Biologie 2 S7FR Cours - ADN, Chromosomes, Gènes PDF

BIOLOGIE 2 S7FR  MODULE 1 : Manipulation génétique PLAN DU COURS  Réfléchir à notre pouvoir croissant de manipuler et de contrôler les génomes des espèc...

BIOLOGIE 2 S7FR  MODULE 1 : Manipulation génétique PLAN DU COURS  Réfléchir à notre pouvoir croissant de manipuler et de contrôler les génomes des espèces, y compris le nôtre. Þ Donner une vue globale des contextes scientifiques, médicaux, et agricoles des manipulations génétiques /de: recherche basique, maladies et thérapies géniques, vaccination, OGM agricoles) - mutagénèse bactérienne, étude de la production bactérienne d’insuline humaine, recherches sur l’histoire des cellules de la lignée HeLa et d’autres lignées de cellules humaines, étudier la drépanocytose, la myopathie, recherche d’expériences utilisant la transgénèse, étude de maïs, de coton, de soja génétiquement modifié, présentations, débats Þ Donner une vue globale et discuter des recherches et applications sur les cellules souches embryonnaires (vue globale non technique de la différentiation cellulaire chez les animaux et les végétaux) - présentations/discussions/débats de questions relatives aux cellules souches Þ Analyser les conséquences potentielles et possibles des manipulations génétiques (médecine, recherche scientifique basique, agriculture, économie aspects, environnement) -discussion des conséquences environnementales, écologiques, économiques et éthiques des OGM Discuter les conséquences potentielles et possibles des manipulations génétiques concernant les humains (médecine, société, politique, éthique, histoire, art, littérature) Þ - potentiel traitement, prévention des maladies génétiques, discussion de l’eugénisme présent et passé, éthique; "frères et sœurs sauveurs ou médicament«; discuter des fantasmes d'humains idéaux , discussion sur la littérature et les films de science-fiction,  PLAN DU COURS MODULE 2 : changement climatique et biodiversité  Comment le climat de notre planète change, et ce que cela signifie pour nous et tous les êtres vivants sur Terre.  Donner une vue globale du consensus scientifique actuel sur le changement climatique  Comparer les taux historiques et actuels de changement climatique dans les archives géologiques  Explorer les aspects de la biodiversité locale et mondiale et de la perte de biodiversité  Analyser et donner de exemples sur les services des écosystèmes   Distinguer l'extinction de fond de l'extinction de masse dans l'histoire de l'évolution donner une vue d'ensemble et analyser les causes des extinctions massives historiques et actuelles  Reconnaître l'importance des délais d'adaptation de l'homme et de l'écologie aux changements du climat et de la biodiversité  Relier les questions de biodiversité et de changement climatique, et les réponses humaines possibles  PLAN DU COURS MODULE 2 : LE PROJET  Une occasion d'explorer en profondeur l'un des thèmes de ce cours Þ Réaliser un projet indépendant, lié à l'un des 5 thèmes du cours de biologie 2p (S6/S7)  Les élèves doivent être organisés en petits groupes de 3 à 4 personnes qui seront mutuellement responsables concernant l'évaluation par les pairs et les retours d'information (feedback). LA MANIPULATION GENETIQUE 1.INTRODUCTION Qu’est-ce qu’une manipulation génique ou génétique ? Faire une manipulation génétique, c'est changer la composition des gènes contenus dans l’ADN des cellules de notre corps ou d'autres organismes vivants comme les plantes et les animaux. Levure de brasserie Erreurs Une équipe de scientifiques californiens a créé risque élevé d’erreurs lors de la une levure génétiquement modifiée qui imite modification du génome. Ces erreurs la saveur et l'arôme du houblon, sans peuvent avoir des conséquences aucune interaction avec la plante. dévastatrices. Production de médicaments Depuis, le premier produit OGM approuvé Ethique qu’était l'insuline humaine, le génie génétique Il peut être difficile de surveiller son a été utilisé pour produire en masse une utilisation variété de médicaments. L'agriculture Coûts Résistance aux parasites et aux virus, Cette technologie pourrait être Tolérance aux herbicides extrêmement coûteuse  LE MATERIEL GENETIQUE Localisation : où se trouve le matériel génétique? Analyse le document ci- contre, commente et