Notion de l'information génétique — Cours SVT Bac PC

Dans le programme du Bac PC

SVT coefficient 5 en Bac PC. Ce chapitre ouvre le bloc génétique du programme (information génétique → expression → transmission par la reproduction → lois statistiques), un enchaînement de 4 chapitres qui forme l'essentiel de l'épreuve de SVT aux côtés de l'écologie.

À l'épreuve

Questions de type QCM ou courtes sur la structure de l'ADN (règle de Chargaff, brin complémentaire) et exercice d'interprétation d'une expérience de type Meselson-Stahl (bandes de densité en centrifugation) pour justifier le mode semi-conservatif de la réplication.

Objectifs d'apprentissage

Décrire la structure en double hélice de l'ADN et la règle de complémentarité des bases (A-T, G-C)
Utiliser les règles de Chargaff pour calculer la composition en bases d'un ADN
Écrire le brin complémentaire d'une séquence d'ADN donnée
Expliquer le principe de la réplication semi-conservative de l'ADN
Interpréter une expérience de marquage isotopique (type Meselson-Stahl) pour distinguer les modes de réplication possibles

Notions clés

Structure de l'ADN

L'ADN est une double hélice de deux brins antiparallèles de nucléotides (sucre désoxyribose, phosphate, base azotée A, T, G ou C). Les bases s'apparient par complémentarité stricte : A avec T (2 liaisons hydrogène), G avec C (3 liaisons hydrogène) — règles de Chargaff : %A = %T et %G = %C.

Le gène, support de l'information

Un gène est une portion d'ADN qui porte l'information nécessaire à la synthèse d'un polypeptide (ou d'un ARN). L'ensemble des gènes portés par les chromosomes d'une cellule constitue le génome, support du patrimoine héréditaire transmis de génération en génération.

Réplication semi-conservative

Avant chaque division cellulaire, l'ADN se réplique : les deux brins se séparent et chacun sert de matrice pour synthétiser un brin complémentaire nouveau. Chaque molécule fille contient donc un brin ancien et un brin nouveau — d'où le nom de réplication semi-conservative, démontré par l'expérience de Meselson et Stahl (marquage à l'azote lourd ¹⁵N puis léger ¹⁴N, centrifugation en gradient de densité).

Erreurs fréquentes

Confondre gène, chromosome et ADN : le chromosome est constitué d'ADN, et un gène n'en est qu'une portion.

Apparier les bases au hasard (A avec G, par exemple) : la complémentarité est stricte, A-T et G-C uniquement.

Croire que la réplication est conservative (une molécule reste entièrement ancienne, l'autre entièrement nouvelle) : c'est le mode semi-conservatif qui est observé.

Exemple corrigé

Énoncé

On cultive des bactéries plusieurs générations dans un milieu à azote lourd (¹⁵N), puis on les transfère dans un milieu à azote léger (¹⁴N). Après une génération de réplication en milieu léger, l'ADN extrait forme une seule bande de densité intermédiaire en centrifugation. Après une deuxième génération, on observe deux bandes : une de densité intermédiaire et une de densité légère, en proportions égales. Interpréter ces résultats et en déduire le mode de réplication de l'ADN.

Correction

Hypothèses en présence. Réplication conservative : donnerait après une génération deux bandes distinctes (une lourde, une légère). Semi-conservative : donnerait une bande unique de densité intermédiaire (hybride). Dispersive : donnerait aussi une bande hybride, mais de densité qui diminuerait à chaque génération.

Après 1 génération. Une seule bande hybride est observée : l'hypothèse conservative est écartée.

Après 2 générations. Deux bandes apparaissent, hybride et légère, à parts égales — et la bande hybride a la même densité qu'après la première génération, elle n'a pas diminué : l'hypothèse dispersive est à son tour écartée.

Conclusion. Seule la réplication semi-conservative rend compte des deux observations : chaque molécule fille conserve un brin parental et synthétise un brin nouveau.

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3 exercices pour t'entraîner

Exercice 1

Facile

Un ADN contient 30 % de bases A. Calculer le pourcentage de T, puis de G et de C.

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Règle de Chargaff : %T = %A = 30 %. Il reste %G + %C = 100 − 60 = 40 %, et %G = %C, donc %G = %C = 20 %.

Exercice 2

Moyen

Écrire le brin d'ADN complémentaire de 5'-ATTGCAGC-3'.

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En appariant chaque base (A-T, T-A, G-C, C-G) et en respectant l'antiparallélisme des deux brins, le brin complémentaire s'écrit 5'-GCTGCAAT-3'.

Exercice 3

Difficile

Dans le modèle semi-conservatif, une bactérie initialement toute ¹⁵N (2 brins lourds) subit n générations de réplication en milieu ¹⁴N. Montrer que la fraction de molécules hybrides parmi les 2ⁿ molécules obtenues vaut 1/2ⁿ⁻¹, et calculer cette fraction pour n = 4.

Voir la correction

Il n'existe au départ que 2 brins lourds originaux. À chaque réplication semi-conservative, chaque brin ancien se retrouve apparié à un brin nouveau : ces 2 brins lourds se répartissent donc, à toute génération n, dans exactement 2 molécules hybrides, quel que soit le nombre total de molécules (2ⁿ). La fraction de molécules hybrides est donc 2/2ⁿ = 1/2ⁿ⁻¹. Pour n = 4 : 1/2³ = 1/8 = 12,5 % de molécules hybrides, et 87,5 % de molécules entièrement légères.

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Questions fréquentes

Pourquoi dit-on que la réplication est « semi-conservative » ?

Parce que chaque molécule d'ADN fille conserve la moitié de la molécule mère (un brin ancien) et synthétise l'autre moitié (un brin nouveau), au lieu de rester entièrement ancienne ou de mélanger les deux brins anciens et nouveaux.

Que prouve exactement l'expérience de Meselson et Stahl ?

Elle distingue les trois modes de réplication imaginables (conservative, semi-conservative, dispersive) grâce au marquage isotopique de l'ADN et à la centrifugation en gradient de densité : seul le profil de bandes observé après une puis deux générations correspond au modèle semi-conservatif.

Un gène et un chromosome, est-ce la même chose ?

Non. Un chromosome est une très longue molécule d'ADN (associée à des protéines) qui porte de nombreux gènes ; un gène n'est qu'une portion de cet ADN, correspondant à l'information d'un polypeptide ou d'un ARN donné.