1. Décrivez les types de liaisons chimiques et les forces de la double hélice d’ADN.
La double hélice d’ADN possède deux types de liaisons, covalentes et hydrogène. Les liaisons covalentes existent au sein de chaque brin linéaire et lient fortement les bases, les sucres et les groupes phosphates (à la fois au sein de chaque composant et entre les composants). Les liaisons hydrogène existent entre les deux brins et se forment entre une base d’un brin et une base du second brin dans un appariement complémentaire. Ces liaisons hydrogène sont individuellement faibles mais collectivement assez fortes.
2. Expliquez ce que signifient les termes de réplication conservative et sémi-conservative.
3. Que signifie une amorce et pourquoi les amorces sont-elles nécessaires pour la réplication de l’ADN ?
Une amorce est un court segment d’ARN qui est synthétisé par la primase en utilisant l’ADN comme matrice pendant la réplication de l’ADN. Une fois l’amorce synthétisée, l’ADN polymérase ajoute alors de l’ADN à l’extrémité 3′ de l’ARN. Les amorces sont nécessaires parce que la principale ADN polymérase catalysant la réplication de l’ADN est incapable d’initier la synthèse de l’ADN et a plutôt besoin d’une extrémité 3′. L’ARN est ensuite retiré et remplacé par de l’ADN afin qu’il n’y ait pas de lacunes dans le produit final.
4. Que sont les hélicases et les topoisomérases ?
5. Pourquoi la synthèse de l’ADN est-elle continue sur un brin et discontinue sur le brin opposé ?
Parce que l’ADN polymérase est capable d’ajouter de nouveaux nucléotides seulement à l’extrémité 3′ d’un brin d’ADN et parce que les deux brins sont antiparallèles, au moins deux molécules d’ADN polymérase doivent prendre part à la réplication de toute région spécifique de l’ADN. Lorsqu’une région devient simple brin, les deux brins ont une orientation opposée. Imaginez une région monocaténaire qui va de gauche à droite. À l’extrémité gauche, l’extrémité 3′ d’un brin pointe vers la droite, et la synthèse peut commencer et se poursuivre vers l’extrémité droite de cette région. L’autre brin a une extrémité 5′ pointant vers la droite, et la synthèse ne peut pas s’initier et continuer vers l’extrémité droite de la région monocaténaire à l’extrémité 5′. Au lieu de cela, la synthèse doit commencer quelque part à droite de l’extrémité gauche de la région monocaténaire et se déplacer vers l’extrémité gauche de la région. Comme le premier brin continue la synthèse (synthèse continue), la région simple brin s’étend vers la droite. Le second brin n’est donc pas répliqué dans cette nouvelle région simple brin, et il doit y avoir une seconde initiation de la synthèse de l’ADN en partant de l’extrémité droite actuelle de la région simple brin vers le premier point d’initiation sur ce brin. Il en résulte une synthèse discontinue le long de ce brin.
6. Si la thymine représente 15 % des bases dans une molécule d’ADN spécifique, quel est le pourcentage de cytosine parmi les bases ?
7. Si la teneur en GC d’une molécule d’ADN est de 48 %, quels sont les pourcentages des quatre bases (A, T, G et C) dans cette molécule ?
La fréquence de A et T est de (52%) = 26%.
8. Les chromosomes de E. coli dans lesquels chaque atome d’azote est marqué (c’est-à-dire que chaque atome d’azote est l’isotope lourd 15N au lieu de l’isotope normal 14N) sont autorisés à se répliquer dans un environnement dans lequel tout l’azote est 14N. En utilisant un trait plein pour représenter une chaîne polynucléotidique lourde et un trait pointillé pour une chaîne légère, esquissez ce qui suit :
a.
Le chromosome parental lourd et les produits de la première réplication après transfert dans un milieu 14N, en supposant que le chromosome est une double hélice d’ADN et que la réplication est semi-conservatrice.
b.
Répétez la partie a, mais supposez que la réplication est conservative.
c.
Répétez la partie a, mais supposez que le chromosome est en fait deux doubles hélices côte à côte, dont chacune se réplique de façon semi-conservative.
d.
Répétez la partie c, mais supposez que chaque double hélice côte à côte se réplique de manière conservative et que la réplication globale du chromosome est semiconservative.
e.
Répétez la partie d, mais supposez que la réplication globale du chromosome estconservative.
f.
Si les chromosomes filles de la première division en 14N sont filés dans un gradient de densité de chlorure de césium (CsCl) et qu’une seule bande est obtenue, laquelle des possibilités des parties a à e peut être exclue ? Reconsidérer l’expérience de Meselson-Stahl : que prouve-t-elle ?
9. R. Okazaki a découvert que les produits immédiats de la réplication de l’ADN dans E.coli comprennent des fragments d’ADN simple brin d’environ 1000nucléotides de longueur après que l’ADN nouvellement synthétisé ait été extrait et dénaturé (fondu). Lorsqu’il a laissé la réplication de l’ADN se poursuivre pendant une période plus longue, il a constaté une fréquence plus faible de ces courts fragments et de longues chaînes d’ADN monocaténaires après extraction et dénaturation. Expliquez comment cerésultat pourrait être lié au fait que toutes les ADN polymérases connues synthétisent l’ADN uniquement dans une direction 5′ → 3′.
