Notion d'information génétique

1. Règles de Chargaff : $\%A = \%T = 24\,\%$. Il reste $100 - 2 \times 24 = 52\,\%$ pour G et C, qui sont en quantités égales : $\%G = \%C = 26\,\%$.

2. Le fragment contient $2 \times 1\,200 = 2\,400$ nucléotides (deux brins). Donc $A = T = 0{,}24 \times 2\,400 = 576$ et $G = C = 0{,}26 \times 2\,400 = 624$. Vérification : $576 + 576 + 624 + 624 = 2\,400$.

3. Il y a 576 paires A-T (2 liaisons chacune) et 624 paires G-C (3 liaisons chacune) : $2 \times 576 + 3 \times 624 = 1\,152 + 1\,872 = 3\,024$ liaisons hydrogène.

4. Longueur : $1\,200 \times 0{,}34 = 408\ \text{nm}$.

1. On apparie chaque base : A-T, T-A, G-C, C-G. Le brin complémentaire se lit 3'-TACGGCATTCGA-5'. En l'écrivant dans le sens 5' vers 3' : 5'-AGCTTACGGCAT-3'.

2. Le brin de départ compte 6 bases G ou C sur 12, soit 50 %. Le brin complémentaire en compte aussi 6 sur 12, soit 50 %. Chaque G d'un brin fait face à un C de l'autre : le pourcentage de G + C est donc le même sur les deux brins.

3. Non : en face d'un A il y a toujours un T, en face d'un G un C. À chaque position, les deux brins portent donc des bases différentes : ils sont complémentaires, et non identiques. Ici, lus dans le sens 5' vers 3', ils s'écrivent 5'-ATGCCGTAAGCT-3' et 5'-AGCTTACGGCAT-3'.

1. Une chromatide est l'une des deux molécules d'ADN identiques (avec ses protéines) qui constituent un chromosome répliqué. Le centromère est la région étroite qui relie les deux chromatides et par laquelle le chromosome est fixé au fuseau. Le caryotype est l'ensemble des chromosomes d'une cellule, classés par paires selon leur taille et la position du centromère.

2. Prophase : condensation des chromosomes et disparition de l'enveloppe nucléaire. Métaphase : alignement des chromosomes sur la plaque équatoriale. Anaphase : séparation des chromatides, qui migrent vers les pôles. Télophase : décondensation des chromosomes et reformation des noyaux.

3. Dans une cellule animale, le fuseau s'organise autour de centrioles (avec des asters) et la cytodiérèse se fait par étranglement. Dans une cellule végétale, il n'y a ni centrioles ni asters et la cytodiérèse se fait par la formation d'une cloison (plaque cellulaire) au milieu de la cellule.

4. Avant la mitose, en phase S, chaque molécule d'ADN est répliquée de façon semi-conservative : chaque chromosome possède alors deux chromatides identiques. À l'anaphase, ces deux chromatides sont réparties une à une dans les deux cellules filles. Chaque cellule fille reçoit donc une copie de chaque molécule d'ADN : même nombre de chromosomes, même information.

1. Quand le noyau est présent (expériences 1 et 2), toutes les cellules forment un chapeau de type A (20 sur 20 à chaque fois), y compris après l'ablation du chapeau (expérience 1). Le fragment sans noyau (expérience 3) forme un seul chapeau (17 sur 20) puis, après ablation, n'en refait plus aucun (0 sur 17) : le noyau est nécessaire à une régénération durable.

2. Le premier chapeau du fragment anucléé est de type A : la tige contient, dans son cytoplasme, des substances produites auparavant sous le contrôle du noyau et qui suffisent à une première régénération. Ces réserves s'épuisent, d'où l'absence de seconde régénération.

3. Dans l'expérience 4, la tige vient de A mais le noyau vient de B. Le premier chapeau est intermédiaire : il résulte à la fois des substances de A encore présentes dans la tige et de celles produites par le noyau de B. Après ablation, les anciennes substances de A ont disparu : le chapeau est de type B dans 19 cas sur 20 (le cas restant garde un chapeau intermédiaire, sans doute parce qu'il reste encore des substances de A : cela ne remet pas en cause la tendance). La forme définitive du chapeau est donc commandée par le noyau.

