03 ADN support moleculaire de l info genetique net

24 Pages·2010·1.66 MB·French

CELLULE, ADN ET UNITE DU VIVANT

Chapitre 3 : L’ADN, support moléculaire de l’information génétique

• Introduction : quelques rappels de 3e

• Activité 1 : Différents caryotypes classés

1) Comparer les caryotypes ci-dessus. Indiquer :
- les caractéristiques présentées par les caryotypes des cellules d’un même individu,
Toutes les cellules d’un individu ont des caryotypes semblables.

- les caractéristiques présentées par les caryotypes d’espèces différentes.
Les chromosomes sont différents en nombre et en forme dans chaque espèce, animale ou
végétale. Ils sont porteurs d’informations génétiques différentes. Le caryotype est
caractéristique d'une espèce : les individus d’une même espèce ont le même caryotype.

2) Indiquer quelles sont les conséquences d’une modification du nombre de
chromosomes au sein d’une espèce.
Toute modification du nombre ou de la forme des chromosomes peut empêcher le
développement de l'embryon ou entraîner des modifications des caractères, des malformations
ou des retards chez l'enfant.

3) Quel est le rôle des chromosomes. Justifier.
Les chromosomes sont le support des informations dictant les caractères héréditaires, car un
nombre anormal de chromosomes entraîne l’apparition de caractères différents.

• Rappels :

Chaque cellule humaine possède 23 paires de chromosomes.
Un nombre anormal de chromosomes empêche le développement de l'embryon ou entraîne
des caractères différents chez l'individu concerné.
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Toutes les cellules d’un même organisme, à l'exception des cellules reproductrices
(spermatozoïdes, ovules), possèdent la même information génétique que la cellule-œuf dont
elles proviennent.
Les chromosomes présents dans le noyau constituent le support « structural » de l’information
héréditaire.

Une chromatide Une chromatide

centromère

Un chromosome (condensé) Un chromosome condensé
à une chromatide à deux chromatides

(quantité Q d’ADN) (quantité 2Q d’ADN)

• QUEL EST LE SUPPORT MOLECULAIRE DE L’INFORMATION HEREDITAIRE ?

I] Le support du programme génétique

Rappel 3ème :
Sous quelle forme se trouve l’information génétique contenue dans le noyau ?
(cid:1) Présence de chromosomes dans le noyau
(cid:1) Mais on parle aussi d’ADN à propos du programme génétique

• Quel est le lien entre les chromosomes et l’ADN ?
Hypothèse : l'ADN est le constituant des chromosomes

1) Les chromosomes au cours de la vie cellulaire

• Activité 2 : Observation au microscope de cellules de racine d’ail en division.
1) Indiquer le colorant utilisé pour colorer la lame. Expliquer ce qu’indique la coloration
au sujet de la composition chimique des chromosomes ou du noyau.
L’hématoxyline ferrique a été utilisé sur la racine d’ail. C’est un colorant qui colore l’ADN
(le matériel nucléaire). Les chromosomes puisqu’ils fixent l’hématoxyline ferrique sont donc
composés d’ADN.

2) Expliquer pourquoi l’observation de ces cellules colorées confirme la permanence des
chromosomes dans la cellule eucaryote à tous les stades de la vie cellulaire.
Les chromosomes sont des structures permanentes de la cellule puisque la coloration est
présente aussi bien en période de division où les chromosomes sont visibles, qu’en phase où
les chromosomes ne sont pas individualisés et donc visibles.

3) A l’aide de l’observation, identifier deux phases du cycle cellulaire et indiquer ce qui
caractérise chaque phase.
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Une phase où les chromosomes sont visibles : division cellulaire ou mitose.
Une phase où les chromosomes ne sont visibles : interphase

4) Classer les photos ci-dessous des différentes étapes de la division cellulaire par ordre
chronologique et décrire les étapes de la division cellulaire :

A B C D E F

C : cellule mère, chromosomes non individualisés
B : début de la division : chromosomes à 2 chromatides visibles
F : alignement des chromosomes au centre de la cellule
D : division en 2 des chromosomes : obtention de 2 lots identiques de chromosomes à 1
chromatide
A : migration des 2 lots de chromosomes à 1 chromatides aux extrémités opposées de la
cellule
E : obtention de 2 cellules filles contenant la même information génétique que la cellule mère

