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title: "L’ADN, molécule génétique universelle"
book: "Biologie du lycée"
subject: biology
language: fr
chapter: 3
exercises: 15
source: https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/3-ladn-molecule-genetique-universelle
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# Chapitre 3 — L’ADN, molécule génétique universelle

Dans un laboratoire assombri, sous une lampe bleue, l’une des deux souris blanches luit en vert du museau à la queue. Elle porte, dans chacune de ses [cellules](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell), un seul [gène](#def-g10-universal-dna-gene) pris à une méduse qui s’éclaire dans le Pacifique — et les [cellules](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) de la souris lisent ce [gène](#def-g10-universal-dna-gene) de méduse exactement comme le font les [cellules](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) de la méduse. L’expérience marche parce que tout être vivant écrit ses [gènes](#def-g10-universal-dna-gene) dans la même molécule, avec les mêmes quatre lettres, et les lit selon les mêmes règles. Ce chapitre porte sur cette molécule, l’[ADN](#def-g10-universal-dna-information) : comment elle est construite, ce que sa structure explique, et ce que prouve la souris luisante.

## 3.1 Le matériel génétique

**Définition 3.1 (Information génétique).**

L’*information génétique* d’une [cellule](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) est l’ensemble des instructions, transmises d’une [cellule](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) à ses [cellules](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) filles et des parents à la descendance, qui déterminent les caractères de l’organisme et les [protéines](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/1-la-composition-chimique-des-etres-vivants#def-g10-chemistry-of-life-families) que ses [cellules](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) savent fabriquer. Chez tout être vivant, elle est portée par des molécules d’*ADN* (acide désoxyribonucléique), empaquetées avec des [protéines](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/1-la-composition-chimique-des-etres-vivants#def-g10-chemistry-of-life-families) dans les *chromosomes* — dans le [noyau](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-organelle) d’une [cellule eucaryote](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-prokaryote), libres dans le [cytoplasme](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) d’une bactérie.

**Proposition 3.2 (L’ADN est la molécule de l’hérédité).**

Le matériel héréditaire d’une [cellule](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) est son [ADN](#def-g10-universal-dna-information), et non ses [protéines](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/1-la-composition-chimique-des-etres-vivants#def-g10-chemistry-of-life-families) ni aucun autre constituant : transférer de l’[ADN](#def-g10-universal-dna-information) purifié d’une souche de bactéries à une autre transfère les caractères de la première.

**Faits expérimentaux.** Griffith (1928) a constaté que des bactéries de la pneumonie inoffensives, mêlées à des [cellules](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) tuées d’une souche mortelle, devenaient mortelles et le restaient au fil des générations : quelque chose venu des [cellules](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) mortes les avait « transformées ». Avery, MacLeod et McCarty (1944) ont séparé l’extrait des [cellules](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) mortes en familles de molécules et ont testé chacune : seule la fraction [ADN](#def-g10-universal-dna-information) transformait ; traiter l’extrait par une enzyme qui détruit l’[ADN](#def-g10-universal-dna-information) abolissait l’effet, alors que des enzymes détruisant les [protéines](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/1-la-composition-chimique-des-etres-vivants#def-g10-chemistry-of-life-families) ou l’ARN ne le faisaient pas. Le principe transformant, et donc le porteur du caractère héréditaire, était l’[ADN](#def-g10-universal-dna-information). ∎

**Exemple 3.3 (Où est l’ADN).**

Un colorant spécifique de l’[ADN](#def-g10-universal-dna-information) colore le [noyau](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-organelle) d’une [cellule](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) de joue et rien d’autre dans le [cytoplasme](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) ; dans une [cellule](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) en division, il colore les [chromosomes](#def-g10-universal-dna-information) compacts. Une bactérie fixe le colorant dans une région centrale sans enveloppe. Dans les deux cas, la quantité d’[ADN](#def-g10-universal-dna-information) double avant chaque division et se partage en deux entre les [cellules](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) filles — le comportement qu’on attend d’une information qui doit être copiée et partagée.

## 3.2 La structure de l’ADN

**Définition 3.4 (Nucléotide).**

L’[ADN](#def-g10-universal-dna-information) est une chaîne de *nucléotides*. Chaque nucléotide est fait de trois parties : un groupement phosphate, un sucre (le désoxyribose) et l’une de quatre *bases* azotées : adénine (A), thymine (T), guanine (G) et cytosine (C). Sucres et phosphates alternent pour former le squelette de la chaîne ; les bases en font saillie, une par nucléotide. Les quatre nucléotides ne diffèrent que par leur base, si bien qu’un brin d’[ADN](#def-g10-universal-dna-information) est décrit par la séquence de ses bases, écrite comme une suite de lettres : `ATGGCTTAC…`

![Les deux brins de l’ADN, représentés à plat. Chaque brin est une chaîne de nucléotides (phosphate, sucre, base). Les brins courent en sens opposés et se font face par leurs bases, appariées : A est toujours en face de T, G toujours en face de C. Une paire de bases suit la suivante tous les 0.34\, nm.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-2/g10-universal-dna/fig-ff5006cb6991.svg)

