Cellule et Information Génétique PDF

Thème 2 : Gènes et transmission de l’information génétique – Chapitre 1 CELLULE ET INFORMATION GENETIQUE L’information génétique est le plan architectural du vivant, qui oriente et contrôle la construction des principaux constituants de chaque cellule, lui donna...

Thème 2 : Gènes et transmission de l’information génétique – Chapitre 1 CELLULE ET INFORMATION GENETIQUE L’information génétique est le plan architectural du vivant, qui oriente et contrôle la construction des principaux constituants de chaque cellule, lui donnant son identité et ses caractères propres. 1. DE L’ADN AU CHROMOSOME 1.1. L’importance de la division cellulaire pour le fonctionnement de l’organisme L’organisme humain produit, grâce à la division cellulaire, plusieurs millions de cellules par seconde. L’ensemble des étapes de la vie d’une cellule, de sa naissance à sa division en 2 nouvelles cellules est appelé cycle cellulaire. Division d’une cellule en 2 nouvelles cellules : MET 1.2. Observation du matériel génétique dans les cellules Le matériel génétique des cellules est contenu dans des chromosomes : ce sont des Photographie : extraction éléments permanents du noyau des cellules eucaryotes (animales et végétales). d’informations Ils existent sous 2 états que l’on peut observer au microscope : Lorsque la cellule ne se divise pas Pendant la division cellulaire = interphase = mitose Microscope électronique Microscope électronique Description : Description : Le matériel génétique, enfermé dans un Le matériel génétique apparaît sous la noyau, apparaît formés de nombreux forme de plusieurs petits bâtonnets filaments enchevêtrés. doubles et bien individualisés. 1  BILAN Le chromosome est une structure moléculaire dynamique qui évolue au cours du temps dans son organisation : - Lorsque la cellule ne se divise pas, le matériel chromosomique apparaît sous forme de longs filaments enchevêtrés : ce sont les nucléofilaments. L’ensemble des nucléofilaments forment la chromatine. - Lorsque la cellule se divise, les nucléofilaments s’enroulent sur eux-mêmes de nombreuses fois pour former des bâtonnets compacts et individualisés : ce sont les chromosomes condensés, ou chromosomes métaphasiques. Une cellule humaine comporte 46 chromosomes. 1.3. Structure et ultrastructure des chromosomes Le chromosome condensé (ou métaphasique) Légender ou annoter un Un chromosome métaphasique est constitué de 2 chromatides identiques, réunies au schéma niveau du centromère. Chaque chromatide est formée d’un nucléofilament spiralisé et http://tice.svt.free.fr/spip.ph se termine à ses 2 extrémités par le télomère. Elle comprend un bras court et un bras p?article252 long. Du chromosome à l’ADN : cliquer sur le fichier Zip Pendant l’interphase, les nucléofilaments se déroulent. L’ensemble des nucléofilaments Disponible également dans moodle déroulés forme une structure diffuse, la chromatine (plusieurs niveaux de décompaction). Chaque nucléofilament a un aspect en « collier de perles » dont chaque « perle » est un nucléosome. L’étude d’un nucléofilament montre qu’il est constitué d’une molécule en double hélice, l’ADN, qui s’enroule autour de protéines nommées histones. BILAN http://www.viewpure.com/3Go vaR6wBMg?start=0&end=0 2  1.4. La molécule d’ADN : Acide désoxyribonucléique (Rosalind Franklin / Watson et Crick 1953 : prix Nobel 1962) Schéma : extraction d’informations La découverte de l’ADN : http://www.viewpure.com/pYn Df9ogEmQ?start=0&end=0 Les cellules humaines contiennent chacune 46 molécules d’ADN, soit en tout 2,36 m d’ADN. L’ADN est une biomolécule de la famille des acides nucléiques (assemblage d’atomes C,H,O,N,P). http://www.viewpure.com/IMq ecRtzVYw?start=0&end=0 0’ à 3’50 Sur la molécule d’ADN, entourer un nucléotide. 