V VIDYALAYA · Soutien scolaire
SVT1reTransmission, variation et expression du patrimoine genetiqueExercices + corrigé

Réplication de l'ADN — Exercices

De l'application directe à l'analyse expérimentale. Corrigé en fin de document.
⏱ ~25 min✎ Calculatrice autorisée
1Complémentarité et vocabulaire/ 4 pts
Réponds aux questions suivantes sur les bases de la réplication.
  1. Que signifie l'expression « réplication semi-conservative » ?
  2. Un brin d'ADN parental a pour séquence $5'\text{-ATCGGATC-}3'$. Donne la séquence du brin néosynthétisé, en précisant son orientation $5' \to 3'$.
  3. Une molécule d'ADN contient $30\,\%$ d'adénine. Détermine le pourcentage de chaque autre base azotée.
2Calcul — Molécules et nucléotides/ 4 pts
Une molécule d'ADN double-brin contenant $6\,000$ paires de nucléotides subit 4 cycles successifs de réplication.
  1. Combien de molécules d'ADN double-brin sont produites ?
  2. Parmi ces molécules, combien contiennent au moins un brin parental ?
  3. Combien de brins d'ADN ont été néosynthétisés ?
  4. Combien de nucléotides libres ont été incorporés au total ?
3Expérience de Meselson et Stahl/ 5 pts

Des bactéries E. coli sont cultivées de nombreuses générations dans un milieu à azote lourd ${}^{15}\text{N}$, puis transférées dans un milieu à azote léger ${}^{14}\text{N}$. On extrait l'ADN après 0, 1 et 2 générations en ${}^{14}\text{N}$ et on l'analyse par ultracentrifugation.

  1. Génération 0 (avant transfert) : quelle densité présente l'ADN ? Justifie.
  2. Après 1 génération en ${}^{14}\text{N}$ : quel résultat est observé ? Explique à l'aide du modèle semi-conservatif.
  3. Après 2 générations en ${}^{14}\text{N}$ : décris le résultat attendu et justifie-le.
  4. Quel résultat aurait-on obtenu à la génération 1 si la réplication était conservative ? En quoi cela réfute-t-il ce modèle ?
4Composition en bases/ 3 pts
L'analyse d'une molécule d'ADN révèle que la guanine représente $22\,\%$ de l'ensemble des nucléotides.
  1. Détermine le pourcentage de chaque base azotée dans cette molécule.
  2. Après une réplication, la composition en bases de chaque molécule-fille est-elle modifiée ? Justifie.
5Problème intégratif/ 4 pts
Une bactérie se divise toutes les $20$ minutes. On part d'une unique bactérie dont la molécule d'ADN comporte $4{,}6 \times 10^6$ paires de nucléotides.
  1. Combien de bactéries y a-t-il après $2$ heures ?
  2. Combien de molécules d'ADN double-brin sont alors présentes ?
  3. Combien de nucléotides ont été incorporés au total lors de toutes les réplications ? Exprime le résultat en notation scientifique.
  4. Parmi toutes les molécules d'ADN présentes, combien contiennent encore un brin de la molécule d'ADN initiale ?
Corrigé détaillé
1Complémentarité et vocabulaire
1) \(\text{Semi-conservatif : lors de la réplication, les deux brins parentaux se séparent ; chacun sert de matrice.}\) \(\text{Chaque molécule-fille est formée d'un brin parental (conservé) + un brin néosynthétisé.}\)
2) \(5'\text{-ATCGGATC-}3' \rightarrow \text{brin complémentaire antiparallèle :}\) \(3'\text{-TAGCCTAG-}5' \quad \text{(soit } 5'\text{-GATCCGAT-}3'\text{)}\)
3) \(\%A = 30\,\% \Rightarrow \%T = 30\,\% \;(\text{Chargaff}) \quad \%G + \%C = 100 - 60 = 40\,\%\) \(\%G = \%C = 20\,\%\)
2Calcul — Molécules et nucléotides
a) \(n = 4 \Rightarrow N = 2^4 =\) \(16 \text{ molécules d'ADN double-brin}\)
b) \(\text{Les 2 brins parentaux se retrouvent dans 2 molécules distinctes (semi-conservatif).}\) \(2 \text{ molécules contiennent un brin parental}\)
c) \(\text{Total brins} = 16 \times 2 = 32 \quad \text{Brins parentaux} = 2 \quad \Rightarrow \quad 32 - 2 =\) \(30 \text{ brins néosynthétisés}\)
d) \(30 \times 6\,000 =\) \(180\,000 \text{ nucléotides incorporés}\)
3Expérience de Meselson et Stahl
1) \(\text{Toutes les bactéries ont été cultivées exclusivement en }{}^{15}\text{N : les deux brins de chaque molécule sont lourds.}\) \(\text{Une seule bande de haute densité (ADN lourd, }{}^{15}\text{N}/{}^{15}\text{N).}\)
2) \(\text{Chaque brin parental }{}^{15}\text{N sert de matrice} \Rightarrow \text{nouveau brin }{}^{14}\text{N synthétisé.}\) \(\text{Toutes les molécules sont hybrides }({}^{15}\text{N}/{}^{14}\text{N}) \Rightarrow \text{une seule bande de densité intermédiaire.}\)
3) \(\text{4 molécules : 2 hybrides }({}^{15}\text{N}/{}^{14}\text{N}) \text{ + 2 légères }({}^{14}\text{N}/{}^{14}\text{N}).\) \(\text{Deux bandes : 50\,\% intermédiaire + 50\,\% légère.}\)
4) \(\text{Modèle conservatif : brins parentaux restent liés} \Rightarrow \text{après 1 génération : 1 bande lourde + 1 bande légère.}\) \(\text{Or on observe une seule bande intermédiaire — absence de bande lourde réfute le modèle conservatif.}\)
4Composition en bases
a) \(\%G = 22\,\% \Rightarrow \%C = 22\,\% \;(\text{Chargaff}) \quad \%A = \%T = \dfrac{100 - 44}{2} = \dfrac{56}{2} =\) \(\%G = \%C = 22\,\% \quad \%A = \%T = 28\,\%\)
b) \(\text{La réplication est fidèle : chaque brin néosynthétisé est complémentaire du brin parental. La composition globale est conservée.}\) \(\text{Non, la composition en bases ne change pas après réplication.}\)
5Problème intégratif
a) \(2\text{ h} = 120\text{ min} \Rightarrow n = \dfrac{120}{20} = 6 \text{ cycles} \Rightarrow 2^6 =\) \(64 \text{ bactéries}\)
b) \(\text{1 molécule d'ADN par bactérie} \Rightarrow\) \(64 \text{ molécules d'ADN double-brin}\)
c) \(\text{Brins néosynthétisés} = 64 \times 2 - 2 = 126 \quad \Rightarrow \quad 126 \times 4{,}6 \times 10^6 = 579{,}6 \times 10^6 =\) \(5{,}796 \times 10^8 \approx 5{,}8 \times 10^8 \text{ nucléotides incorporés}\)
d) \(\text{Réplication semi-conservative : les 2 brins de la molécule initiale se retrouvent dans 2 molécules distinctes, quelle que soit la génération.}\) \(2 \text{ molécules contiennent encore un brin de la molécule initiale}\)