) a lieu la
réplication de la molécule d’ADN.
5- A partir de vos connaissances placez sur votre graphe les images de l’état du chromosome correspondant à chaque étape du
cycle. Ou à l’aide de la maquette construire le chromosome en début de mitose et en fin de mitose.
Le professeur utilisera la planche sur le cycle chromosomique pour la mise en commun de cette activité.
Critères d’évaluation
- Titre du graphe
- Choix des axes
- Echelle du graphe
- légende du graphe
- insertion des schémas des chromosomes au bon endroit sur le graphe
Activité 2 : découvrir les mécanismes de la réplication
Objectif : découvrir que la réplication de l’ADN se fait selon un mode semi-conservatif
Support : le site médecine UNIGE (Université de Genève) ou le site de l’académie de Toulouse ou des documents papiers
décrivant des expériences de Meselson et Stahl.
En introduction le professeur discutera avec les élèves sur les différents modèles possibles, conservatif ou semi conservatif.
1- A partir du descriptif des expériences de Meselson et Stahl, donnez les résultats attendus après un cycle et deux cycles
suivant les 2 modèles.
2- En exploitant les résultats obtenus, validez un des deux modèles. Votre raisonnement comportera des schémas où vous
distinguerez le brin lourd et le brin léger de l’ADN par une couleur.
3- En partant d’une molécule d’ADN à 5 paires de bases montrez, par des schémas, que la réplication permet d’obtenir
deux molécules identiques à la molécule de départ.
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Critères d’évaluation
Validation du modèle semi-conservatif
Argumentation utilisant les résultats des expériences
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Un schéma représentant la molécule au début de l’expédience avec 2 brins lourds d’une couleur, puis après le premier
cycle cellulaire avec un brin de chaque couleur et après le deuxième cycle cellulaire.
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TP - La réplication de l’ADN et le cycle cellulaire
Activité 1: localiser la réplication au cours du cycle cellulaire
Évolution de la quantité d'ADN en fonction du temps
7
Quantité d’ADN
unité arbitraire
6
5
4
quantité d'ADN en unité arbitraire
3
2
mitose
1
interphase
0
Temps en heures
0
4
8
9
11
14
16
19
20
22
27
La réplication de la molécule d’ADN a lieu au milieu de l’interphase.
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Activité 2 : découvrir les mécanismes de la réplication
1.
Suivant le modèle conservatif, on obtiendra après un cycle, une bande avec une densité de 1,724 et une bande avec une
densité de 1,710. Ce sera idem après le deuxième cycle.
Suivant le deuxième modèle semi-conservatif, on obtiendra après un cycle, une bande avec une densité de 1,717.
Après le deuxième cycle, on obtiendra une bande avec une densité de 1,717 et une avec une densité de 1,710.
2. Après le premier cycle, les résultats obtenus sont une bande de densité de 1,717 ceci correspond à des molécules
d’ADN qui ont une densité intermédiaire entre 15N et 14N, elles comportent donc en proportion égale les deux isotopes.
Ceci valident le modèle semi-conservatif. Après le deuxième cycle, on obtient deux bandes une avec une densité de
1,717 et une avec une densité de 1,710, on retrouve des molécules identiques au premier cycle et des molécules
comportant uniquement de l’azote léger, ces molécules se sont construites à partir d’un brin léger synthétisé lors du
premier cycle.
3. La réplication d’une molécule d’ADN
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