tire une conclusion sur la localisation du matériel génétique :  LE MATERIEL GENETIQUE Localisation : où se trouve le matériel génétique? Commentaire : L’information se situe au niveau du noyau. En effet, on remarque que si on prend le noyau d’une cellule-œuf de souris grise et qu’on l’associe avec la cellule-œuf (sans noyau) d’une souris blanche, cela donnera, après implantation dans l’utérus d’une souris blanche, la naissance d’uns souris grise. (Et inversement …) Rappels: la cellule 2. ADN, CHROMOSOME, GENE ADN, CHROMOSOME, GENE ADN : acide désoxyribonucléique L’ADN est notre carte d’identité. Il se trouve dans toutes les cellules de notre corps (sauf les globules rouges) et porte notre information génétique. En 1953, Watson et Crick, ont découvert la structure de l’ADN (acide désoxyribonucléique) L’ADN est une macromolécule constituée de deux chaînes polynucléotidiques qui se présente dans le noyau sous forme d’un long filament torsadé sur lui- même. L’intérieur de l’ADN, entre les 2 hélices, est constitué de 4 molécules : Adénine (A), Thymine (T) Guanine (G), Cytosine (C). L’adénine s’associe toujours avec la thymine et la guanosine s’associe toujours avec la cytosine. On dit que les deux brins d’ADN sont complémentaires. ADN, CHROMOSOME, GENE ADN : acide désoxyribonucléique L’ADN est notre carte d’identité. Il se trouve dans toutes les cellules de notre corps (sauf les globules rouges) et porte notre information génétique. ADN, CHROMOSOME, GENE Les chromosomes L'ADN peut se présenter sous deux formes différentes dans la cellule : sous forme de chromatine quand la cellule vit normalement, sous forme de petits « bâtonnets » visibles au microscope optique, les chromosomes quand la cellule est dans sa phase de division. ADN, CHROMOSOME, GENE Les chromosomes ADN, CHROMOSOME, GENE Les chromosomes: caryotype homme et femme ADN, CHROMOSOME, GENE Les chromosomes : nombre de chromosomes chez différentes espèces ADN, CHROMOSOME, GENE Les gènes Un gène est un segment d’ADN qui contient les informations nécessaires pour produire une unité fonctionnelle (par exemple, une protéine). Chaque gène est responsable d'un caractère, comme le groupe sanguin ou la couleur des yeux. Tous les gènes ne s'expriment pas dans toutes les cellules ! Ainsi, une cellule du foie n'a pas besoin des gènes permettant le fonctionnement d'une cellule de la rétine. ADN, CHROMOSOME, GENE Les gènes  3. Synthèse protéique Processus par lequel l'information génétique produit des protéines : Un gène spécifique contient les instructions pour fabriquer une protéine spécifique. L'ADN est donc notre « encyclopédie personnelle », contenant toutes les informations vitales pour nos cellules. Cependant, elle est coincée dans le noyau des cellules. Aussi, pour accéder aux informations qui s’y trouve, le corps doit faire une sorte de faire une copie et de faire sortir celle-ci du noyau. Lors de la synthèse d’une protéine, la portion d’ADN contenant les informations nécessaire pour la synthèse est copiée : c’est la transcription. Cette copie quittera ensuite le noyau pour le cytoplasme par un pore nucléaire. Le nom de la molécule copie de la portion d’ADN s’appelle l’ARN messager (ARN : acide ribonucléique) Une fois dans le cytoplasme, l’ARN messager (copie de la portion d’ADN) est « lu » par les ribosomes et traduit en protéines : c’est la traduction. Synthèse protéique L'ARN est la copie du brin muet. Lors de la transcription, une séquence ADN est réécrite, ou transcrite, en ARN selon un alphabet similaire. Chez les eucaryotes, la molécule d'ARN subit une étape de maturation pour se transformer en un ARN messager mature (ARNm). Lors de la traduction, la séquence de l'ARNm est décodée pour spécifier la séquence en acides aminés d'un polypeptide. Le terme traduction reflète le fait que la séquence nucléotidique de l'ARNm doit être traduite en une "langue" complètement différente, faite d'acides aminés.  Synthèse protéique Comparaison ARN et ADN : L'ADN ne reflète pas à lui seul l'expression des gènes. L'ARN est nécessaire pour exécuter les instructions de l'ADN. Tout comme l'ADN, l'ARN est composé de nucléotides constitués d'un ribose ou sucre à 5 carbones, d'un groupe phosphate et d'une base azotée. Cependant, il existe trois différences majeures entre l'ADN et l'ARN : 1. L'ARN utilise le sucre ribose au lieu du désoxyribose. 