Conclusion. L'information génétique qui détermine la forme du chapeau est portée par le noyau, et non par le cytoplasme. Le cytoplasme n'a qu'un rôle transitoire et exécutant.

1. Cellules en mitose : $52 + 14 + 8 + 14 = 88$. Indice mitotique $= \frac{88}{400} = 0{,}22$, soit 22 %.

2. On applique la proportionnalité entre nombre de cellules et durée (cycle de 20 h) :

• interphase : $\frac{312}{400} \times 20 = 15{,}6\ \text{h}$ ;
• prophase : $\frac{52}{400} \times 20 = 2{,}6\ \text{h}$ ;
• métaphase : $\frac{14}{400} \times 20 = 0{,}7\ \text{h}$ ;
• anaphase : $\frac{8}{400} \times 20 = 0{,}4\ \text{h}$ ;
• télophase : $\frac{14}{400} \times 20 = 0{,}7\ \text{h}$.

Vérification : $15{,}6 + 2{,}6 + 0{,}7 + 0{,}4 + 0{,}7 = 20\ \text{h}$. L'interphase est la phase la plus longue, et l'anaphase la plus courte.

3. En métaphase : 16 chromosomes à 2 chromatides, soit 32 chromatides. À la fin de l'anaphase : 32 chromosomes à une chromatide (16 à chaque pôle), soit 32 chromatides en tout.

1. Le lot 1 est le témoin : il montre que, sans extrait de S, les bactéries R ne donnent aucune colonie lisse (0). L'apparition de colonies lisses dans les autres lots est donc bien due à l'extrait.

2. L'extrait non traité transforme des bactéries R en bactéries S (42 colonies lisses). Le traitement par une protéase (40) ou une ARNase (39) ne supprime pas cette transformation : les protéines et l'ARN ne sont pas nécessaires. Les petites différences entre 42, 40 et 39 sont de l'ordre des variations expérimentales : elles ne permettent pas de conclure à un effet de ces deux traitements. Seul le traitement par l'ADNase supprime totalement la transformation (0) : le principe transformant est l'ADN.

3. Les descendants des bactéries transformées restent lisses : le caractère acquis est héréditaire. L'ADN reçu a donc été conservé et répliqué à chaque division. Cela confirme que l'ADN porte l'information génétique transmise aux cellules filles.

1. À la génération 0, tout l'ADN est lourd. À la génération 1, tout l'ADN est hybride. Ensuite la proportion d'ADN hybride diminue (49 %, 26 %, 12 %) alors que celle de l'ADN léger augmente (51 %, 74 %, 88 %). L'ADN lourd ne réapparaît jamais.

2. Conservatif : génération 1 = 50 % lourd + 50 % léger ; génération 2 = 25 % lourd + 75 % léger. Semi-conservatif : génération 1 = 100 % hybride ; génération 2 = 50 % hybride + 50 % léger. Dispersif : génération 1 = 100 % hybride ; génération 2 = 100 % d'ADN de densité intermédiaire, plus léger que l'hybride (une seule bande).

À la génération 1, on observe 100 % d'ADN hybride et aucune bande lourde : le modèle conservatif est éliminé. À la génération 2, il y a de l'ADN léger (51 %) : le modèle dispersif, qui prévoit une seule bande intermédiaire, est éliminé. Le modèle semi-conservatif est le seul compatible.

3. Proportion théorique d'ADN hybride : $\frac{1}{2^{n-1}}$. Génération 3 : $\frac{1}{4} = 25\,\%$ (observé 26 %). Génération 4 : $\frac{1}{8} = 12{,}5\,\%$ (observé 12 %). L'accord avec les mesures est très bon, aux erreurs expérimentales près.

4. Après 4 générations, il y a $2^4 = 16$ molécules. Seules 2 contiennent encore un brin lourd d'origine (les deux brins lourds de la molécule initiale sont conservés, chacun dans une molécule hybride) : $\frac{2}{16} = 12{,}5\,\%$, en accord avec le calcul.