5) Construire le graphique de l’évolution de la quantité d’ADN dans une cellule qui se
prépare à se multiplier en fonction du temps et interpréter le graphique obtenu.
Nombre de chromosomes et quantité d’ADN au cours du temps dans une cellule d’oignon qui
se prépare à se multiplier.
Temps en heures 0 3 4 6 8 10 11
Nombre de chromosomes par cellule 16 16 16 16 16 16 16
Quantité d’ADN par cellule en picogramme 4,4 4,4 4,4 6,5 8,8 8,8 8,8

Avant la division cellulaire, la cellule se prépare à se diviser en doublant la quantité d’ADN
que contient son noyau.
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6) A l’aide des observations réalisées et de vos connaissances, indiquer les différentes
étapes se déroulant avant et pendant la division cellulaire ou mitose.
La division d’une cellule :
- est préparée par la synthèse, avant la division, d’une 2e chromatide pour chacun des
chromosomes;
- se caractérise par la séparation des chromosomes obtenus en 2 lots identiques de
chromosomes à une chromatide.

7) Réaliser un schéma bilan illustrant le mécanisme de la division cellulaire.

• Bilan :
Les chromosomes sont visibles uniquement lors de la mitose, en dehors de ces périodes, ils
n’existent que sous une forme déroulée qui constitue l’ensemble de la chromatine. Les
chromosomes gardent, au cours des divisions, toute l’information génétique.

2) Composition chimique des chromosomes

(cid:1) Activité 3 : Chromosomes et ADN
1) Question 1 page 178 du livre.
L’ADN est une molécule filamenteuse présente chez tous les êtres vivants qu’ils soient
eucaryotes (humain) ou procaryote (bactérie). Chaque chromosome est formé d’un long
filament d’ADN compacté.

2) Question 2 page 180 du livre.
Si les mêmes méthodes de coloration et d’extraction d’ADN peuvent être utilisées pour des
organismes différents, cela signifierait que l’ADN présente une structure et une composition
chimique semblable chez tous les êtres vivants.

3) Indiquer à partir des documents pages 178 et 179 du livre, la nature chimique des
chromosomes.
Un chromosome est composé d’une longue molécule d’acide désoxyribonucléique (ADN)
maintenue repliée par des protéines.

4) Calcul : Et si l’ADN était un fil de laine ?
Si on considère que les chromosomes sont des pelotes de laine et que notre salle de classe
correspond au noyau d’une cellule humaine, on peut en déduire la longueur de la molécule
d'ADN et son diamètre à l'échelle de cette classe.
- Diamètre du noyau d’une cellule eucaryote ≈ 15 µm
- Volume de la salle de classe ≈ 150 m3 ce qui correspond au volume d’une sphère
de 6,59 m de diamètre
- Longueur totale de l’ADN contenu dans le noyau d’une cellule humaine ≈ 2 m
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- Diamètre de la molécule d’ADN ≈ 2 nm
(cid:2) Calculer la longueur totale de l’ADN et son diamètre à l’échelle de la classe.
Longueur de l’ADN à l’échelle de la classe : 2 x 6,59 / 15.10-6 m3 = 878 961 m
= 879 km
Diamètre de la molécule d’ADN : 8,79. 10-4 m = 0,88 mm
A l’échelle de la classe le fil de laine représentant l’ADN ferait 879 km pour un diamètre de
0,88 mm.
L’ADN est extrêmement compacté à l’intérieur des chromosomes.

Bilan :
Chaque chromosome est formé d’ADN associé à des protéines.
L’ADN molécule filamenteuse constituant les chromosomes est présent dans l’ensemble du
monde vivant.

3) La transgénèse et l’universalité de la molécule d’ADN

a) La transgénèse, transfert d’ADN entre espèces

• Activité 4 : Une découverte scientifique – les OGM
Objectif Comprendre comment et pourquoi on crée du maïs transgénique, à l’aide du
site internet de l’Assemblée Nationale.
Déroulement Se rendre sur le site de l’Assemblée Nationale :
http://www.assemblee-nationale.fr/site-jeunes/ogm/plan/plan.asp

1) Qu’est ce qu’un OGM ? (sélectionner « abécédaire » et chercher à la lettre O)
Organisme génétiquement modifié (OGM) : organisme vivant dont on a modifié le matériel
génétique par introduction d'un ou plusieurs gènes étrangers afin de lui conférer une ou des
caractéristiques nouvelles transmissibles à la descendance.

Sélectionner dans « 1 – Découverte scientifique » : « Introduction »
2) Exposer le principe de la transgénèse.
La transgénèse permet le transfert d’un gène d’intérêt, apportant un nouveau caractère, dans
un organisme appelé alors Organisme Génétiquement Modifié (OGM).

