Biologie · Chapitre 4 · Fiche 2/5

Phase S : copier l'ADN puis le plier — réplication, mutations, condensation

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L'idée en une phrase. Avant qu'une cellule ne se coupe en deux, elle doit d'abord copier tout son ADN — sinon chaque cellule fille n'en recevrait que la moitié. Cette copie a lieu pendant la phase S de l'interphase. Ce cours suit l'ADN à trois moments : (1) on le copie fidèlement, (2) on encaisse les rares fautes de copie (les mutations), (3) on le replie pour le ranger en chromosomes. À la fin, tu sauras compter les molécules d'ADN à chaque étape — le réflexe qui rapporte des points au concours.

1Situer la phase S : pourquoi copier avant de diviser

Une cellule qui se divise doit léguer à chacune de ses deux filles un jeu complet d'ADN. Il n'y a qu'une solution : dupliquer d'abord l'ADN, se couper ensuite. La duplication, c'est la réplication ; elle se déroule dans une fenêtre précise du cycle cellulaire.

Définition1.1Cycle cellulaire

Suite ordonnée d'étapes qu'une cellule traverse entre deux divisions. Il se découpe en deux grands temps : l'interphase (la cellule vit, grandit, copie son ADN) et la phase M (elle se divise : mitose puis cytocinèse). L'interphase se subdivise elle-même en G1 (croissance), S (synthèse = réplication de l'ADN) et G2 (préparatifs finaux).

Définition1.2Réplication de l'ADN

Copie intégrale de l'ADN d'une cellule, réalisée une seule fois par cycle, pendant la phase S. Résultat : chaque molécule d'ADN devient deux molécules identiques, préalable obligatoire à toute division.

<span class="figref">Figure 1</span> — Fig. 1 — La phase S est la « photocopieuse » de l'interphase : elle double l'ADN entre G1 et G2, avant la division M. — Figure 1 — Fig. 1 — La phase S est la « photocopieuse » de l'interphase : elle double l'ADN entre G1 et G2, avant la division M.

RemarqueVocabulaire à ne pas confondre

« Phase S » = phase de Synthèse de l'ADN. C'est le moment de la réplication. G1 et G2 sont des phases de croissance et de contrôle, sans synthèse d'ADN. Retiens : S = copie.

Formule1.1L'unité qui sert à tout compter

\boxed{\;1\ \text{chromatide} \;=\; 1\ \text{molécule d'ADN}\;}

où :

molécule d'ADN — une double hélice complète (les deux brins comptent pour une seule molécule).
chromatide — un « bâtonnet » d'ADN condensé ; chaque chromatide contient exactement une molécule d'ADN.
conséquence — copier l'ADN (phase S), c'est faire passer chaque chromosome de 1 chromatide à 2 chromatides. On note souvent la quantité d'ADN de départ $Q$ , qui devient $2Q$ après S.

Garde cette égalité en tête : elle transforme n'importe quelle question de comptage du concours en simple addition (voir §6).

2La réplication semi-conservatrice : chaque brin est un modèle

Le principe : garder la moitié, recopier l'autre

L'ADN est une double hélice : deux brins enroulés, tenus face à face par un appariement obligatoire des bases. C'est ce collage complémentaire qui rend la copie possible et fiable.

Définition2.1Appariement complémentaire des bases

Sur les deux brins qui se font face, les bases s'assemblent toujours de la même façon : A en face de T, et C en face de G (et inversement). On ne trouve jamais A en face de C, ni G en face de T. Chaque brin « dicte » donc la séquence de l'autre.

