Fiche de révision : Patrimoine génétique et biotechnologies

📋 Plan du Cours

1. Chromatine et compactage de l’ADN
2. Cycle cellulaire et mitose
3. Méiose et diversité génétique
4. Réplication et preuves expérimentales
5. PCR et amplification de l’ADN
6. Électrophorèse et détection d’OGM

📖 1. Chromatine et compactage de l’ADN

🔑 Notions clés & Définitions

• Chromatine : ADN associé à des protéines, sous forme décondensée pendant l’interphase et compactée lors de la mitose.
• Nucléosome : Séquence de 147 paires de bases d’ADN enroulée autour d’un cœur de 8 histones.

★ À maîtriser

• En métaphase, un chromosome condensé comprend deux chromatides sœurs génétiquement identiques, réunies au centromère.

📐 Formule - Le facteur de compaction est le rapport $\frac{\text{longueur déroulée de l’ADN}}{\text{longueur du chromosome condensé}}$.

Compléments

• La succession de nucléosomes reliés par de l’ADN liant donne à la chromatine l’aspect d’un « collier de perles ».

• Une cellule humaine diploïde contient environ 2 m d’ADN déroulé répartis sur 46 chromosomes, alors que le noyau mesure 5 à 10 μm de diamètre.

💡 Astuce mémo

Un collier de perles se resserre jusqu’à former un chromosome.

📖 2. Cycle cellulaire et mitose

★ À maîtriser

• Au cours de l’interphase, la quantité d’ADN vaut Q en G1, augmente de Q à 2Q pendant la réplication en phase S, puis reste à 2Q en G2 avant la mitose.

• 🔄 La mitose se déroule dans cet ordre :

  1. En prophase, les chromosomes se condensent.
  2. En métaphase, les chromosomes s’alignent à l’équateur.
  3. En anaphase, les chromatides sœurs se séparent.
  4. En télophase, deux noyaux se reforment.

• La mitose d’une cellule diploïde produit deux cellules filles diploïdes génétiquement identiques.

Compléments

• En G1, chaque chromosome possède une chromatide et la cellule est diploïde (2n) ; après la phase S, chaque chromosome possède deux chromatides sœurs, sans changement de ploïdie.

• Chez les végétaux, la cytodiérèse forme une nouvelle paroi médiane appelée phragmoplaste.

💡 Astuce mémo

G1 (Q) → S (2Q) → G2 (2Q) → mitose (Q par cellule fille).

📖 3. Méiose et diversité génétique

🔑 Notions clés & Définitions

• Méiose : Succession de deux divisions cellulaires précédées d’une seule réplication de l’ADN, qui produit quatre cellules haploïdes à partir d’une cellule diploïde.

★ À maîtriser

• Lors de la première division méiotique, les chromosomes homologues s’apparient en prophase I, s’alignent en métaphase I et se séparent en anaphase I sans rupture des centromères, produisant deux cellules haploïdes à chromosomes doubles.

• Le crossing-over en prophase I est un brassage intrachromosomique, tandis que la séparation des chromosomes homologues en anaphase I réalise un brassage interchromosomique.

• La deuxième division méiotique se déroule sans réplication intermédiaire : les chromatides sœurs se séparent et forment quatre cellules haploïdes à chromosomes simples.

📌 La mitose produit deux cellules diploïdes génétiquement identiques après une division, tandis que la méiose produit quatre cellules haploïdes génétiquement diversifiées après deux divisions.

Compléments

• En fin de méiose, la quantité d’ADN par cellule est passée de Q en G1 à 0,5Q, après un passage à 2Q en G2 puis à Q après la première division.

💡 Astuce mémo

La division I sépare les homologues ; la division II sépare les chromatides sœurs.

📖 4. Réplication et preuves expérimentales

★ À maîtriser

📌 Le modèle semi-conservatif conserve un brin parental dans chaque molécule fille, le modèle conservatif préserve la molécule parentale entière et le modèle dispersif mélange des fragments anciens et nouveaux dans chaque brin.

• Après une génération en milieu ¹⁴N, l’expérience de Meselson et Stahl observe une seule bande d’ADN intermédiaire, ce qui réfute le modèle conservatif.

• Après deux générations en milieu ¹⁴N, l’expérience observe 50 % d’ADN léger et 50 % d’ADN intermédiaire, résultat qui valide le modèle semi-conservatif et réfute le modèle dispersif. - Meselson et Stahl, 1958

• Lors de la réplication, les deux brins parentaux se séparent par rupture des liaisons hydrogène, servent de matrices à l’ADN polymérase et donnent deux molécules filles contenant chacune un brin ancien et un brin néoformé.

Compléments

• L’expérience de Meselson et Stahl (1958) utilise des bactéries Escherichia coli cultivées d’abord en azote lourd ¹⁵N, puis en azote léger ¹⁴N, et sépare l’ADN par ultracentrifugation sur gradient de CsCl.

• Pendant la réplication, l’adénine s’apparie avec la thymine et la cytosine avec la guanine, et la synthèse du nouveau brin se fait dans le sens 5′ → 3′.

💡 Astuce mémo

G1 : lourd → G2 : intermédiaire seul → G2 : léger et intermédiaire.

📖 5. PCR et amplification de l’ADN

🔑 Notions clés & Définitions

• PCR : Méthode d’amplification enzymatique in vitro qui multiplie une séquence spécifique d’ADN à plusieurs millions d’exemplaires.

★ À maîtriser

• Un cycle de PCR comprend la dénaturation vers 95 °C, l’hybridation des amorces vers 55 à 60 °C, puis l’élongation vers 72 °C par la Taq polymérase.

📐 Formule - Après n cycles de PCR, le nombre de copies vérifie $N = N_0 \times 2^n$, où $N_0$ est le nombre initial de molécules matrices.

Compléments

• Pour une molécule initiale et 30 cycles de PCR, la quantité théorique obtenue est de 1 073 741 824 copies, soit plus de 10⁹ molécules cibles.

💡 Astuce mémo

Dénaturer, hybrider, élonger : 95 °C → 55–60 °C → 72 °C.

📖 6. Électrophorèse et détection d’OGM

★ À maîtriser

• En électrophorèse sur gel d’agarose, l’ADN chargé négativement migre de la cathode vers l’anode sous l’effet du champ électrique, et les fragments plus petits migrent plus vite et plus loin que les grands.

• Dans le test décrit, le transgène recherché a une longueur attendue de 750 pb.

📌 Dans le test décrit, une bande T3 alignée à 750 pb avec celle du témoin positif confirme la présence du transgène recherché dans l’aliment testé.

Compléments

• Le marqueur de taille contient des fragments d’ADN de longueurs connues et sert à déterminer la taille des bandes inconnues en paires de bases.

• Dans le test de détection d’OGM, T1 est le témoin négatif à l’eau et ne présente aucune bande, ce qui indique l’absence de contamination par de l’ADN exogène dans les réactifs.

• Dans le test de détection d’OGM, T2 est le témoin positif et présente une bande à 750 pb, ce qui confirme l’efficacité de la PCR et donne la référence de taille du transgène recherché.

💡 Astuce mémo

Les petits fragments migrent plus loin vers le pôle positif que les grands.

📊 Tableaux de synthèse

Mitose et méiose