Relation entre l'organisation de l'ADN et le déroulement du cycle cellulaire

1. TP2 - ADN et cycle cellulaire.
On appelle cycle cellulaire l'intervalle de temps qui délimite la fin d'une division cellulaire (= mitose) et la fin de la mitose suivante; l'intervalle de temps séparant deux mitoses successives définit l’interphase.
I. Evolution de la quantité d’ADN au cours d’un cycle cellulaire.
Le graphique ci-dessous montre cette évolution.
Les phases G1 et G2 sont les abréviations de « Gap1 » et « Gap2 » signifiant un intervalle de temps entre la phase S et la mitose (M).
1. Du point de vue de la quantité d’ADN, que se passe-t-il durant la phase S ? Durant la mitose ?
2. Sachant que la durée d’une mitose est d’environ 1 heure, déterminez les durées des trois autres phases.
3. Délimiter graphiquement un cycle cellulaire à l’aide d’une double flèche ( )
4. Le cytomètre en flux est un appareil qui permet de compter précisément le nombre de cellules présentes dans un échantillon tout en mesurant, pour chaque cellule, un ou plusieurs paramètres caractérisé(s) par un marqueur fluorescent. Dans une étude, on utilise un marqueur qui a la propriété de se fixer à l’ADN de telle sorte que la quantité de marqueur décelée par l'appareil est proportionnelle à la quantité d'ADN présente dans la cellule. Les résultats sont présentés ci-contre.

2. Montrez que le dénombrement des cellules par cette méthode est cohérente avec les durées de chacune des phases du cycle cellulaire.
II. ADN et chromosomes.
1. le document ci-joint représente un chromosome n°1 humain en début de mitose observé au microscope électronique. Déterminez sa taille réelle.
2. Compte tenu de sa taille réelle et sachant que ce chromosome contient dans chacun de ses « bras » (on parle de chromatides, avec un d comme dromadaire) une molécule d’ADN d’une longueur de 5 centimètres, formulez une hypothèse sur l’organisation de l’ADN au sein d’une chromatide.
3. Petit calcul divertissant. Déterminez la longueur totale d’ADN dans un corps humain sachant que chaque cellule contient environ 2 mètre d’ADN et que nous possédons environ 10 à la puissance 14 cellules. Vous comparerez votre résultat à la distance Terre-Soleil (150 millions de kilomètres) et l’exprimerez sous la forme : « la distance T- S est x fois la longueur totale d’ADN » ou « la longueur d’ADN est y fois la distance T- S ».
III. Organisation du nucléosome.
Ouvrir le logiciel RASTOP puis ouvrir le fichier « nucleosome.pdb » (chemin d’accès : « Poste de travail/communsur 'Serv/SVT/Chouzier/premiereS »)
Le nucléosome est la structure formée par l’assemblage de l’ADN et de protéines appelées histones.
Repérez l’ADN ; colorez un brin en bleu et l’autre en rouge avec une représentation en « boules et bâtonnets » ; colorez les différentes histones d’une couleur différente (à votre choix) et les représenter en « boules ».
Décrire l’assemblage observé.
Visualisez la vidéo (« Poste de travail/commun sur'Serv/SVT/Chouzier/premiereS/deroulement ») puis expliquez l’organisation du matériel génétique : - lorsque les chromosomes sont visibles (mitose) - lorsqu’il ne sont pas visibles (G1) (pendant cette phase le noyau délimité par son enveloppe contient ce que l’on appelle de la chromatine, avec un n, comme nénuphar)

3. IV. La phase S.
Vous avez dû comprendre qu’au cours de cette phase la quantité d’ADN est doublée : la cellule synthétise de l’ADN (d’où le S, comme synthèse) : on parle de la phase de réplication de l’ADN.
Trois modèles réplicatifs sont possibles (hypothèses)
Expérience de Meselson et Stahl.
Principe.
En 1958 Meselson et Stahl ont mis au point une technique permettant de séparer des ADN de densités très légèrement différentes (technique du gradient de densité par centrifugation à grande vitesse), par exemple des ADN contenant des atomes d'azote lourd 15N peuvent être séparés des ADN contenant des atomes d'azote normal 14N. (On rappelle que l’azote est présent dans la molécule d’ADN au niveau des nucléotides)
Des bactéries sont cultivées dans un milieu de culture dont la source d'azote contient uniquement de l'azote lourd 15N puis l’ADN extrait des bactéries est centrifugé pendant 24 heures avec une accélération de 100 000 g. L'aspect du tube en fin de centrifugation est celui de la figure 1. La bande noire correspond à l’ADN.
Des bactéries de la même espèce cultivées dans un milieu dont la source d'azote contient uniquement 14N (azote ordinaire) et dont l'ADN est centrifugé donnent le résultat représenté par la figure 2.
Expérience.
Des bactéries sont cultivées dans un milieu contenant 15N, puis placées au début de l'expérience dans un milieu contenant 14N. Ces bactéries sont cultivées dans des conditions telles que toutes les bactéries se divisent simultanément. L’aspect des tubes à centrifugation est donné par la figure 3 :

4. • 0 indique le début de l'expérience.
• 1 indique la fin de la première division
• 2 indique la fin de la seconde division.
1. Montrez que ces résultats permettent de valider l’une des trois hypothèses (précisez laquelle !) et justifiez votre réponse à l’aide de schémas (en couleur) montrant le devenir de l’ADN au cours de deux divisions successives.
2. Quel serait le résultat d’une centrifugation au bout d’une troisième division ?