Les résultats suggèrent que l’ADN est répliqué en segments courts qui sont ultérieurement joints par une action enzymatique (ADN ligase). Parce que la réplication de l’ADN estbidirectionnelle, parce qu’il y a plusieurs points le long de l’ADN où la réplication est initiée, et parce que les ADN polymérases ne travaillent que dans une direction 5′ → 3′, un brin de l’ADN est toujours dans la mauvaise orientation pour l’enzyme. Cela nécessite une synthèse par fragments.
10. Lorsqu’on donne aux cellules végétales et animales des impulsions de thymidine à différents moments du cycle cellulaire, on constate invariablement que les régions hétérochromatiques des chromosomes sont « à réplication tardive ». Pouvez-vous suggérer quelle signification biologique, s’il y en a une, cette observation pourrait avoir ?
11. Sur la planète de Rama, l’ADN est de six types de nucléotides : A, B, C, D, E et F.A et B sont appelés marzines, C et D sont des dorsines, et E et F sont des pirines. Les règles suivantes sont valables dans tous les ADN de Raman:
a.
Préparez un modèle pour la structure de l’ADN de Raman.
b.
Sur Rama, la mitose produit trois cellules filles. En gardant ce fait à l’esprit, proposez un modèle de réplication pour votre modèle d’ADN.
c.
Considérez le processus de la méiose sur Rama. Quels commentaires ou conclusions pouvez-vous suggérer ?
12. Si vous extrayez l’ADN du coliphage øX174, vous constaterez que sa composition est de 25 % A, 33 % T, 24 % G et 18 % C. Cette composition est-elle logique au regard des règles de Chargaff ? Comment interpréteriez-vous ce résultat ? Comment un tel phage pourrait-il répliquer son ADN ?
Les règles de Chargaff sont que A = T et G = C. Comme cette composition n’est pas observée, l’interprétation la plus probable est que l’ADN est monocaténaire. Le phage devrait d’abord synthétiser un brin complémentaire avant de pouvoir commencer à faire de multiples copies de lui-même.
13. La température à laquelle un échantillon d’ADN se dénature peut être utilisée pour estimer laproportion de ses paires de nucléotides qui sont G-C. Quelle serait la base de cette détermination, et qu’indiquerait une température de dénaturation élevée pour un échantillon d’ADN ?
Rappellez-vous qu’il y a deux liaisons hydrogène entre A et T, alors qu’il y a trois liaisons hydrogène entre G et C. La dénaturation nécessite la rupture de ces liaisons, ce qui requiert de l’énergie. Plus il y a de liaisons à rompre, plus il faut fournir d’énergie. Ainsi, la température à laquelle une molécule d’ADN donnée se dénature est fonction de la composition de ses bases. Plus la température de dénaturation est élevée, plus le pourcentage de paires G-C est élevé.
14. Supposons que vous extrayez l’ADN d’un petit virus, que vous le dénaturez et que vous le laissez se recalibrer avec de l’ADN prélevé sur d’autres souches qui portent soit une délétion, soit une inversion, soit une duplication. Qu’est-ce que vous vous attendez à voir lors de l’inspection avec un microscope électronique ?
15. L’ADN extrait d’un mammifère est dénaturé par la chaleur, puis lentement refroidi pour permettre le recuit. Le graphique suivant montre les résultats obtenus. Il y a deux « épaules » dans la courbe. Le premier épaulement indique la présence d’une partie de l’ADN qui se recycle très rapidement – si rapide, en fait, que le recuit se produit avant que les interactions entre les brins aient lieu.
a.
Que pourrait être cette partie de l’ADN ?
b.
Le deuxième épaulement est une partie qui se recycle rapidement également. Que suggère cette preuve ?
16. Concevez des tests pour déterminer la relation physique entre les séquences d’ADN hautement répétitives et uniques dans les chromosomes. (Indice : il est possible de faire varier la taille des molécules d’ADN par la quantité de cisaillement à laquelle elles sont soumises.)
17. Les virus sont connus pour provoquer des cancers chez les souris. Vous disposez d’une préparation pure d’ADN de virus, d’une préparation pure d’ADN provenant des chromosomes de cellules cancéreuses de souris et d’un ADN pur provenant des chromosomes de cellules normales de souris. L’ADN viral se combine spécifiquement avec l’ADN des cellules cancéreuses, mais pas avec l’ADN des cellules normales. Explorez la signification génétique possible de cette observation, sa signification au niveau moléculaire, et sa signification médicale.
18. Ruth Kavenaugh et Bruno Zimm ont conçu une technique pour mesurer la longueur maximale des plus longues molécules d’ADN en solution. Ils ont étudié des échantillons d’ADN provenant des trois caryotypes de la drosophile illustrés à droite. Ils ont trouvé que les molécules les plus longues des caryotypes a et b étaient de longueur similaire et environ deux fois la longueur de la molécule la plus longue du caryotype c. Interprétez ces résultats.
Les données suggèrent que chaque chromosome est composé d’une molécule continue d’ADN et que les translocations peuvent modifier leur taille. Dans la partie c, il apparaît qu’une partie du chromosome le plus long a été transloquée sur le chromosome le plus court.
19. Dans la technique du chromosome arlequin, vous permettez trois tours de réplication dans la bromodésoxyuridine, puis vous colorez les chromosomes. Quel résultat attendez-vous ?