*Les deux brins de l’[ADN](#def-g10-universal-dna-information), représentés à plat. Chaque brin est une chaîne de [nucléotides](#def-g10-universal-dna-nucleotide) (phosphate, sucre, base). Les brins courent en sens opposés et se font face par leurs [bases](#def-g10-universal-dna-nucleotide), appariées : A est toujours en face de T, G toujours en face de C. Une paire de [bases](#def-g10-universal-dna-nucleotide) suit la suivante tous les $0.34\,\mathrm{nm}$.*

**Proposition 3.5 (La double hélice).**

Une molécule d’[ADN](#def-g10-universal-dna-information) est faite de deux brins enroulés l’un autour de l’autre en une *double hélice* droite large d’environ $2\,\mathrm{nm}$, avec un tour toutes les dix paires de [bases](#def-g10-universal-dna-nucleotide) ($3.4\,\mathrm{nm}$). Les brins courent en sens opposés et se font face par leurs [bases](#def-g10-universal-dna-nucleotide), qui s’apparient selon une règle stricte de *complémentarité* : A ne s’apparie qu’avec T, G qu’avec C. La séquence d’un brin fixe donc celle de l’autre.

**Faits expérimentaux.** Chargaff (1950) a mesuré la composition en [bases](#def-g10-universal-dna-nucleotide) de l’[ADN](#def-g10-universal-dna-information) de nombreuses espèces et a trouvé, chez chacune, autant d’A que de T et autant de G que de C, tandis que la proportion d’A+T par rapport à G+C variait d’une espèce à l’autre — une règle d’appariement, non un hasard chimique. Les clichés de diffraction des rayons X de fibres d’[ADN](#def-g10-universal-dna-information) pris par Franklin (1952) montraient la signature d’une hélice de $2\,\mathrm{nm}$ de diamètre et de $3.4\,\mathrm{nm}$ de pas. Watson et Crick (1953) ont bâti le seul modèle compatible avec les deux : deux squelettes à l’extérieur, les [bases](#def-g10-universal-dna-nucleotide) appariées à l’intérieur, les paires A–T et G–C ayant la même largeur pour que l’hélice soit régulière. ∎

**Exemple 3.6 (La règle de Chargaff en chiffres).**

[ADN](#def-g10-universal-dna-information) humain : A 30.9 %, T 29.4 %, G 19.9 %, C 19.8 % — A$\,\approx\,$T et G$\,\approx\,$C à la précision de la mesure près, et A+T $= 60\%$. *E. coli* : A 24.7 %, T 23.6 %, G 26.0 %, C 25.7 %, A+T $= 48\%$. Levure : A+T $= 64\%$. Si un échantillon d’[ADN](#def-g10-universal-dna-information) contient 32 % d’A, la [complémentarité](#prop-g10-universal-dna-helix) prévoit 32 % de T et $(100 - 64)/2 = 18\%$ de G et autant de C.

![Composition en bases de l’ADN chez quatre espèces. Chez chacune, les barres A et T se correspondent et les barres G et C aussi — la signature de l’appariement des bases — tandis que la part d’A+T diffère d’une espèce à l’autre.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-2/g10-universal-dna/fig-7eaa5a6bb41a.svg)

*Composition en [bases](#def-g10-universal-dna-nucleotide) de l’[ADN](#def-g10-universal-dna-information) chez quatre espèces. Chez chacune, les barres A et T se correspondent et les barres G et C aussi — la signature de l’appariement des [bases](#def-g10-universal-dna-nucleotide) — tandis que la part d’A+T diffère d’une espèce à l’autre.*

**Méthode 3.7 (Écrire le brin complémentaire).**

Un brin étant donné, écrire sous chaque base sa partenaire (A$\leftrightarrow$T, G$\leftrightarrow$C), puis lire le résultat en sens inverse si la convention de l’exercice l’exige. Pour `5’-ATGGCTTAC-3’`, le brin partenaire, lu dans son propre sens, est `5’-GTAAGCCAT-3’`. Décompte : un brin portant $n_\mathrm{A}$ adénines fait face à un brin portant $n_\mathrm{A}$ thymines, si bien que dans la molécule entière $n_\mathrm{A} = n_\mathrm{T}$ et $n_\mathrm{G} = n_\mathrm{C}$.

**Proposition 3.8 (Ce que la structure explique).**

Deux propriétés du matériel génétique découlent de la structure.

- *Information* : l’ordre des [bases](#def-g10-universal-dna-nucleotide) le long d’un brin n’est pas contraint par la chimie — toute séquence est possible — de sorte que la séquence peut porter un message, comme l’ordre des lettres porte un texte. Une [cellule](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) humaine détient $3.2 \times 10^{9}$ paires de [bases](#def-g10-universal-dna-nucleotide) dans chaque jeu de [chromosomes](#def-g10-universal-dna-information) .
- *Copie* : puisque chaque brin détermine l’autre, la molécule peut être dupliquée en séparant les brins et en bâtissant un nouveau partenaire sur chacun. Le mécanisme fait l’objet du [Chapitre 11](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/11-la-replication-de-ladn#ch-g11-dna-replication) .