Revenir en arrière, sélectionner dans « 1 – Découverte scientifique » : « Animation
Fabrication d’un OGM »
3) Expliquer sous forme de schémas simples comment est créé le maïs transgénique.
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4) Indiquer l’intérêt d’un OGM tel que ce maïs transgénique en agriculture.
Le maïs OGM résiste à la larve de pyrale grâce à l’expression du gène Bt qui code pour une
protéine mortelle pour la larve de pyrale. Ceci permet de limiter l’emploi de produits
chimiques nuisibles à l’environnement et bien souvent toxiques pour les agriculteurs. Sur le
plan économique, le but est d’améliorer les rendements agricoles.

Cliquer sur « Suite »
5) Indiquer d’autres OGM créés par l’homme.
Riz dit "golden rice" : améliorer les propriétés nutritives pour pallier des carences.
Tabac transgénique : produire des protéines thérapeutiques (hémoglobine)
Saumon transgénique : permettre l’élevage dans des conditions climatiques extrêmes
Tomate "Flavr Savr" : améliorer la conservation des aliments
Colza transgénique : produire des matières premières en réduisant la pollution

6) Expliquer pourquoi cette expérience permet de dire que l'ADN contient une
information ?
La molécule d’ADN est bien le support de l’information génétique : 1 gène contient
l'information pour fabriquer une protéine.

7) Expliquer en quoi la diversité des transgénèses réalisées par l’Homme démontre que
l’ADN est le support universel de l’information génétique.
Une expérience de transgénèse consiste à introduire un fragment d’ADN provenant d’une
cellule d’une espèce dans le noyau d’une cellule d’une autre espèce. Le fait qu’un gène d’une
espèce puisse s’exprimer à l’intérieur des cellules de n’importe quelle autre espèce montre
bien que la signification des informations portées par une molécule d’ADN est la même pour
toutes les espèces. L’ADN est donc le support du programme génétique et ce support est
universel.

• Bilan :
Les expériences de transgénèse (introduction d’un gène étranger dans une cellule) montrent
que le message contenu dans l’ADN est compréhensible par toutes les cellules, il est donc
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universel. En effet, n’importe quel organisme receveur est capable de produire la molécule
initialement codée par un gène étranger.
L’ADN est le support moléculaire universel de l’information génétique, ce qui met en
évidence une profonde unité du Vivant à l’échelle moléculaire.

Principe de l’obtention d'un OGM : la trangenèse

Organisme donneur du gène Organisme receveur du gène
Transfert du gène d’intérêt
qui nous intéresse qui nous intéresse

Expl : gène de résistance à la
Exemple : Bactérie Exemple : Maïs
pyrale

(cid:3)

Expression d’un nouveau
caractère = production d’une
nouvelle molécule,
intéressante pour l'Homme

Exemple : Maïs OGM
résistant à la pyrale

b) OGM et société : risques, intérêts et législation

• Activité : Rechercher des informations sur les intérêts liés aux OGM les risques
que soulèvent la fabrication et l'utilisation des OGM : voir livre p.188/189 et le site
interministériel sur les OGM (http://www.ogm.gouv.fr/questions/questions.htm).

Intérêts Risques
- être résistants à certaines maladies ou à - risques pour la santé humaine par toxicité ou
certains insectes, ce qui permet d'éviter ou de allergénicité
réduire l'apport de pesticides, et donc de - risques pour l'environnement comme la
limiter la consommation des produits déstabilisation de certains écosystèmes
chimiques en agriculture
- être plus résistantes à des milieux moins
favorables et donc pouvoir se développer
dans des conditions de sécheresse ou de
salinité plus forte
- être plus riches en certaines molécules, ce
qui permet de les utiliser de façon préventive
ou à des fins thérapeutiques
- être tolérantes à certains herbicides, ce qui
permet donc des traitements plus simples
- rôle dans le domaine médical (obtention de
molécules, de vaccins…), ou dans la
dépollution des sols
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• Bilan :
L’utilisation des OGM présente un intérêt dans les domaines médicaux, agricoles et
scientifiques. Cependant, ils pourraient présenter des risques pour l’environnement,
l’économie et la santé. En France, la dissémination des OGM est règlementée (quelques
variétés sont autorisées à la culture en France : tabac, chicorée, maïs).

