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L'information g�n�tique

La nature chimique l'information g�n�tique

pour la d�termination de la nature chimique de l'information g�n�tique, On propose d'�tudier les donn�es exp�rimentales suivantes:

1 / les exp�riences de Griffith:
En 1928, Fred Griffith, microbiologiste anglais, travaille sur deux souches de pneumocoques afin de trouver un vaccin contre la pneumonie.

Une des souches utilis�e par Griffith, donne en culture sur bo�te g�los�e des colonies d�aspect lisse (colonie de type S : Smooth). Cette bact�rie est pathog�ne (mortelle) et poss�de une capsule. L�autre souche donne des colonies d�aspect rugueux (colonie de type R : Rough). Cette bact�rie est non pathog�ne et sans capsule.

animations flash

1 - Interpr�tez les exp�riences de Griffith.

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La grande question maintenant �tait de savoir quelle �tait cette substance chimique pouvant passer d'une bact�rie � l'autre. Deux hypoth�ses s'affrontaient. La premi�re, qui faisait presque consensus chez les biologistes, soutenait qu'il devait s'agir de prot�ines. La seconde, soutenue par une minorit�, penchait plut�t pour l'acide d�soxyribonucl�ique ou ADN.

2 / l'exp�rience de Oswald Avery, Colin MacLeod et Maclyn McCarty:

Ils ont repris l'exp�rience de Griffith avec une l�g�re variante. Les bact�ries S mortes �taient broy�es (on les brise en morceaux en les passant au blender) et trait�es avec une enzyme digestive avant de les m�langer aux R vivantes.

1 - D�duisez la nature du facteur transformant.

Correction

3 / L'exp�rience d'Alfred HERSHEY et Martha CHASE: Voir l'animation Flash

L'exp�rience utilise des bact�riophages T2; des virus qui se reproduisent dans une bact�rie: Escherichia coli.
Ils ont marqu� l'ADN d'une s�rie de phages T2 avec un traceur radioactif : le phosphore 32 (³²P) et les prot�ines de la capside d'une autre s�rie de phages T2 avec un autre traceur radioactif : le soufre 35 (³⁵S).

Apr�s un certain temps de contact, ils ont d�termin� la localisation des diff�rentes parties du phage (capside et ADN) au niveau d�E.coli. Les r�sultats obtenus ont �t� les suivants :

- la radioactivit� li�e au ³⁵S est localis�e � l'ext�rieur d�E.coli (figure a)

- la radioactivit� due au ³²P est localis�e � l'int�rieur d�E.coli (figure b)

(Extrait du livre Microbiologie de Prescott- Harley-Klein �dition Deboeck-Universit�)

1 - Que peut-on d�duire de ces exp�riences?

Correction

Quel rapport existe-t-il entre l'ADN et le chromosome?

4 / La relation chromosome-ADN:

Chaque chromosome contient un nucl�ofilament form� d'une mol�cule d'ADN associ�e � des prot�ines. Certaines d'entre elles, les histones, sont assembl�es en un complexe autour duquel s'enroule l'ADN, appel� nucl�osome. La structure adopt�e par l'ensemble ressemble � un collier de perles (les nucl�osomes) assez r�guli�rement espac�es le long du filament d'ADN.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Chromosom.svg

4 - 1 - Le caryotype et la formule chromosomique:

la r�alisation du caryotype se r�alise � partir de toute cellule capable de se diviser en culture. La technique consiste en :

Un blocage des divisions en m�taphase (stade de la mitose o� les chromosomes sont condens�s au maximum et positionn�s dans le plan �quatorial de la cellule) par de la colchicine ; les chromosomes bien distincts peuvent alors �tre observ�s.
Un choc hypotonique : la cellule, plac�e dans un milieu ext�rieur plus dilu� que le contenu cytoplasmique, �clate, et les chromosomes m�taphasiques se dispersent et s'�talent.
Une coloration des chromosomes.
Une photographie au microscope des chromosomes de la cellule, puis un d�coupage et un classement de tous les chromosomes apr�s agrandissement des clich�s, en fonction de leur taille, de leur forme, de la position de leur centrom�re, de la place des bandes sombres qu'ils portent.