1. De 0 à 8 h, la quantité d'ADN est constante à 6,6 pg. De 8 h à 14 h, elle augmente régulièrement de 6,6 à 13,2 pg (soit $1{,}1\ \text{pg/h}$). De 14 h à 19 h, elle reste constante à 13,2 pg. Entre 19 h et 19,5 h, elle retombe brutalement à 6,6 pg, valeur qui reste constante jusqu'à 20 h.

Phases : G1 de 0 à 8 h (8 h, ADN constant à $6{,}6\ \text{pg}$, soit $2Q$) ; S de 8 à 14 h (6 h, ADN qui double) ; G2 de 14 à 18,5 h (4,5 h, ADN constant à $13{,}2\ \text{pg}$, soit $4Q$) ; M de 18,5 à 20 h (1,5 h). Total : $8 + 6 + 4{,}5 + 1{,}5 = 20\ \text{h}$.

2. Le doublement a lieu en phase S : c'est la réplication semi-conservative de l'ADN. Chaque molécule d'ADN est copiée, ce qui double la quantité d'ADN du noyau. La diminution a lieu à la fin de la mitose : à l'anaphase, les chromatides de chaque chromosome se séparent et les deux lots de chromosomes forment deux noyaux fils. Chaque noyau reçoit la moitié de l'ADN, soit à nouveau $6{,}6\ \text{pg}$.

3. À $t = 12\ \text{h}$, il y a $11{,}0\ \text{pg}$, soit $11{,}0 - 6{,}6 = 4{,}4\ \text{pg}$ d'ADN nouvellement synthétisé sur $6{,}6\ \text{pg}$ à produire : $\frac{4{,}4}{6{,}6} = \frac{2}{3}$. Les deux tiers de l'ADN sont déjà répliqués.

4.

En G1, chaque chromosome a une chromatide. Après la phase S, chaque chromosome en possède deux (46 chromosomes, 92 chromatides). En métaphase, rien n'a encore changé. À l'anaphase, les 92 chromatides se séparent et deviennent 92 chromosomes à une chromatide : chaque cellule fille en reçoit 46, donc 46 chromosomes et 46 chromatides.

5. Le doublement de l'ADN avant la division, suivi de la séparation exacte des chromatides, permet à chaque cellule fille de recevoir une copie complète et identique de l'information génétique. L'organisme conserve ainsi le même caryotype et les mêmes gènes dans toutes ses cellules, lors de la croissance et du renouvellement des tissus.

1. Dans la culture traitée par X, la proportion de cellules en phase S est de 74 % contre 28 % pour le témoin ; celle des cellules en G1 chute de 52 % à 21 % et celle des cellules à $4Q$ (G2 + M) de 20 % à 5 %. Les cellules entrent en phase S mais ne parviennent pas à la terminer : elles s'accumulent en phase S, avec une quantité d'ADN intermédiaire. Les cellules qui étaient déjà en G2 ou en mitose terminent leur division, mais elles ne sont plus remplacées, puisqu'aucune cellule n'achève la phase S ; la proportion en G2 + M s'effondre. Les cellules en G1 passent en S sans être renouvelées par les mitoses : G1 diminue aussi. La substance X bloque la phase S, donc la réplication de l'ADN.

2. L'indice passe de 4 % à 37 % en 6 h : $\frac{37 - 4}{6} = 5{,}5$ points par heure (régulier : $+11$ points toutes les 2 h). Les cellules continuent d'entrer en mitose, mais n'en sortent pas : elles s'accumulent avec des chromosomes à deux chromatides non séparés. La substance Y bloque la mitose en métaphase (la séparation des chromatides, à l'anaphase, n'a pas lieu).

3. Dans la culture témoin, le nombre de cellules qui entrent en mitose est égal au nombre de cellules qui en sortent : la proportion de cellules en mitose reste donc constante (4 %).

4. Substance X : inhibiteur de l'ADN polymérase (ou de l'ouverture de la double hélice) : la synthèse des brins complémentaires est impossible. Substance Y : poison du fuseau de division (empêche les chromosomes de se fixer au fuseau ou de migrer), donc pas d'anaphase. Ces propriétés expliquent l'utilisation de substances de ce type dans certains traitements contre les cellules qui se multiplient trop, mais aussi leurs effets sur les cellules saines qui se divisent beaucoup.