chapitre 16 Les bases moléculaires de l’hérédité 361
alors au California Institute of Technology, ont conçu une
expérience ingénieuse permettant de distinguer les trois modèles, décrits en détail à la figure 16.11. Cette expérience est
largement reconnue parmi les biologistes comme un exemple
classique de conception expérimentale élégante. Elle a confir mé
l’exactitude du modèle semiconservateur de Watson et Crick
chez les Procaryotes (on a prouvé que ce modèle s’appliquait
aussi aux Eucaryotes en 1960).
Le principe de base de la réplication de l’ADN semble plutôt
simple. Cependant, ce mécanisme fait intervenir des processus
biochimiques complexes, comme nous allons le voir.
La réplication de l’aDN : une étude détaillée
La bactérie E. coli possède un seul chromosome d’environ
4,6 millions de paires de nucléotides. Dans un milieu favorable, une cellule d’E. coli peut copier tout son ADN, se diviser et former deux cellules filles génétiquement identiques
en moins d’une heure. Chacune de vos cellules somatiques
ADN parental
Première
réplication
Modèle
semi-conservateur :
les deux brins
de la molécule
parentale se
séparent et
chacun d’eux
sert de matrice
pour la synthèse
d’un brin
complémentaire.
(b)
Deuxième
réplication
Modèle
conservateur :
les deux brins
parentaux se
réassocient
après avoir
joué le rôle
de matrices
pour créer
les nouveaux
brins ; la double
hélice parentale
reste donc inchangée.
(a)
Modèle dispersif :
chacun des brins
des deux molécules
filles est un mélange
d’ADN ancien
et d’ADN
nouvellement
synthétisé.
(c)
m Figure 16.10 Les trois modèles de réplication de l’ADN. Chaque
court segment de double hélice que nous montrons ici représente l’ADN
dans une cellule. À partir d’une cellule mère, on suit l’ADN parental durant
deux générations cellulaires, soit deux réplications du matériel génétique.
L’ADN nouvellement synthétisé est coloré en bleu clair.
. Figure 16.11
La réplication de l’aDN suit-elle le modèle
conservateur, semi-conservateur ou dispersif ?
eXpérIenCe Matthew Meselson et Franklin Stahl ont cultivé plusieurs
générations de bactéries E. coli dans un milieu contenant des nucléotides
précurseurs marqués à l’aide d’un isotope lourd de l’azote,
15
N. Puis ils
ont placé les bactéries, dont les bases azotées avaient incorporé l’azote
15
N,
dans un milieu contenant un isotope plus léger de l’azote,
14 N. Après la
première réplication de l’ADN, les chercheurs ont prélevé un échantillon ;
puis, après une deuxième réplication, ils en ont prélevé un autre. Ils ont
ensuite extrait l’ADN des bactéries dans les échantillons et ont mis les
deux échantillons ainsi obtenus dans des solutions de sel dense (chlorure
de césium), puis les ont centrifugés pour séparer l’ADN de différentes
masses volumiques.
ConClusIon Meselson et Stahl ont comparé leur résultat aux résultats
prévus selon chacun des trois modèles de la figure 16.10, comme nous le
montrons ci-dessous. La première réplication effectuée dans le milieu
14
N
a produit une bande d’ADN hybride (
15
N14
N), ce qui a permis d’éliminer
le modèle conservateur. La deuxième réplication a produit à la fois un ADN
léger et un ADN hybride, ce qui a permis de réfuter le modèle dispersif et
a confirmé l’exactitude du modèle semi-conservateur. Ils ont alors conclu
que la réplication de l’ADN suit le modèle semi-conservateur.
Première réplication
Prédictions :
Deuxième réplication
Modèle
dispersif
Modèle
conservateur
Modèle
semi-conservateur
sourCe M. Meselson et F. W. Stahl, The replication of DNA in Escherichia
coli, Proceedings of the National Academy of Sciences USA 44 : 671-682
(1958).
et sI ?
Quels résultats Meselson et Stahl auraient-ils obtenus s’ils
avaient d’abord cultivé les cellules dans un milieu contenant l’isotope
14
N
puis avaient placé ces cellules dans un milieu contenant
15 N avant de
prélever des échantillons ?