**Démonstration.** *Admis à ce niveau.* ∎

## 3.3 Gènes, allèles, chromosomes

**Définition 3.9 (Gène et allèle).**

Un *gène* est un segment d’une molécule d’[ADN](#def-g10-universal-dna-information) — typiquement quelques milliers de paires de [bases](#def-g10-universal-dna-nucleotide) — dont la séquence porte les instructions de fabrication d’une [protéine](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/1-la-composition-chimique-des-etres-vivants#def-g10-chemistry-of-life-families) (ou, parfois, d’une molécule d’ARN fonctionnelle). Il occupe une position fixe sur un [chromosome](#def-g10-universal-dna-information) donné. Les versions d’un gène qui diffèrent par quelques [bases](#def-g10-universal-dna-nucleotide) en sont les *allèles* : même position, même fonction, séquence légèrement différente, donc souvent [protéine](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/1-la-composition-chimique-des-etres-vivants#def-g10-chemistry-of-life-families) légèrement différente.

**Exemple 3.10 (Quelques nombres).**

Le génome humain — un jeu complet de [chromosomes](#def-g10-universal-dna-information) — porte $3.2 \times 10^{9}$ paires de [bases](#def-g10-universal-dna-nucleotide) et environ $20\,000$ [gènes](#def-g10-universal-dna-gene) ; les [gènes](#def-g10-universal-dna-gene) n’occupent que quelques pour cent de la séquence. Une [cellule](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) d’*E. coli* porte une molécule d’[ADN](#def-g10-universal-dna-information) circulaire de $4.6 \times 10^{6}$ paires de [bases](#def-g10-universal-dna-nucleotide) et environ 4300 [gènes](#def-g10-universal-dna-gene). Deux humains sans lien de parenté diffèrent à peu près à une base sur mille : quelque trois millions de positions, la plupart hors des [gènes](#def-g10-universal-dna-gene) et sans conséquence, quelques-unes des [allèles](#def-g10-universal-dna-gene) qui changent un caractère.

**Proposition 3.11 (Chromosomes).**

Un [chromosome](#def-g10-universal-dna-information) est une molécule d’[ADN](#def-g10-universal-dna-information) enroulée autour de [protéines](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/1-la-composition-chimique-des-etres-vivants#def-g10-chemistry-of-life-families) d’empaquetage et repliée sur elle-même. Étiré, l’[ADN](#def-g10-universal-dna-information) d’un [chromosome](#def-g10-universal-dna-information) humain mesurerait de $1.5\,\mathrm{cm}$ à $8.5\,\mathrm{cm}$ de long ; les 46 [chromosomes](#def-g10-universal-dna-information) d’une [cellule](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) détiennent ensemble environ $2\,\mathrm{m}$ d’[ADN](#def-g10-universal-dna-information) dans un [noyau](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-organelle) de $6\,\text{µ}\mathrm{m}$ de diamètre. Les [chromosomes](#def-g10-universal-dna-information) ne sont visibles comme corps distincts que pendant la division cellulaire, quand ils sont le plus serrés ; entre deux divisions, ils sont déroulés et emplissent le [noyau](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-organelle) comme un écheveau.

**Démonstration.** *Admis à ce niveau.* ∎

## 3.4 Une molécule pour tous les êtres vivants

**Proposition 3.12 (Universalité de l’ADN).**

Tous les êtres vivants — bactéries, champignons, végétaux, animaux — portent leur [information génétique](#def-g10-universal-dna-information) sous forme d’[ADN](#def-g10-universal-dna-information) bâti avec les mêmes quatre [nucléotides](#def-g10-universal-dna-nucleotide), et lisent la séquence d’un [gène](#def-g10-universal-dna-gene) selon les mêmes règles. Par conséquent, un [gène](#def-g10-universal-dna-gene) prélevé chez une espèce et inséré dans l’[ADN](#def-g10-universal-dna-information) d’une autre est lu par les [cellules](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) de la receveuse, qui fabriquent la [protéine](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/1-la-composition-chimique-des-etres-vivants#def-g10-chemistry-of-life-families) qu’il code : la *transgenèse* est possible, et l’organisme transgénique transmet le [gène](#def-g10-universal-dna-gene) étranger à ses descendants comme n’importe quel autre.

**Faits expérimentaux.** Le [gène](#def-g10-universal-dna-gene) de la [protéine](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/1-la-composition-chimique-des-etres-vivants#def-g10-chemistry-of-life-families) fluorescente verte (GFP) de la méduse *Aequorea victoria* a été inséré chez des bactéries, des levures, des plantes, des poissons, des souris et des lapins : tous fabriquent la [protéine](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/1-la-composition-chimique-des-etres-vivants#def-g10-chemistry-of-life-families) et luisent en vert sous une lumière bleue, et le caractère est héréditaire. Le [gène](#def-g10-universal-dna-gene) humain de l’insuline, inséré dans *E. coli* en 1978, fait produire à la bactérie de l’insuline humaine, qui est depuis lors la source de l’hormone pour les diabétiques. On ne connaît aucun cas d’espèce dont les [gènes](#def-g10-universal-dna-gene) seraient écrits dans une autre chimie. ∎

