Approche de la simulation de l’expérience de Meselson et Stahl par des gradients de saccharose

Par Christine Mariani-Bidoli- Lycée ISJA-Brignoles

Contexte : Lors des stages de bassin du printemps 2019 sur les nouveaux programmes de lycée, on nous a présenté les résultats d’une expérience sur gradients de saccharose pour illustrer ou simuler l’expérience de Meselson et Stahl dans le cadre du programme de spécialité de Première dans la partie Transmission, expression et variation du patrimoine génétique.

Niveau concerné : Première Spécialité

Notions : « Au cours de la phase S, l’ADN subit la réplication semi-conservative. Il s’agit de la formation de deux copies qui, en observant les règles d’appariement des bases, conservent chacune la séquence des nucléotides de la molécule initiale. »

Compétences : Pratiquer des démarches scientifiques interpréter des résultats et tirer des conclusions. Exploiter les informations d’une expérience historique ayant permis de montrer que la réplication est un mécanisme semi-conservatif.

 

En voici la photographie initiale

Source : Marie Ducrois/ Stage de bassin- Hyères- Mai 2019

Nous avions d’ailleurs approuvé la pertinence du choix d’un colorant vert et non violet pour ne pas donner d’emblée une visualisation colorée évidente de l’ADN hybride.

Cet été, lors de la conception des séances, une difficulté m’est apparue : le modèle historique montre deux bandes d’ADN après le second cycle. Des collègues hyérois (Lycée Maintenon) m’avaient communiqué les concentrations qu’ils avaient testées avec l’expérience initiale. J’ai donc choisi de modifier légèrement la manipulation en faisant verser 2 solutions colorées dans le tube 3.

Voici le résultat obtenu par les élèves en septembre 2019 :

Résumé du contexte :

Situation d’accroche : Les élèves démarraient la séance de TP avec les trois hypothèses de modèle de la réplication. Ils devaient commencer par la réalisation de cette expérience de simulation et confronter les résultats obtenus à ces hypothèses.

Compétences ciblées durant la séance : Pratiquer des démarches scientifiques –Concevoir, créer, réaliser– Utiliser des outils et mobiliser des méthodes pour apprendre- Pratiquer des langages.

Analyse critique :

Lors de la conception : j’ai choisi cette année de donner en regard les résultats historiques dans le support du TP. L’idéal serait de les faire réaliser sans, mais c’est en début d’année, on ne connait pas le niveau de son groupe de spécialité, etc. Le protocole est très détaillé pour les mêmes raisons. De plus, imposer à l’élève de verser deux solutions dans le 3ème tube ne se justifie pas sans le lien aux résultats historiques. C’est pourquoi j’ai choisi de présenter cette simulation comme un outil de compréhension des résultats de Meselson et Stahl et comme un outil d’évaluation des capacités expérimentales

(Elles ont été évaluées lors de ce TP).

Lors de la séance : les élèves ont bien réussi la manipulation et l’apport par rapport aux seuls documents est réel notamment par la réalisation. Dans l’ensemble, même si certains ont eu recours à des aides mineures ou majeures, la visualisation colorée des densités a permis de bien mieux comprendre l’apport de l’expérience historique. La compréhension du phénomène de la réplication semi-conservative a été facilitée.

Préparation préalable au laboratoire :

Préparer 3 solutions de saccharose de concentration respective à 65%- 25%- 5%.
Prélever de la solution à 65 % et ajouter du colorant alimentaire bleu.
Prélever de la solution à 25 % et ajouter du colorant alimentaire vert.
Prélever de la solution à 5 % et ajouter du colorant alimentaire rouge.(Sur la photographie, étant en panne de colorant rouge, c’est du rouge neutre)

Protocole élève:

Matériel :
3 tubes à essai à préparer- Porte-tubes. 6 Pipettes Pasteur de 3 ml.
3 solutions étiquetées de saccharose de concentration respective à 65%- 25%- 5%
3 solutions colorées : bleue simulant l’ADN X / verte simulant l’ADN Y/ rouge simulant l’ADN Z.

  • PREPARATION DES GRADIENTS DE SACCHAROSE :

Dans chaque tube, verser très délicatement en faisant couler petit à petit le long des parois du tube :

  • 2 ml de solution de saccharose à 65%
  • Puis au-dessus, avec la même précaution, 1 ml de solution de saccharose à 25%, ne pas mélanger!
  • Puis au-dessus, avec la même précaution, 1 ml de solution de saccharose à 5%, ne pas mélanger!
  • DEPOSER DOUCEMENT LE TUBE SUR LE PORTE-TUBE.
  • SIMULATION DES RESULTATS DE L’EXPERIENCE :

En respectant les mêmes consignes de précaution :

  • Incliner le tube 1. Y verser doucement le long de la paroi, 7 gouttes de solution bleue ; reposer doucement le tube sur le porte-tube.
  • Réitérer la manipulation avec le tube 2 : verser doucement le long de la paroi, 7 gouttes de solution verte ; reposer doucement le tube sur le porte-tube.
  • Réitérer la manipulation avec le tube 3 : verser doucement le long de la paroi, 7 gouttes de solution verte, le reposer doucement sur le porte-tube puis 1 mn après, le reprendre et verser doucement le long du tube 3, 7 gouttes de solution rouge. Le reposer doucement sur le porte-tube
  • Appeler le professeur pour vérification.
  • Réaliser un croquis ET /OU prendre une photographie selon les directives données en classe.

AIDE  A L’EXPLOITATION :

La position des solutions doit être interprétée afin d’identifier les densités des simulateurs d’ADN. Les relier au protocole historique réalisé par Meselson et Stahl. Utiliser ces résultats pour éprouver les hypothèses.

Faire une suite de schémas pour expliquer les résultats en partant de la molécule initiale de l’expérience historique. Utiliser les maquettes ADN à disposition pour simuler au moins un cycle cellulaire.

Retrouvez le protocole  ICI