Centrifugation
d’un échantillon
d’ADN après
la première
réplication
3
Centrifugation
d’un échantillon
d’ADN après
la deuxième
réplication
4
Masse
volumique
plus faible
Masse
volumique
plus élevée
Bactéries
cultivées dans
un milieu
contenant 15 N
(isotope lourd)
Bactéries placées
dans un milieu
contenant 14 N
(isotope plus léger)
2
1
RÉSULTATS
iNveStigatiON
alors au California Institute of Technology, ont conçu une
expérience ingénieuse permettant de distinguer les trois modèles, décrits en détail à la figure 16.11. Cette expérience est
largement reconnue parmi les biologistes comme un exemple
classique de conception expérimentale élégante. Elle a confir mé
l’exactitude du modèle semiconservateur de Watson et Crick
chez les Procaryotes (on a prouvé que ce modèle s’appliquait
aussi aux Eucaryotes en 1960).
Le principe de base de la réplication de l’ADN semble plutôt
simple. Cependant, ce mécanisme fait intervenir des processus
biochimiques complexes, comme nous allons le voir.
La réplication de l’aDN : une étude détaillée
La bactérie E. coli possède un seul chromosome d’environ
4,6 millions de paires de nucléotides. Dans un milieu favorable, une cellule d’E. coli peut copier tout son ADN, se diviser et former deux cellules filles génétiquement identiques
en moins d’une heure. Chacune de vos cellules somatiques
ADN parental
Première
réplication
Modèle
semi-conservateur :
les deux brins
de la molécule
parentale se
séparent et
chacun d’eux
sert de matrice
pour la synthèse
d’un brin
complémentaire.
(b)
Deuxième
réplication
Modèle
conservateur :
les deux brins
parentaux se
réassocient
après avoir
joué le rôle
de matrices
pour créer
les nouveaux
brins ; la double
hélice parentale
reste donc inchangée.
(a)
Modèle dispersif :
chacun des brins
des deux molécules
filles est un mélange
d’ADN ancien
et d’ADN
nouvellement
synthétisé.
(c)
m Figure 16.10 Les trois modèles de réplication de l’ADN. Chaque
court segment de double hélice que nous montrons ici représente l’ADN
dans une cellule. À partir d’une cellule mère, on suit l’ADN parental durant
deux générations cellulaires, soit deux réplications du matériel génétique.
L’ADN nouvellement synthétisé est coloré en bleu clair.
. Figure 16.11
La réplication de l’aDN suit-elle le modèle
conservateur, semi-conservateur ou dispersif ?
eXpérIenCe Matthew Meselson et Franklin Stahl ont cultivé plusieurs
générations de bactéries E. coli dans un milieu contenant des nucléotides
précurseurs marqués à l’aide d’un isotope lourd de l’azote,
15
N. Puis ils
ont placé les bactéries, dont les bases azotées avaient incorporé l’azote
15
N,
dans un milieu contenant un isotope plus léger de l’azote,
14 N. Après la
première réplication de l’ADN, les chercheurs ont prélevé un échantillon ;
puis, après une deuxième réplication, ils en ont prélevé un autre. Ils ont
ensuite extrait l’ADN des bactéries dans les échantillons et ont mis les
deux échantillons ainsi obtenus dans des solutions de sel dense (chlorure
de césium), puis les ont centrifugés pour séparer l’ADN de différentes
masses volumiques.
ConClusIon Meselson et Stahl ont comparé leur résultat aux résultats
prévus selon chacun des trois modèles de la figure 16.10, comme nous le
montrons ci-dessous. La première réplication effectuée dans le milieu
14
N
a produit une bande d’ADN hybride (
15
N14
N), ce qui a permis d’éliminer
le modèle conservateur. La deuxième réplication a produit à la fois un ADN
léger et un ADN hybride, ce qui a permis de réfuter le modèle dispersif et
a confirmé l’exactitude du modèle semi-conservateur. Ils ont alors conclu
que la réplication de l’ADN suit le modèle semi-conservateur.
Première réplication
Prédictions :
Deuxième réplication
Modèle
dispersif
Modèle
conservateur
Modèle
semi-conservateur
sourCe M. Meselson et F. W. Stahl, The replication of DNA in Escherichia
coli, Proceedings of the National Academy of Sciences USA 44 : 671-682
(1958).
et sI ?
Quels résultats Meselson et Stahl auraient-ils obtenus s’ils
avaient d’abord cultivé les cellules dans un milieu contenant l’isotope
14
N
puis avaient placé ces cellules dans un milieu contenant
15 N avant de
prélever des échantillons ?
Centrifugation
d’un échantillon
d’ADN après
la première
réplication
3
Centrifugation
d’un échantillon
d’ADN après
la deuxième
réplication
4
Masse
volumique
plus faible
Masse
volumique
plus élevée
Bactéries
cultivées dans
un milieu
contenant 15 N
(isotope lourd)
Bactéries placées
dans un milieu
contenant 14 N
(isotope plus léger)
2
1
RÉSULTATS
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