![La transgenèse : un gène isolé chez une espèce est inséré dans l’ADN d’un œuf fécondé d’une autre. Chaque cellule de l’organisme obtenu le porte, le lit et le transmet.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-2/g10-universal-dna/fig-9b5a40e24771.svg)

*La [transgenèse](#prop-g10-universal-dna-universal) : un [gène](#def-g10-universal-dna-gene) isolé chez une espèce est inséré dans l’[ADN](#def-g10-universal-dna-information) d’un œuf fécondé d’une autre. Chaque [cellule](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) de l’organisme obtenu le porte, le lit et le transmet.*

![Sous une lumière bleue, une souris portant le gène de méduse de la protéine fluorescente verte luit à côté d’une souris ordinaire. Même molécule, mêmes règles de lecture : l’instruction de la méduse fonctionne chez la souris.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-2/g10-universal-dna/img-5719870411a3.jpg)

*Sous une lumière bleue, une souris portant le [gène](#def-g10-universal-dna-gene) de méduse de la [protéine](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/1-la-composition-chimique-des-etres-vivants#def-g10-chemistry-of-life-families) fluorescente verte luit à côté d’une souris ordinaire. Même molécule, mêmes règles de lecture : l’instruction de la méduse fonctionne chez la souris.*

**Exemple 3.13 (Usages de la transgenèse).**

L’insuline et l’hormone de croissance humaines produites par des bactéries ; un [gène](#def-g10-universal-dna-gene) de résistance à un insecte ravageur inséré dans le maïs ou le coton ; du riz portant des [gènes](#def-g10-universal-dna-gene) de fabrication d’un précurseur de la vitamine A ; le [gène](#def-g10-universal-dna-gene) GFP accolé à un autre [gène](#def-g10-universal-dna-gene) pour que les [cellules](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) où ce [gène](#def-g10-universal-dna-gene) est actif s’éclairent au microscope — ce dernier usage, outil de recherche, est de loin le plus fréquent. Chaque usage soulève ses propres questions de sécurité et de conséquences pour l’environnement ; chacun repose sur le même fait, l’universalité de la molécule génétique.

**Remarque 3.14 (Unité et diversité, au niveau moléculaire).**

L’universalité de l’[ADN](#def-g10-universal-dna-information) est le visage moléculaire de l’unité du vivant rencontrée au [Chapitre 1](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/1-la-composition-chimique-des-etres-vivants#ch-g10-chemistry-of-life) : une chimie, une molécule d’information, un système de lecture pour tous les organismes de la Terre, ce que prévoit précisément une origine commune ([Chapitre 6](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/6-plans-dorganisation-et-ancetres-communs#ch-g10-common-ancestry)). La diversité du vivant est écrite dans la même molécule, sous forme de différences de séquence : entre deux [allèles](#def-g10-universal-dna-gene) quelques [bases](#def-g10-universal-dna-nucleotide), entre deux espèces quelques pour cent du génome, entre une bactérie et un humain toute l’organisation du texte.

## 3.5 Exercices

**Exercice 3.1 ★.**

Nommer les trois parties d’un [nucléotide](#def-g10-universal-dna-nucleotide) et les quatre [bases](#def-g10-universal-dna-nucleotide) de l’[ADN](#def-g10-universal-dna-information).

**Solution de Exercice 3.1.**

Un groupement phosphate, un sucre (le désoxyribose) et une base. [Bases](#def-g10-universal-dna-nucleotide) : adénine, thymine, guanine, cytosine.

**Exercice 3.2 ★.**

Écrire le brin complémentaire de `TACGGATTCA`.

**Solution de Exercice 3.2.**

`ATGCCTAAGT`, écrit base sous base.

**Exercice 3.3 ★.**

Un échantillon d’[ADN](#def-g10-universal-dna-information) contient 21 % de guanine. Donner les pourcentages de C, A et T.

**Solution de Exercice 3.3.**

C $= 21\%$ ; A $=$ T $= (100 - 42)/2 = 29\%$ chacune.

**Exercice 3.4 ★.**

Définir [gène](#def-g10-universal-dna-gene) et [allèle](#def-g10-universal-dna-gene) en une phrase chacun, en employant le mot « séquence ».

**Solution de Exercice 3.4.**

Un [gène](#def-g10-universal-dna-gene) est un segment d’[ADN](#def-g10-universal-dna-information) dont la séquence porte les instructions d’une [protéine](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/1-la-composition-chimique-des-etres-vivants#def-g10-chemistry-of-life-families), à une position fixe sur un [chromosome](#def-g10-universal-dna-information). Un [allèle](#def-g10-universal-dna-gene) est l’une des versions d’un [gène](#def-g10-universal-dna-gene), qui diffère des autres par quelques [bases](#def-g10-universal-dna-nucleotide) de sa séquence.

**Exercice 3.5 ★.**

Qu’est-ce qu’un organisme transgénique ? Donner deux exemples tirés du chapitre.