2. L'ARN est généralement simple brin plutôt que double brin. 3. L’ARN contient de l’uracile à la place de la thymine. Ces différences permettent aux enzymes de la cellule à distinguer l'ADN de l'ARN. Synthèse protéique Les protéines sont des macromolécules constitutives des cellules, mais elles jouent également de nombreux autres rôles : l'hémoglobine transporte le dioxygène et le dioxyde de carbone dans le sang, les anticorps servent de défense à l'organisme, la kératine compose nos cheveux et nos ongles, le collagène est un constituant des tissus, les enzymes rendent possibles les réactions biochimiques… Lorsque l'on voit un ARN messager, on peut déterminer la suite des acides aminés constitutifs de la protéine qu'il permettra de produire. Il faut, pour déchiffrer le message, utiliser le code génétique. Synthèse protéique  Quelles différences peux-tu observer entre les molécules d'ADN et d'ARN?  Quelle différence y a-t-il entre le brin d'ADN original et sa copie ?  De quoi se compose une protéine ?  Quel est le nom de l'organite cellulaire traduisant l'ARN messager ?  Expliquez le rôle de cet organite ?  Utilise le code génétique pour traduire l'ARN messager ci-dessous Synthèse protéique (Corrigé)  Quelles différences peux-tu observer entre les molécules d'ADN et d'ARN?  L'ADN est fait de deux chaînes ou brins, l'ARN est composé d'une seule chaîne ou brin. L'ARN est une molécule formée de ribonucléotides avec comme bases azotées : A (Adénine), C (Cytosine), G (Guanine) et U pour Uracile.  Quelle différence y a-t-il entre le brin d'ADN original et sa copie ?  La copie ARNm est identique au brin "muet" dans l'enchainement des bases azotées mais le T est remplacé par U.  De quoi se compose une protéine ?  D'un assemblage de molécules d'acides aminés (une centaine) liées entre-elles par des liaisons peptidiques  Quel est le nom de l'organite cellulaire traduisant l'ARN messager ? Le ribosome  Expliquez le rôle de cet organite ? D'assurer la synthèse protéique dans le cytoplasme  Utilise le code génétique pour traduire l'ARN messager ci-dessous 4. LES MALADIES GENETIQUES Les maladies génétiques sont des pathologies dues à des anomalies des gènes ou des chromosomes. Certaines anomalies génétiques peuvent être transmises à la descendance ; on parle de maladies héréditaires. Ce sont des maladies rares qui peuvent se manifester à la naissance, ou parfois plus tardivement au cours de la vie. On estime qu’il existe 8 000 à 10 000 maladies génétiques. Chez l'Homme, on estime qu'il y a entre 20 000 et 30 000 gènes. Lorsqu'une anomalie génétique apparait dans l'un de ces gènes, sa protéine sera modifiée ou ne sera pas fabriquée. Elle est pourtant indispensable au fonctionnement de notre organisme. Ces anomalies sont à caractère "aléatoire" (du fait du hasard). Environ 1 million de personnes sont atteintes en Belgique par une des 8 000 à 10 000 maladies génétiques  Anomalies chromosomiques Il existe 2 types d'anomalie chromosomique : Anomalie de nombre: qui affecte le nombre de chromosomes (l'anomalie est causée par un exces ou un défaut de chromosome) Anomalie de structure : causée par l' alteration de la structure du chromosome >> Inversion, translocation, délétion... Le syndrome de Down ou Le syndrome du cri du "trisomie 21" est une chat est un syndrome de anomalie chromosomique, délétion chromosomique causée par la présence dans lequel une partie du d’un chromosome 21 chromosome 5 est supplémentaire. absente. Activité : Recherchez et décrivez : 3 maladies dues à des anomalies de nombre et; 3 maladies dues à des anomalies de structure Les mutations génétiques Définition Une mutation génétique est une modification de la séquence des bases d’une molécule d’ADN. Les gènes, qui produisent les protéines nécessaires au bon fonctionnement du corps, sont alors déréglés dans leur fonction. Des mutations peuvent être provoquées par la suppression de bases, l’ajout de bases supplémentaires ou le remplacement d’une base par une autre. Les différents types de mutations qui peuvent se produire sont décrits dans le tableau 1 ci- dessous. Les mutations génétiques Les agents mutagènes Ce sont les facteurs à l’origine des mutations : Les radiations UV Les rayons x Les produits chimiques Les virus