3  BILAN Compléter le texte ci-dessous à l’aide des documents : La molécule d’ADN se présente en une double hélice de 2 hm de diamètre : elle possède 2 brins enroulés l’un autour de l’autre, reliés par des « barreaux ». Chaque brin d’ADN est constitué d’une succession de monomères : les nucléotides. L’ADN est donc un polymère de nucléotides. Chaque nucléotide comprend : - un groupe acide phosphorique - un petit glucide (pentose) : le désoxyribose - une base azotée : il en existe 4 dans l’ADN : - T : thymine - A : adénine - G : guanine - C : cytosine Les brins de la molécule d’ADN sont formés par les groupes phosphoriques et les désoxyriboses. Les « barreaux » sont formés des bases azotées qui se lient face à face selon une complémentarité : A-T C-G L’écriture de la molécule d’ADN peut être simplifiée : les brins (succession ose-phosphate) sont représentés par une ligne droite ; les bases par leurs initiales : Compléter le schéma de la molécule d’ADN ci-dessous et représenter les désoxyriboses par un point rouge et les groupements phosphate par un point vert. 2. LE CYCLE CELLULAIRE 2.1. Les phases du cycle cellulaire Le cycle cellulaire, qui permet d’obtenir 2 nouvelles cellules à partir d’une cellule initiale, Annoter un schéma comprend la mitose, étape de quelques heures pendant laquelle la cellule se divise, et l’interphase, beaucoup plus longue, qui correspond à la période qui s’écoule entre 2 divisions successives. L’interphase comprend 3 périodes : - Pendant la phase S, chaque molécule d’ADN est répliquée, c’est à dire que la cellule en réalise une copie à l’identique. - Cette réplication nécessite une phase de préparation, ou phase G1. - L’entrée en mitose nécessite elle aussi une phase de préparation, ou phase G2. 4  BILAN Repérer les différentes phases du cycle cellulaire sur le document suivant : Comment évolue la quantité d’ADN dans la cellule en phase S ? L’ADN est copié pour avoir 2 exemplaires de chaque molécule : la quantité est donc x2. C’est la réplication. 2.2. Evolution de l’aspect des chromosomes au cours du cycle cellulaire Schéma : extraction d’informations http://www.viewpure.com/yOV VRP-DWMg?start=0&end=0 https://www.cea.fr/multimedia/ Pages/animations/sante- sciences-du-vivant/division- cellulaire-mitose.aspx http://tice.svt.free.fr/spip.php? article33 Cliquer sur le fichier Zip Disponible également dans Moodle Schéma réalisé avec seulement 2 chromosomes dessinés dans la cellules 5  BILAN INTERPHASE M (MITOSE) G1 S G2 Début Fin Aspect des chromatine Compaction Chr Décom- chromosomes condensés paction Nombre et état 46 chr 46 chr en 46 chr 1 cellule à Clivage des 2 cellules à des simples cours de doubles 46 chr chr doubles, 46 chr chromosomes = 46 réplication = 92 doubles répartition simples nucléo- molécules égale des chacune filaments ADN chr simples = 46 vers les 2 molécules pôles ADN Vie de la cellule Croissance, synthèse des protéines à Reproduction cellulaire _______________ partir de l’information contenue dans l’ADN 1 cellules -> 2 cellules génétiquement identiques à la cellule initiale Pourquoi une cellule doit-elle répliquer son ADN pour se diviser ? Les 2 nouvelles cellules doivent avoir le même ADN et donc la même quantité En savoir plus sur la d’ADN que la cellule initiale : il est donc nécessaire de répliquer l’ADN pour avoir 2 réplication : voir moodle lots de molécules identiques. Ainsi, lors de la division, chaque nouvelle cellule peut Animation.exe hériter d’un lot d’ADN complet. On parle de reproduction conforme. 2.3. Evolution de la quantité d’ADN par cellule au cours du cycle cellulaire Mesure de la quantité d’ADN par cellule et de sa masse au cours du temps Graphique : lecture et analyse BILAN Retrouver les noms des phases du cycle cellulaire, justifier : 1. G1 2. S 3. G2 4. M (mitose) -En interphase, et notamment pendant G1 et G2, une cellule n’est pas inactive : justifier. En interphase la masse cellulaire augmente : la cellule grandit en fabriquant des constituants. 