**Solution de Exercice 3.5.**

Un organisme dans l’[ADN](#def-g10-universal-dna-information) duquel un [gène](#def-g10-universal-dna-gene) d’une autre espèce a été inséré, et qui le lit et le transmet. Exemples : des souris portant le [gène](#def-g10-universal-dna-gene) GFP de méduse ; *E. coli* portant le [gène](#def-g10-universal-dna-gene) humain de l’insuline.

**Exercice 3.6 ★★.**

Un [gène](#def-g10-universal-dna-gene) est long de 1500 paires de [bases](#def-g10-universal-dna-nucleotide). Quelle est sa longueur en nanomètres, et combien de tours d’hélice fait-il ?

**Solution de Exercice 3.6.**

$1500 \times 0.34 = 510\,\mathrm{nm}$ ; $1500/10 = 150$ tours.

**Exercice 3.7 ★★.**

Calculer la longueur totale de l’[ADN](#def-g10-universal-dna-information) d’une [cellule](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) humaine, sachant qu’il y a $3.2 \times 10^{9}$ paires de [bases](#def-g10-universal-dna-nucleotide) par jeu de [chromosomes](#def-g10-universal-dna-information) et deux jeux par [cellule](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell). Comparer au diamètre du [noyau](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-organelle), $6\,\text{µ}\mathrm{m}$.

**Solution de Exercice 3.7.**

$2 \times 3.2 \times 10^{9} \times 0.34\,\mathrm{nm} \approx 2.2\,\mathrm{m}$, soit environ $3.6 \times 10^{5}$ fois le diamètre du [noyau](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-organelle).

**Exercice 3.8 ★★.**

Dans l’expérience d’Avery, pourquoi fallait-il tester l’extrait traité par une enzyme destructrice d’[ADN](#def-g10-universal-dna-information), et non seulement la fraction d’[ADN](#def-g10-universal-dna-information) purifiée ?

**Solution de Exercice 3.8.**

Une fraction « purifiée » peut encore contenir des traces d’autres molécules, si bien que son activité seule ne prouve pas que l’[ADN](#def-g10-universal-dna-information) en est responsable. Détruire spécifiquement l’[ADN](#def-g10-universal-dna-information), dans l’extrait complet, et voir l’activité disparaître alors que les enzymes destructrices de [protéines](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/1-la-composition-chimique-des-etres-vivants#def-g10-chemistry-of-life-families) et d’ARN la laissent intacte, impute l’effet à l’[ADN](#def-g10-universal-dna-information) et à rien d’autre.

**Exercice 3.9 ★★.**

Expliquer pourquoi les données de Chargaff écartaient un modèle dans lequel les [bases](#def-g10-universal-dna-nucleotide) seraient empilées dans un ordre régulier et répété du type `ATGCATGC…`

**Solution de Exercice 3.9.**

Une répétition fixe donnerait la même composition (25 % de chaque base) chez toutes les espèces. Chargaff a trouvé une part d’A+T très variable d’une espèce à l’autre : l’ordre des [bases](#def-g10-universal-dna-nucleotide) n’est pas un motif fixe, donc la séquence est libre de varier — et c’est ce qui la rend capable de porter une information.

**Exercice 3.10 ★★.**

Deux [allèles](#def-g10-universal-dna-gene) d’un [gène](#def-g10-universal-dna-gene) diffèrent par une seule base sur 2000. Expliquer comment une différence aussi petite peut changer une [protéine](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/1-la-composition-chimique-des-etres-vivants#def-g10-chemistry-of-life-families), et pourquoi elle peut aussi ne rien changer.

**Solution de Exercice 3.10.**

La séquence est lue dans l’ordre pour construire la [protéine](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/1-la-composition-chimique-des-etres-vivants#def-g10-chemistry-of-life-families) ; une base changée à une position qui spécifie un [acide aminé](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/1-la-composition-chimique-des-etres-vivants#def-g10-chemistry-of-life-families) peut substituer un [acide aminé](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/1-la-composition-chimique-des-etres-vivants#def-g10-chemistry-of-life-families) à un autre et modifier la forme ou l’activité de la [protéine](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/1-la-composition-chimique-des-etres-vivants#def-g10-chemistry-of-life-families). Si la base changée se trouve dans une partie non lue du [gène](#def-g10-universal-dna-gene), ou si elle spécifie le même [acide aminé](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/1-la-composition-chimique-des-etres-vivants#def-g10-chemistry-of-life-families), la [protéine](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/1-la-composition-chimique-des-etres-vivants#def-g10-chemistry-of-life-families) est inchangée.

**Exercice 3.11 ★★.**

Le [gène](#def-g10-universal-dna-gene) GFP inséré dans l’œuf fécondé d’une souris se retrouve dans ses [cellules](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) de peau, ses [cellules](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) de foie et ses spermatozoïdes. Expliquer pourquoi, à l’aide de la théorie cellulaire et de la [Proposition 3.8](#prop-g10-universal-dna-explains).

**Solution de Exercice 3.11.**

Toutes les [cellules](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) de la souris descendent par divisions de l’œuf fécondé ; à chaque division, l’[ADN](#def-g10-universal-dna-information), transgène compris, est copié ([complémentarité](#prop-g10-universal-dna-helix)) et partagé. Les [cellules](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) de peau, de foie et les spermatozoïdes portent donc tous le [gène](#def-g10-universal-dna-gene) — et le spermatozoïde le transmet à la génération suivante.

