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L'information génétique |
L'expression de l'information génétique
D'après les expériences de Griffith le transfert de l'ADNs vers les bactéries R a entrainé la formation de la capsule et sa transformation en bactérie S.
Cela montre qu'il existe une relation entre le matériel génétique(ADN) et le caractère héréditaire. Le caractère dans cet exemple est la présence ou l'absence de la capsule.
Le caractère héréditaire est une particularité qualitative ou quantitative qui différencie un individu à l'autre et se transmet de génération à la suivante. certains caractères peuvent être visible comme la couleur, la taille... d'autres nécessite des analyses comme les groupes sanguins.
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Comment l’information génétique détermine un caractère héréditaire? |
1/ Notions de mutation, gène et allèle:
a - Notion de mutation:
Des bactéries sensibles à la streptomycine, un antibiotique entraînant la destruction des bactéries, sont placées dans un milieu de culture dépourvu de streptomycine. Elles se développent et donnent naissance à des clones formant des colonies.
À l'aide d'un tampon de velours, on réalise une réplique de la boîte de Pétri et on transfère cette réplique sur un milieu sans streptomycine et sur un milieu avec streptomycine. Après incubation, on observe le développement des colonies de bactéries.
Les résultats obtenus sont indiqués sur le document1 suivant:
http://svt.ac-dijon.fr/schemassvt/IMG/repiq_streptomycine.gif
1 - Comparez les résultats des deux milieux. 2 - Interprétez ces résultats. |
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Les mutations sont
des évènements se produisant avec une fréquence faible au sein
d'une population, mais elles peuvent être favorisées sous l'action de
certains facteurs de l'environnement.
Ces agents sont qualifiés d'agents mutagènes:
- physiques : rayon X, ultraviolet...
- chimiques : amiante, toluène...
- biologiques : virus...
On distingue 3 types de mutations ponctuelles :
• Les substitutions : une paire de nucléotides est remplacée par une autre
• Les additions ou insertions : une paire de nucléotides est ajoutée dans la séquence d’ADN
• Les délétions : disparition d’une paire de nucléotides dans la séquence d’ADN
b - Notion de gène et d'allèle:
Le gène est un fragment de la molécule d’ADN qui porte l’information génétique correspondant à un caractère héréditaire. C’est une molécule séquencée en nucléotides. Le gène a un emplacement précis sur un chromosome , appelé locus.
L'allèle est une forme ou version de gène. En général un gène est représenté chez les diploïdes par deux allèles (occupant le même locus) qui peuvent être identiques ou différents.
2/ Relation protèine/caracère:
Pour la mise en evidence de la relation protèine/caracère, on propose d'étudier les exemples suivants:
a - Exemple 1: La couelur de pelage du lapin
La couleur noire de pelage du lapin est lié à la présence d'un pigment sombre, la mélanine. L'absence totale de ce pigment est à l'origine du caractère albinos.
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La synthèse de la mélanine s'effectue en plusieurs étapes à partir d'un acide aminé, la tyrosine. Cette synthèse fait intervenir plusieurs protéines appelées enzymes, dont la tyrosinase qui est nécessaire à la transformation de la tyrosine en Dopa.
Ces réactions peuvent être schématisées de façon simplifiée de la manière suivante:
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1 - A partir de l’exploitation de ces données, élucidez la relation protèine/caracère. |
Correction
b - Exemple 2: La drépanocytose ou anémie falciforme
Au début du XXe siècle,le médecin Américain J. HERRICK décrit pour la première fois une maladie, la drépanocytose, chez un patient hospitalisé. A l'échelle de l'organisme, le sujet souffre d'une anémie, de palpitations et d'essoufflements. J. HERRICK note que certains membres de la famille souffrent des mêmes symptômes. Une observation microscopique du sang de la personne atteinte permet d'identifier l'origine de la drépanocytose à l'échelle cellulaire.
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Cellules sanguines d'un individu non malade. |
Cellules sanguines d'un individu malade. |
http://florimont.info/toprint.php?msId=183
Les hématies ont une forme de faucille chez les malades lorsque la pression en dioxygène est faible et une forme de disque biconcave chez les sujets sains.
Les hématies contiennent une protéine, l'hemoglobine. Chez les sujets atteints l'hemoglobine devient fibreuse et deforme l'hematie.
http://florimont.info/toprint.php?msId=183
Circulation sanguine chez un individu non malade: les hématies sont
souples et circulent normalement.
Chez un individu drépanocytaire: les hématies, déformées et rigides,
peuvent bloquer la circulation et former des caillots.
https://tp-svt.pagesperso-orange.fr/drepano.htm
Le document suivant montre une
comparaison
entre
l'hémoglobine d'un individu sain (HbA) et celle d'
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En utilisant les documents fournis, 1 - Comparez les séquences d'acides aminés de HbA et HbS. 2- Elucidez la relation protèine/caracère |
Correction
3/ Relation gène/protèine:
Pour la mise en evidence de la relation gène/protèine, on propose une étude comparative des séquences allèliques de HbA et HbS
http://svt.ac-dijon.fr/schemassvt/spip.php?article882
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1 - Comparez les séquences nucléotidiques de HbA et HbS. 2- Etablissez la relation entre les séquences nucléotidiques et les séquences d'acides aminés. |
Correction
- L’ADN des chromosomes est contenu dans le noyau et la synthèse des protéines a lieu dans le cytoplasme.
⇒ un intermédiaire est donc indispensable entre l’ADN et les protéines.
Pb. : Quels sont les processus permettant le passage d’une molécule d’ADN à la séquence d’une protéine ?