6  2.4. Importance du cycle cellulaire Dans les organismes vivants on distingue : - des cellules différenciées : ce sont des cellules dont la forme est adaptée à une fonction spécifique. Elles ne se multiplient pas et ont une durée de vie limitée (ex : neurone, hématie, myocyte…) - des cellules souches : ce sont des cellules non différenciées, qui enchaînent les cycles cellulaires. Une des 2 nouvelles cellules restent à l’état de cellule souche, l’autre se différencient. BILAN Les cycles cellulaires vont permettre : - la croissance d’un individu : en augmentant le nombre de cellules dans l’organisme. - le renouvellement des tissus : les cellules intestinales ont une durée de vie de 4 jours , les cellules de la peau de 3 à 4 semaines. - la réparation des tissus suite à une blessure (coupures, fractures…). 2.5. Le contrôle du cycle cellulaire Quelle conséquence pourrait avoir un rythme trop faible de cycles cellulaires dans l’organisme ? Les cellules qui meurent ne seraient pas remplacées : les tissus dégénéreraient. Quelle conséquence pourrait avoir un rythme trop rapide de cycles cellulaires dans l’organisme ? Les cellules qui naissent seraient plus nombreuses que les cellules qui meurent : il se formerait des masses de cellules en excès dans les tissus, donc des tumeurs. Des erreurs pourraient se produire dans les mécanismes de réplication et de répartition des chromosomes. Le rythme des cycles cellulaires doit donc être étroitement contrôlé. 7  BILAN En phase G1 : la cellule s’assure que son ADN est intact. En phase G2 : la cellule vérifie que la réplication est complète et sans erreur En phase M : la cellule vérifie que son ADN est réparti équitablement dans les 2 nouvelles cellules. 3. LE CARYOTYPE 3.1. Définition Le caryotype est une présentation ordonnée de l’ensemble des chromosomes présents dans une cellule d’un individu. Il est réalisé sur des cellules en mitose (cellules fœtales, globules blancs), lorsque les chromosomes sont doubles et compactés au maximum. Il nécessite une coloration des chromosomes qui fait apparaître des bandes blanches et noires. Dans cette présentation, les chromosomes sont ordonnés par paires, d’après leur taille (du plus grand au plus petit), la position du centromère et l’apparence des bandes. Etre humain : 46 chromosomes, soit 23 paires Femme Homme 22 paires d’autosomes (chr non sexuels) 22 paires d’autosomes (chr non sexuels) + 1 paire de chromosome sexuel : XX + 1 paire de chromosome sexuel : XY 8  3.2. Un exemple d’anomalie chromosomique Le syndrome de Down est une maladie génétique grave se caractérisant par une dysmorphie (visage aplati, nuque plate, yeux écartés, mains et pieds trapus et courts…), un retard mental, parfois une cardiopathie. Repérer l’anomalie chromosomique et trouver l’autre nom du syndrome de Down : 3 chromosomes 21 – Trisomie 21 4. BILAN DU CHAPITRE SUR LES NIVEAUX D’ORGANISATION Indiquer le niveau d’organisation auquel appartient l’ADN : Molécule (macromolécule) 5. TERMINOLOGIE MEDICALE Racines Sens Caryo- Noyau -cyte cellule Chrom(o) Couleur, coloré -thérapie Traitement Préfixe Sens Suffixe Sens In- non -type Qui caractérise -some Elément Terme Définition chromosome Elément microscopique coloré (N/B) composé d’ADN et de protéines Cellule indifférenciée Se dit d’une cellule globalement sphérique, sans forme (souche) caractéristique Cellule différenciée Se dit d’une cellule qui a acquis une forme particulière, adaptée à sa fonction Thérapie cellulaire Traitement par injection de cellules dans un tissu malade cytothérapie Caryotype présentation ordonnée de l’ensemble des chromosomes présents dans une cellule d’un individu 9