**Exercice 3.12 ★★★.**

La molécule d’[ADN](#def-g10-universal-dna-information) d’une bactérie est longue de $4.6 \times 10^{6}$ paires de [bases](#def-g10-universal-dna-nucleotide). Calculer sa longueur ; la comparer aux $2\,\text{µ}\mathrm{m}$ de la [cellule](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) ; puis expliquer pourquoi une bactérie peut malgré tout lui faire de la place.

**Solution de Exercice 3.12.**

$4.6 \times 10^{6} \times 0.34\,\mathrm{nm} \approx 1.6\,\mathrm{mm}$, soit quelque 800 fois la longueur de la [cellule](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell). Mais la molécule ne fait que $2\,\mathrm{nm}$ de large : son volume, environ $\pi \times 1^2 \times 1.6 \times 10^{6}\,
\mathrm{nm}^{3} \approx 5 \times 10^{-3}\,\text{µ}\mathrm{m}^{3}$, fait environ 1 % de celui de la [cellule](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) ; repliée et enroulée, elle y tient largement.

**Exercice 3.13 ★★★.**

Un camarade affirme que l’[ADN](#def-g10-universal-dna-information) humain doit être « plus complexe » que celui d’une bactérie parce qu’il a plus de [bases](#def-g10-universal-dna-nucleotide). Comparer $3.2 \times 10^{9}$ et $4.6 \times 10^{6}$ paires de [bases](#def-g10-universal-dna-nucleotide) à $20\,000$ et 4300 [gènes](#def-g10-universal-dna-gene), et discuter de ce qu’est et de ce que n’est pas l’[ADN](#def-g10-universal-dna-information) supplémentaire.

**Solution de Exercice 3.13.**

L’[ADN](#def-g10-universal-dna-information) humain est 700 fois plus long mais ne porte qu’environ 5 fois plus de [gènes](#def-g10-universal-dna-gene) : l’essentiel n’est pas constitué de [gènes](#def-g10-universal-dna-gene). Une partie de l’[ADN](#def-g10-universal-dna-information) supplémentaire règle le moment où les [gènes](#def-g10-universal-dna-gene) sont utilisés, une autre est de la séquence répétée sans fonction connue. Le nombre de [bases](#def-g10-universal-dna-nucleotide) mesure la taille du texte, non la complexité de l’organisme ; le nombre de [gènes](#def-g10-universal-dna-gene) et, surtout, la façon dont ils sont combinés et régulés comptent davantage.

**Exercice 3.14 ★★★.**

Supposons qu’on découvre une espèce dont le matériel génétique utiliserait une autre molécule et un autre code. Laquelle des propositions du chapitre serait contredite, et qu’est-ce que cela impliquerait pour l’origine commune de cette espèce et du reste du vivant ?

**Solution de Exercice 3.14.**

Cela contredirait l’universalité de l’[ADN](#def-g10-universal-dna-information) ([Proposition 3.12](#prop-g10-universal-dna-universal)). Puisqu’une molécule et un code partagés sont hérités d’un ancêtre commun, une telle espèce devrait descendre d’une origine de la vie distincte : ses [gènes](#def-g10-universal-dna-gene) ne pourraient pas être lus par nos [cellules](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) et la [transgenèse](#prop-g10-universal-dna-universal) entre les deux lignées serait impossible.

**Exercice 3.15 ★★★.**

L’insuline humaine produite par des bactéries a remplacé l’insuline extraite de pancréas de porc. Citer deux raisons biologiques pour lesquelles le produit bactérien était un progrès, et une question qu’une agence sanitaire devrait encore poser.

**Solution de Exercice 3.15.**

Le produit bactérien est exactement la [protéine](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/1-la-composition-chimique-des-etres-vivants#def-g10-chemistry-of-life-families) humaine (l’insuline de porc diffère par un [acide aminé](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/1-la-composition-chimique-des-etres-vivants#def-g10-chemistry-of-life-families) et peut provoquer des réactions immunitaires), et il est fabriqué en quantité illimitée, exempt d’agents pathogènes du porc. Une agence sanitaire demanderait encore si la [protéine](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/1-la-composition-chimique-des-etres-vivants#def-g10-chemistry-of-life-families) purifiée est exempte de contaminants bactériens et si elle est correctement repliée et active.

## 3.6 Problème : le gène de la méduse

**Problème 3.1.**

Problème du week-end — un gène de méduse suivi jusque dans une souris : sa longueur, ses lettres, pourquoi la souris sait le lire, et les deux mètres d’ADN qui le portent dans chaque cellule

La [protéine](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/1-la-composition-chimique-des-etres-vivants#def-g10-chemistry-of-life-families) fluorescente verte de la méduse *Aequorea victoria* est une chaîne de 238 [acides aminés](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/1-la-composition-chimique-des-etres-vivants#def-g10-chemistry-of-life-families). Son [gène](#def-g10-universal-dna-gene), tel qu’il est utilisé au laboratoire, est un segment d’[ADN](#def-g10-universal-dna-information) de 720 paires de [bases](#def-g10-universal-dna-nucleotide). On prendra $0.34\,\mathrm{nm}$ par paire de [bases](#def-g10-universal-dna-nucleotide), dix paires de [bases](#def-g10-universal-dna-nucleotide) par tour, et un génome de souris de $2.7 \times 10^{9}$ paires de [bases](#def-g10-universal-dna-nucleotide) par jeu de [chromosomes](#def-g10-universal-dna-information), deux jeux par [cellule](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell).