Le document suivant repr�sente le caryotype de la drosophile femelle(gauche) et m�le(droite).

1 - Comparez le caryotype du m�le et de la femelle, et d�duisez la formule chromosomique de chacun.

Correction

Le tableau suivant montre la formule chromosomique de certaines esp�ces; diplo�de et haplo�de

Esp�ce	Vache	Chien	Tomate	Pomme de terre	Levure	Sordaria	Bacterie
formule chromosomique	2n=60	2n=78	2n=36	2n=48	2n=16	n=7	n=1

4 - 2 - La structure et la composition chimique de l'ADN:

a/ la composition chimique de l'ADN:

L�acide d�soxyribonucl�ique (ou ADN) est constitu� de 3 �l�ments qui sont:

- un groupe phosphate

- un sucre, le d�soxyribose

- 4 bases azot�es, Ad�nine"A" , Guanine "G" , Cytosine"C" et Thymine"".

A et G sont des purines, C et T sont des pyrimidines.

L'association de chaque base avec une mol�cule de sucre constitue un nucl�oside, et l'ajout d'un groupe phosphate donne un nucl�otide monophosphate

b/ La structure de l'ADN:

- L�exp�rience de Chargaff:

En 1949, Erwin Chargaff mesure les proportions des diff�rents nucl�otides sur des extraits d'ADN pr�lev�s chez diff�rentes esp�ces. Le tableau ci-dessous r�sume les r�sultats obtenus, exprim�s en %. En prenant en compte toutes les esp�ces cit�es,

	A	T	C	G
Levure	31,1	31,9	18,1	18,7
Bl�	27,3	27,2	22,8	22,7
Poule	28,8	29,4	21,4	21
Homme	30,9	29,4	19,8	19,9

1 - Calculez le rapport A/T et C/G chez toutes les esp�ces.

2 - En exploitant les r�sultats obtenus, d�duisez la relation qui relie les nucl�otides.

Correction

animation1

- Les travaux de Rosalind Franklin sur l�ADN:

Principe: Rosalind Franklin dirigeait des rayons X sur un extrait de thymus (organe appartenant au syst�me immunitaire) de veau qui contenait des millions de brins d�ADN sous sa forme hydrat�e c'est-�-dire telle qu�on les trouve dans les cellules

R�sultat: les clich�s de diffraction aux rayons X de l�ADN montrent une figure en croix caract�ristique des structures en double h�lice (deux brins de forme h�lico�dale qui s�enroulent l�un dans l�autre).

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public domain

- Les travaux de James Watson et Francis Crick:

En 1953, James Watson et Francis Crick (Nobel 1962) utilisent la r�gle de Chargaff et les r�sultats des observations de Rosalind Franklin pour conclure :

L�existence de deux brins dans la mol�cule d�ADN ;
Leur association en une forme d�h�lice ;
Une association anti-parall�le de ces deux cha�nes.

Watson et Crick ont pu r�aliser un mod�le mol�culaire tridimensionnel de la mol�cule d�ADN: La double h�lice

les bases azot�es sont associ�es deux � deux par leurs liaisons hydrog�nes:

- Deux liaisons hydrog�nes entre l'ad�nine et la thymine.

- Trois liaisons hydrog�nes entre la guanine et la cytosine.

Les deux brins sont orient�s de mani�re oppos�e par rapport aux extr�mit�s 3' et 5'(les brins sont dits antiparall�les).

https://sw.wikipedia.org/wiki/Picha:DNA_chemical_structure.svg

Voir l'animation

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:0321_DNA_Macrostructure.jpg

c/ La variation de la quantit� d'ADN au cours du cycle cellulaire:

Le graphique suivant repr�sente la variation de la quantit� d�ADN dans une cellule (en unit� arbitraire) au cours du temps

1 - D�crivez l��volution de la quantit� d�ADN au cours d�un cycle cellulaire.

