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Un exemple concret
On part de 10 copies d'un gène. Après 20 cycles, on obtient en théorie 10 × 2²⁰, soit environ 10 millions de copies. Ce produit suffit pour être visualisé par électrophorèse ou détecté lors d'un test diagnostique.
Le piège à éviter
Croire que la PCR copie tout l'ADN de l'échantillon. Elle n'amplifie que la portion comprise entre les deux amorces, qui doivent être choisies complémentaires des extrémités de la séquence cible.
Pour aller plus loin
Un cycle de PCR comporte trois étapes réalisées dans un thermocycleur. La dénaturation, vers 95 °C, sépare les deux brins d'ADN. L'hybridation, à une température plus basse, généralement entre 50 et 65 °C selon les amorces, permet aux amorces de se fixer par complémentarité sur chaque brin. L'élongation, vers 72 °C, est assurée par une ADN polymérase thermostable, comme la Taq polymérase, qui ajoute des nucléotides à partir de l'extrémité 3' de chaque amorce.
Le mélange réactionnel contient l'ADN matrice, deux amorces, les quatre désoxyribonucléotides (dNTP), l'ADN polymérase, des ions magnésium nécessaires à l'enzyme et un tampon. Le nombre théorique de copies après n cycles vaut N = N0 × 2ⁿ : 30 cycles multiplient la quantité initiale par environ un milliard. En pratique, le rendement diminue au fil des cycles, car les réactifs s'épuisent et l'enzyme perd de son activité.
La RT-PCR ajoute une étape préalable de transcription inverse pour amplifier un ARN, par exemple le génome d'un virus à ARN. La PCR quantitative, dite en temps réel, mesure la fluorescence à chaque cycle : plus la quantité initiale de cible est grande, plus le signal dépasse tôt le seuil de détection. Les applications sont nombreuses : diagnostic d'infections, identification génétique, recherche de mutations ou détection d'OGM. La technique est au cœur de la biologie moléculaire étudiée en enseignement de biochimie-biologie-biotechnologies.
Ne pas confondre
- Réplication de l'ADN : La réplication copie tout le génome dans la cellule avant la division ; la PCR amplifie in vitro une seule courte séquence choisie.
- Séquençage : Le séquençage détermine l'ordre des nucléotides d'un ADN ; la PCR en augmente seulement le nombre de copies.
Dans ta copie
Pour mettre en évidence la présence du gène recherché, nous avons réalisé une PCR. Le mélange contenait l'ADN extrait, deux amorces spécifiques, les dNTP et la Taq polymérase, enzyme thermostable. Chaque cycle comprenait une dénaturation à 95 °C, une hybridation des amorces et une élongation à 72 °C. Après 30 cycles, le nombre de copies de la séquence cible est théoriquement multiplié par 2³⁰, soit environ un milliard. Les produits ont ensuite été analysés par électrophorèse : une bande à la taille attendue confirme la présence du gène.
À retenir
- La PCR amplifie in vitro une séquence d'ADN délimitée par deux amorces.
- Un cycle enchaîne dénaturation, hybridation des amorces et élongation.
- L'ADN polymérase utilisée doit résister aux hautes températures.
- Après n cycles, le nombre théorique de copies est multiplié par 2ⁿ.
Teste-toi
STL · question corrigée
Quel est le rôle de l'étape de dénaturation dans un cycle de PCR ?
Voir la réponse
Réponse C. Vers 95 °C, les liaisons hydrogène entre bases complémentaires sont rompues : la double hélice se sépare en deux brins.
STL · question corrigée
Pourquoi utilise-t-on la Taq polymérase plutôt qu'une ADN polymérase humaine ?
Voir la réponse
Réponse D. Issue d'une bactérie vivant dans des sources chaudes, la Taq polymérase n'est pas dénaturée par les passages répétés à 95 °C.
Questions fréquentes
Que signifie le sigle PCR ?
Il vient de l'anglais Polymerase Chain Reaction, traduit par « réaction de polymérisation en chaîne » ou « amplification en chaîne par polymérase ».
Pourquoi faut-il deux amorces ?
Chaque amorce se fixe sur l'un des deux brins, à une extrémité de la séquence cible. Ensemble, elles délimitent la portion d'ADN à amplifier.
Notions liées
Pour réviser tout le chapitre, va sur la page STL, ou retrouve toutes les définitions dans le lexique du bac. Dans l'application, les quiz reprennent ces notions sur le programme de ta série.