**Partie I — La molécule.**

1. Calculer la longueur du [gène](#def-g10-universal-dna-gene) GFP en nanomètres, et le nombre de tours d’hélice qu’il fait.
2. Un brin du [gène](#def-g10-universal-dna-gene) commence par `ATGAGTAAAGGAGAAGAAC` . Écrire le brin complémentaire.
3. Dans le [gène](#def-g10-universal-dna-gene) entier, l’adénine représente 27 % des [bases](#def-g10-universal-dna-nucleotide) . Donner les pourcentages des trois autres [bases](#def-g10-universal-dna-nucleotide) .
4. Le [gène](#def-g10-universal-dna-gene) a 720 paires de [bases](#def-g10-universal-dna-nucleotide) et code 238 [acides aminés](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/1-la-composition-chimique-des-etres-vivants#def-g10-chemistry-of-life-families) . Calculer le rapport, et proposer ce qu’il suggère quant au nombre de [bases](#def-g10-universal-dna-nucleotide) qui spécifient un [acide aminé](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/1-la-composition-chimique-des-etres-vivants#def-g10-chemistry-of-life-families) (hypothèse que le [Chapitre 14](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/14-du-gene-a-la-proteine#ch-g11-gene-expression) confirmera).
5. Combien de séquences différentes de 720 [bases](#def-g10-universal-dna-nucleotide) sont possibles en principe ? Écrire la réponse comme une puissance de 4, puis expliquer en une phrase pourquoi la séquence peut être appelée une information.

**Partie II — Pourquoi la souris sait la lire.**

6. Énoncer la propriété de l’ [ADN](#def-g10-universal-dna-information) qui permet à une [cellule](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) de souris d’utiliser un [gène](#def-g10-universal-dna-gene) de méduse.
7. Le [gène](#def-g10-universal-dna-gene) est inséré dans un œuf fécondé plutôt que dans la peau d’une souris adulte. À l’aide de la théorie cellulaire, expliquer la différence que cela fait sur le lieu où le [gène](#def-g10-universal-dna-gene) aboutit.
8. La souris adulte luit dans tous ses tissus. Que montre cela sur le contenu en [ADN](#def-g10-universal-dna-information) de ses différents types cellulaires ?
9. La souris luisante est croisée avec une souris ordinaire. Prévoir, avec justification, si une partie de la descendance luira.
10. Une souris témoin reçoit une injection de [protéine](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/1-la-composition-chimique-des-etres-vivants#def-g10-chemistry-of-life-families) GFP purifiée au lieu du [gène](#def-g10-universal-dna-gene) : elle luit faiblement quelques jours, puis s’éteint. Expliquer la différence entre les deux expériences.

**Partie III — Les faits derrière l’histoire.**

11. Dans l’expérience d’Avery, nommer la fraction qui transformait les bactéries et le traitement qui abolissait la transformation.
12. Expliquer pourquoi l’expérience de transformation est une version naturelle de la [transgenèse](#prop-g10-universal-dna-universal) .
13. Chargaff a trouvé A $\,=\,$ T et G $\,=\,$ C chez toutes les espèces, mais A+T variant de 25 % à 75 %. Laquelle des deux observations soutient l’appariement des [bases](#def-g10-universal-dna-nucleotide) , et laquelle montre que la séquence est libre ?
14. Les clichés de Franklin donnaient un diamètre d’hélice de $2\,\mathrm{nm}$ . Expliquer pourquoi apparier une grande base avec une petite (A avec T, G avec C) plutôt que deux grandes rend l’hélice régulière.
15. Pourquoi la découverte de la structure a-t-elle immédiatement suggéré comment l’ [ADN](#def-g10-universal-dna-information) est copié ?

**Partie IV — Deux mètres dans un [noyau](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-organelle).**

16. Calculer la longueur totale d’ [ADN](#def-g10-universal-dna-information) d’une [cellule](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) de souris.
17. Le [noyau](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-organelle) mesure $6\,\text{µ}\mathrm{m}$ de diamètre. De quel facteur l’ [ADN](#def-g10-universal-dna-information) doit-il être raccourci par enroulement pour y tenir ?
18. Quelle fraction de l’ [ADN](#def-g10-universal-dna-information) de la [cellule](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) le [gène](#def-g10-universal-dna-gene) GFP représente-t-il ?
19. Une souris a environ $2 \times 10^{4}$ [gènes](#def-g10-universal-dna-gene) de $3 \times 10^{4}$ paires de [bases](#def-g10-universal-dna-nucleotide) en moyenne, parties non codantes comprises. Quelle fraction du génome les [gènes](#def-g10-universal-dna-gene) occupent-ils ?
20. Énoncer le résultat en une phrase : quelle longueur d’ [ADN](#def-g10-universal-dna-information) une [cellule](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) de souris porte-t-elle, et quel fait unique au sujet de cet [ADN](#def-g10-universal-dna-information) permet de lire un [gène](#def-g10-universal-dna-gene) de méduse parmi ses milliers ?