II] La structure de la molécule d’ADN

STRUCTURE DE LA MOLECULE D’ADN ET CODAGE DE L’INFORMATION GENETIQUE
- Déterminer la structure de la molécule d’ADN
Objectifs
- Comprendre comment cette organisation contient une information (génétique)
- Lancer l'application Raswinsx contenue dans le dossier script_adn. Deux fenêtres se mettent
en place : l'une est ouverte et possède un fond noir (nommée "RasMol Version 2.6"), l'autre
est réduite et apparaît en bas de l'écran, au niveau de la barre des taches ("RasMol
t
n
e Command Line"). Ouvrir la fenêtre réduite en cliquant sur l’onglet dans la barre de taches.
m
e - Redimensionner les 2 fenêtres de telle sorte que celle à fond noir occupe les 2/3 gauche de
l
u
l'écran, celle du "command line" le 1/3 droit restant.
o
r
é - Dans la fenêtre "rasmol command line", écrire sur la ligne où le curseur clignote : script
D
adn.scr puis valider.
- La présentation commence : il ne reste plus qu'à suivre les instructions qui s'affichent dans
la fenêtre "command line" et répondre aux questions indiquées AU FUR ET A MESURE !

1ère partie : LA STRUCTURE D’UNE MOLECULE D’ADN
L’étude porte sur un fragment d’ADN humain.

• Q1 : Observer attentivement la molécule d’ADN, en la faisant tourner verticalement et
lentement sur elle-même, et cocher l’affirmation correcte :

Une molécule d’ADN est formée : a) (cid:1) d’une seule chaîne d’atomes
b) (cid:2) de 2 chaînes d’atomes

• Q2 : Donner les noms des atomes constitutifs de la molécule d’ADN (Hydrogènes non
compris) et indiquer leurs principaux emplacements au sein de la molécule (à l’extérieur,
au centre…).
Les atomes d’azote et de carbone sont localisés au centre de la molécule d’ADN
Les atomes d’oxygène et de phosphore sont localisés vers l’extérieur de la molécule d’ADN

• Q3 : Montrer, par un schéma simple et coloré, comment les chaînes sont disposées l’une
par rapport à l’autre. (Aide : Reproduire ce qui est observé à l’écran)
(NB : une chaîne de l’ADN est aussi appelée un brin d’ADN)

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2ème partie : LES CONSTITUANTS DE LA MACROMOLECULE D’ADN

I / Les ensembles moléculaires de base de l’ADN : les nucléotides

La digestion partielle de l ‘ADN montre qu’il s’agit d’une très grosse molécule (=
macromolécule) composée de « n » fois le même ensemble de molécules plus petites : chacun
de ces ensembles moléculaires plus petits porte le nom de nucléotide.
Il existe plusieurs types de nucléotides. A vous d’en trouver le nombre à l’aide de la
présentation informatique.

• Q4 : Combien existe-t-il de types de nucléotides différents ? 4 nucléotides différents

II / Les molécules constituant les nucléotides

• Q5 : Quel est l’atome caractéristique d’une base « azotée » (au vu de son nom) ? D’après
la réponse Q1, quelle est logiquement la position des bases azotées au sein de la molécule
d’ADN (à l’extérieur, au centre…) ?
L’atome d’azote est caractéristique des bases azotées. Les bases azotées se trouvent au centre
de la molécule d’ADN.

• Q6 : (Compléter les schémas ci-après)
- Repérer le schéma du nucléotide à Adénine, puis colorier et légender chacune de ces
molécules constitutives.
- Faire ensuite de même pour un nucléotide à Guanine.
- Procéder de la même manière pour les 2 autres types de nucléotides.

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BILAN : (Compléter)
un phosphate
C haque nucléotide de
l ’ A D N e s t c o n stitué + un désoxyribose (sucre)

de 3 molécules :
+ une base azotée (dont il existe 4 types différents)

• Q7 : Un nucléotide à Adénine est représenté dans le tableau ci-dessous : chaque molécule
constitutive est figurée d’après les symboles :

Compléter le tableau en réalisant une représentation simplifiée des nucléotides à Guanine, à
Thymine, et à Cytosine.
Nucléotide à Adénine : Nucléotide à Guanine :

P
S A

Nucléotide à Thymine : Nucléotide à Cytosine :

3ème partie : LES LIAISONS ENTRE LES NUCLEOTIDES

I / Liaisons entre nucléotides d’une même chaîne

• Q8 : Indiquer par lesquelles de leurs molécules 2 nucléotides successifs sont-ils attachés
ensembles ?
(La liaison chimique forte qui les relie est appelée « liaison covalente » : elle clignote
temporairement sur l’animation).
Le groupement phosphate et le groupement désoxyribose

Illustrer la réponse Q8, par une représentation simplifiée des 3 nucléotides reliés présentés à
l’écran.
(Voir symboles de la représentation en Q7)
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