4- Le transfert de l'information du noyau vers le cytoplasme
Pour connaitre les processus permettant le passage d’une molécule d’ADN à la séquence d’une protéine, on propose les données expérimentales suivantes:
On isole différents constituants cellulaires et moléculaires de cellules fabriquant l’hémoglobine (les érythroblastes) que l’on introduit dans des cellules incapables de synthétiser de l’hémoglobine, ceci afin de tester leur capacité à transmettre l’information pour la synthèse de l’hémoglobine à ces cellules incapables, à l’origine, de produire de l’hémoglobine.
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Constituants injectés |
ribosomes |
mitochondries |
ARNm |
Réticulum endoplasmique |
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Synthèse d’hémoglobine |
non |
non |
oui |
non |
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1 - En exploitant les données expérimentales, déduisez comment passe l'information du noyau au cytoplasme. |
Correction
5- Structure et composition chimique de l'ARNm
| Document 1 | Document 2 |
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 ARNm ADN |
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En exploitant les document 1 et 2: 1 - Dégagez la composition chimique de l'ARNm. 2 - Comparez la molecule d’ARNm et d’ADN |
Correction
En plus d'ARNm (messager), Ils existe d'autres types d'ARN : ARNt (transfert), ARNr (ribosomal)
6/ Relation ADN/ARN:
Le document 3 montre une photographie prise au MET de la transcription de l’ADN en de nombreux ARN x 38 000 et son schéma d'interprétation.
http://ohayon.lucie.free.fr/articles.php?lng=fr&pg=600&prt=2
Le document 4 montre la transmission d’information de l'ADN en ARNm, appelée la transcription
Le document 5 montre une animation de la transcription de l'ADN en ARNm
www.stolaf.edu/people/giannini/flashanimat/
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1 - A partir de l’exploitation des documents 3, 4 et 5, décrivez le mécanisme de la transcription. |
Correction
Plusieurs ARN polymérases effectuent la transcription d’un même gène, donc plusieurs ARN formés à partir d’un même gène.
Les ARNm quittent le noyau par les pores nucléaires de l’enveloppe nucléaire et se retrouvent dans le cytoplasme.
7/ Relation ARNm/synthèse des protéines:
On réalise des expériences de cultures in vitro de cellules. On ajoute au milieu de culture des acides aminés et des ARNm marqués par radioactivité. On mesure la quantité d’acides aminés incorporés dans des protéines. Les resultats presentés sur le documnt 6:
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1 - En exploitant le document 6, déduisez la relation qui relie l'ARN à la synthèse des protéines. |
Correction
8/ La synthèse des protéines:
a - Experience de nirenberg et matthaei (1961)
Ils mettent au point une methode de synthese proteique avec des extrait de bacterie, Escherichia Coli, de l'ATP , les 20 acides amines et un ARNm synthetique polyU, polyA ou polyC. les resultats sont indiqués sur le document 7:
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1 -
A partir de l’exploitation du document 7,
montrez que ces expériences permettent d'établir le lien existant
entre la nature du nucléotides au niveau de l'ARNm et la nature de
l'acide aminé déterminé |
Correction
Pour verifier l'hypothese, on propose d'etudier le document suivant:
le document 8: Quelques résultats des expériences selon la méthode de Niremberg et Matthaei :
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ARNm de synthese |
Sequence proteique obtenue |
| PolyU ...UUUUUUUUUUUUUUU... | ...Phe-Phe-Phe-Phe-Phe... |
| PolyA ...AAAAAAAAAAAAAAA... | ...Lys-Lys-Lys-Lys-Lys... |
| PolyG ...GGGGGGGGGGGGGGG... | ...Gly-Gly-Gly-Gly-Gly... |
| PolyC ...CCCCCCCCCCCCCCC... | ...Pro-Pro-Pro-Pro-Pro... |
| PolyUC ...UCUCUCUCUCUCUC... | ...Ser-Leu-Ser-Leu... |
| PolyUG ...UGUGUGUGUGUGUG... | ...Cys-Val-Cys-Va... |
| PolyUA ...UAUAUAUAUAUAUA... | ...Tyr-Ile-Tyr-Ile... |
| PolyAG ...AGAGAGAGAGAGAG... | ...Arg-Glu-Arg-Glu... |
| PolyAC ...ACACACACACACAC... | ...Thr-His-Thr-His... |
| PolyGC ...GCGCGCGCGCGCGC... | ...Ala-Arg-Ala-Arg... |
| PolyUAC ...UACUACUACUAC... | ..Tyr-Tyr-Tyr-Tyr... |
| PolyAGA ...AGAAGAAGAAGA... | ...Arg-Arg-Arg-Arg- |
| PolyUACG ...UAGCUAGCUAGC... | ...Tyr-Val-Tyr-Val... |
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1 - A partir de l’exploitation du document 8, déduisez comment l'information génétique code la séquence d'acides aminés. |
Correction
Le document 9 montre le tableau du code génétique.
Le code génétique est caractérisé par trois caractéristiques:
- Il est universel, c'est-à-dire que c'est le même pour tous les êtres vivants.
- Il est dégénéré (ou redondant) : un acide aminé peut correspondre à plusieurs codons.
- Il n' est pas ambiguë : un codon correspond à un acide aminé, et un seul.
Lors de la traduction, on produit une protéine à partir de l'ARNm grâce au code génétique.
Quels sont les différentes étapes de la traduction?
b - Les étapes de la synthèse des protéines
Pour élucider les différentes étapes de la synthèse des protéines, on propose les documents suivants:
Document 1: Schéma des étapes de la synthèse des protéines
Document 2: Animation montrant les mecanismes de la synthèse des protéines
www.stolaf.edu/people/giannini/flashanimat/
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1 - A partir de l’exploitation des documents 1 et 2, decrivez les étapes de la traduction. |
Correction