**Solution de Problème 3.1.**

**1.** $720 \times 0.34 \approx 245\,\mathrm{nm}$ ; $720/10 = 72$ tours.

**2.** `TACTCATTTCCTCTTCTTG`.

**3.** T $= 27\%$ ; G $=$ C $= (100 - 54)/2 = 23\%$.

**4.** $720/238 \approx 3.0$ : trois [bases](#def-g10-universal-dna-nucleotide) par [acide aminé](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/1-la-composition-chimique-des-etres-vivants#def-g10-chemistry-of-life-families) (les trois dernières signalent la fin de la chaîne).

**5.** $4^{720}$ séquences, soit environ $10^{433}$. La chimie autorise n’importe quel ordre, si bien que l’ordre particulier choisi parmi toutes ces possibilités est un message — une information.

**6.** L’universalité : tout être vivant utilise les mêmes quatre [nucléotides](#def-g10-universal-dna-nucleotide) et lit une séquence selon les mêmes règles.

**7.** Toutes les [cellules](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) de la souris descendent de l’œuf par divisions, si bien qu’un [gène](#def-g10-universal-dna-gene) inséré dans l’œuf est copié dans chaque [cellule](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell). Inséré dans la peau d’un adulte, il ne serait présent que dans les [cellules](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) de peau traitées et leurs descendantes.

**8.** Chaque type cellulaire contient tout l’[ADN](#def-g10-universal-dna-information), transgène compris : la spécialisation ne jette aucun [gène](#def-g10-universal-dna-gene).

**9.** Oui : les [cellules](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) germinales portent le [gène](#def-g10-universal-dna-gene). Si la souris en a un exemplaire sur un [chromosome](#def-g10-universal-dna-information) d’une paire, environ la moitié de sa descendance en hérite et luit.

**10.** La [protéine](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/1-la-composition-chimique-des-etres-vivants#def-g10-chemistry-of-life-families) n’est pas une information : elle est consommée et jamais renouvelée, si bien que la lueur s’éteint. Le [gène](#def-g10-universal-dna-gene) est copié à chaque division et lu en permanence, si bien que la lueur est permanente et héréditaire.

**11.** La fraction [ADN](#def-g10-universal-dna-information) ; le traitement par une enzyme qui détruit l’[ADN](#def-g10-universal-dna-information).

**12.** Des bactéries ont capté de l’[ADN](#def-g10-universal-dna-information) d’une autre souche, l’ont intégré, ont exprimé et transmis le caractère : un [gène](#def-g10-universal-dna-gene) transféré d’un organisme à un autre, ce que la [transgenèse](#prop-g10-universal-dna-universal) fait délibérément.

**13.** A$\,=\,$T et G$\,=\,$C soutiennent l’appariement ; la part variable d’A+T montre que l’ordre des paires est libre.

**14.** A et G sont de grandes [bases](#def-g10-universal-dna-nucleotide) à deux cycles, T et C de petites [bases](#def-g10-universal-dna-nucleotide) à un cycle : une grande appariée à une petite couvre toujours la même distance, si bien que les deux squelettes restent à $2\,\mathrm{nm}$ l’un de l’autre sur toute la molécule. Deux grandes [bases](#def-g10-universal-dna-nucleotide) feraient une bosse, deux petites laisseraient un vide.

**15.** Parce que chaque brin est le complémentaire de l’autre : il suffit de les séparer, de bâtir un partenaire sur chacun selon la règle d’appariement, et deux molécules identiques en résultent.

**16.** $2 \times 2.7 \times 10^{9} \times 0.34\,\mathrm{nm} \approx
1.8\,\mathrm{m}$.

**17.** $1.8\,\mathrm{m} / 6\,\text{µ}\mathrm{m} = 3 \times 10^{5}$ : une compaction d’un facteur trois cent mille.

**18.** $720 / 5.4 \times 10^{9} \approx 1.3 \times 10^{-7}$ : environ un dix-millionième de l’[ADN](#def-g10-universal-dna-information) de la [cellule](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell).

**19.** $2 \times 10^{4} \times 3 \times 10^{4} = 6 \times 10^{8}$ paires de [bases](#def-g10-universal-dna-nucleotide), soit environ 22 % du génome ; le reste est entre les [gènes](#def-g10-universal-dna-gene).

**20.** Une [cellule](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) de souris porte environ $1.8\,\mathrm{m}$ d’[ADN](#def-g10-universal-dna-information) ; comme cet [ADN](#def-g10-universal-dna-information) est bâti et lu exactement comme celui de la méduse, l’unique [gène](#def-g10-universal-dna-gene) étranger parmi ses vingt mille est lu comme les autres.