Formule2.1Règle d'appariement (et composition d'un nucléotide)

\text{A} = \text{T} \ \text{\footnotesize(2 liaisons H)} \qquad\qquad \text{C} \equiv \text{G} \ \text{\footnotesize(3 liaisons H)}

\text{nucléotide} \;=\; \underbrace{\text{acide phosphorique}}_{\text{phosphate}} \;+\; \underbrace{\text{désoxyribose}}_{\text{sucre}} \;+\; \text{base azotée}

où :

A–T — adénine et thymine, reliées par 2 liaisons hydrogène (paire un peu moins solide).
C–G — cytosine et guanine, reliées par 3 liaisons hydrogène (paire plus solide).
base azotée — A, T, C ou G ; c'est la « lettre » du code. Le phosphate et le sucre forment le squelette, identique tout le long.
conséquence de comptage (règle de Chargaff) — puisque chaque A fait face à un T, on a toujours $\%\text{A}=\%\text{T}$ et $\%\text{C}=\%\text{G}$ dans un ADN double brin.

<span class="figref">Figure 2</span> — Fig. 2 — La réalité chimique de l'appariement : c'est lui qui garantit une copie fidèle. — Figure 2 — Fig. 2 — La réalité chimique de l'appariement : c'est lui qui garantit une copie fidèle.

Légende

Lecture de la figure 2 (structure moléculaire d'un fragment d'ADN double brin) :

Adénine — Thymine : appariées par 2 liaisons hydrogène (les pointillés) $\rightarrow$ paire A=T.
Guanine — Cytosine : appariées par 3 liaisons hydrogène $\rightarrow$ paire G $\equiv$ C, plus difficile à séparer.
2-Désoxy- $\beta$ -D-Ribose : le sucre de l'ADN (désoxyribose). Répété tout le long, il forme le squelette.
Phosphate : le groupement acide phosphorique qui relie deux sucres successifs $\rightarrow$ l'ossature « sucre–phosphate ».
À retenir : une base ne peut s'apparier qu'avec sa partenaire imposée. C'est pourquoi un seul brin suffit à reconstruire l'autre.

Définition2.2Réplication semi-conservatrice

Mode de copie de l'ADN dans lequel les deux brins de la molécule « mère » se séparent, puis chacun sert de matrice (de modèle) à la synthèse d'un nouveau brin complémentaire. Chaque molécule « fille » est donc formée d'un ancien brin (conservé de la mère) et d'un nouveau brin. Le préfixe semi- = « à moitié » : chaque fille conserve la moitié de la mère.

<span class="figref">Figure 3</span> — Fig. 3 — Réplication semi-conservatrice : la molécule mère s'ouvre, chaque brin ancien recopie son partenaire. Chaque fille = 1 brin ancien + 1 brin nouveau. — Figure 3 — Fig. 3 — Réplication semi-conservatrice : la molécule mère s'ouvre, chaque brin ancien recopie son partenaire. Chaque fille = 1 brin ancien + 1 brin nouveau.

Propriété2.1Bilan de la réplication

Une molécule d'ADN mère donne deux molécules filles identiques entre elles et identiques à la mère. Chaque fille est hybride : un brin ancien + un brin nouveau. Ces deux molécules sœurs restent attachées : elles forment les 2 chromatides d'un même chromosome.

AttentionLe piège classique du mot « semi-conservatrice »

« Semi-conservatrice » ne signifie pas qu'une cellule fille reçoit tout l'ADN ancien et l'autre tout l'ADN neuf. C'est chaque molécule qui est à moitié ancienne : partout, un brin conservé est apparié à un brin neuf. Les deux options fausses au concours sont « conservatrice » (mère intacte + une copie 100 % neuve) et « dispersive » (brins en mosaïque) — retiens que la bonne réponse est un brin ancien entier + un brin nouveau entier.

ExempleReconstruire le brin complémentaire

Un brin matrice porte la séquence 5'-A T G C A T-3'. En appliquant A $\leftrightarrow$ T et C $\leftrightarrow$ G, le nouveau brin synthétisé sera 3'-T A C G T A-5'. Aucune ambiguïté : la matrice impose chaque lettre. C'est pourquoi les deux filles sont rigoureusement identiques à la mère.

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3. Le mécanisme moléculaire : fourche, polymérase, brins direct et retardé
4. Les mutations : quand la copie contient une faute
5. Agents mutagènes et réparation : UV, dimères de thymine, xeroderma pigmentosum
… et 1 de plus

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