2 - Que peut on d�duire?

Correction

Comment se fait cette r�plication d'ADN?

4 - 3 - La r�plication de l'ADN:

Pour comprendre les modalit�s de r�plication de la mol�cule d�ADN on propose les donn�es exp�rimentales suivantes:

a/ L'exp�riences de Meselson et Stahl (1958):

En 1958, Meselson et Stahl cherchent � comprendre comment s�effectue cette copie conforme de l�ADN. Leurs exp�riences sont r�alis�es sur la bact�rie Escherichia Coli qui se multiplie activement quand elle est cultiv�e sur un milieu favorable et r�plique alors intens�ment son ADN. Les bact�ries sont cultiv�es dans deux milieux diff�rents : l�un contient des nucl�otides � l�gers � int�grant de l�azote � l�ger � 14N, l�autre des nucl�otides � lourds � int�grant l�isotope � lourd � 15N de l�azote. Des bact�ries d�abord cultiv�es depuis de nombreuses g�n�rations sur un milieu contenant des � nucl�otides 15N �, sont pr�lev�es et transf�r�es sur un milieu normal, � � nucl�otides 14N �. A chaque �tape, l�ADN de bact�ries en culture est extrait et centrifug� � grande vitesse dans un tube contenant une solution de densit� appropri�e. Apr�s centrifugation, l�ADN se stabilise ainsi � un niveau correspondant � sa densit�.

Voir l'animation

1 - Interpr�tez cette exp�rience.

2 - Repr�sentez sous forme d�un sch�ma les m�canismes qui interviennent au niveau de l�ADN lors des divisions cellulaires affectant trois g�n�rations

Correction

b/ M�canisme de la r�plication:

Pour la mis en �vidence des m�canismes de la r�plication d�ADN, on propose les documents suivants:

Document 1: Une observation au microscope �lectronique de la mol�cule d'ADN en cours de r�plication. les fl�ches indiquent les yeux de r�plication o� la mol�cule d'ADN est d�doubl�e

ludwig-sun1.unil.ch/~vjongene/molbio/chat_6.htm

Document 2: Sch�ma de l'activation de la r�plication

Document 3: Animation pr�sentant la r�plication d'ADN

www.stolaf.edu/people/giannini/flashanimat/

1 - En exploitant les documents 1,2 et 3, d�crivez le m�canisme de la r�plication de l�ADN.

2 - R�alisez un sch�ma illusrant la r�plication d'ADN en utilisant la s�quence suivante

Correction

Les mol�cules d'ADN en cours de r�plication peuvent �tre observ�es au microscope �lectronique : il est alors possible de voir des zones appel�es � yeux de r�plication� o� la mol�cule d'ADN est d�doubl�e.

� Chaque �il comporte en fait deux � fourches de r�plication �, figures en forme de Y, o� une ADN-polym�rase effectue la r�plication.

� Ces fourches progressent en sens inverse, assurant la r�plication de l'ensemble de, la mol�cule d'ADN.

� Les deux � copies � restent n�anmoins solidaires au niveau d'une zone qui forme le centrom�re du chromosome.

Bilan:

- L'information g�n�tique est contenue dans l'ADN, qui est une mol�cule constitu�e de nucl�otides ( A, T, C, G).

- La mol�cule d'ADN s'associ�e � des prot�ines pour former le chromosome.

- L'ensemble des chromosomes d'un individu class�s selon leur taille, forme, position du centrom�re et la place des bandes sombres qu'ils portent, forme le caryotype.

- Avant la mitose, la cellule synth�se l'ADN lors de la phase S de l'interphase. On parle de la r�plication de l�ADN

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