Inform Génétique Partie 1 - Présentations PDF

2 PC BIOF UNITÉ 2 : Nature et mécanisme de l’expression du matériel génétique - le Génie génétique Parti e 1: Nature et mécanisme de l’expression du matériel génétique L’information génétique est un programme qui se transmet d’une cellule à l’autre pour s’exprime...

2 PC BIOF UNITÉ 2 : Nature et mécanisme de l’expression du matériel génétique - le Génie génétique Parti e 1: Nature et mécanisme de l’expression du matériel génétique L’information génétique est un programme qui se transmet d’une cellule à l’autre pour s’exprimer en caractères héréditaires.  Où se localise cette information génétique dans la cellule ?  Comment se fait sa transmission d’une génération à l’autre ?  Quelle est sa nature chimique ?  Comment se transmet-elle par la reproduction sexuée ?  Activité 1 Localisation de l’information génétique dans la cellule 1) Mise en évidence de l’information génétique chez une espèce végétale unicellulaire: l’acétabulaire On remarque la partie (1) formée du chapeau dégénère après un certain temps, tandis que la partie (2) basale qui contient le noyau croît normalement et régénère les parties manquantes dont un chapeau. On déduit que le noyau est nécessaire à la vie de la cellule, et peut-être qu’il est le support de l’information génétique. Chaque espèce régénère un nouveau chapeau correspondant à celui de l’espèce donatrice du noyau. On déduit que l’information génétique qui contrôle l’expression des caractères de l’individu (végétal) se localise dans le noyau. 2) Mise en évidence de l’information génétique chez une espèce animale pluricellulaire On Lesdéduit que l’information souriceaux nouveau-nésgénétique qui contrôle ont les mêmes l’expression caractères des caractères (couleur noir) de lal’individu que ceux de (animal)du souris donatrice se noyau. localise dans le noyau. 3) Structure du noyau d’une cellule eucaryote Enveloppe nucléaire Chromatine Nucléole Pore nucléaire le noyau est un organite cellulaire délimité par une enveloppe percée de pores et constitués d’un matériel plus ou moins granuleux (chromatine et nucléole) baignant dans le nucléoplasme.  ACTIVITE 2: Transfert de l’information génétique d’une cellule à l’autre: la mitose  Doc 1/Q1  En interphase (Phase qui précédé la mitose): La cellule présente un noyau de petite taille, entouré par la paroi nucléaire et renferme le nucléole et la chromatine.  Au cours de la mitose: l’observation de de l’extrémité de la racine montre des cellules avec des noyaux de tailles et d’aspects différents: Certaines cellules présentent des noyaux de grandes tailles avec la disparition de leurs parois nucléaires et leurs nucléoles; Des cellules présentent des noyaux ayant un aspect filamenteux. Ces filaments représentent les chromosomes. Des cellules ont des chromosomes qui apparaissent très condensés, d’autres ont des chromosomes soit disposés au milieu de la cellules, soit divisés en deux lots localisés dans les deux pôles de la cellule. On trouve également des cellules divisées en deux par une paroi squelettique. Doc 1/Q2 Les différents aspects de la cellule et de son noyau représentent les différentes phases de la mitose. La mitose est un mode de division cellulaire qui se déroule en 4 phases: Prophase: (1, 2) Doc 2/Q1 - Désorganisation de l’enveloppe nucléaire et du Propha nucléole. - Apparition des se chromosomes formés chacun de deux chromatides attachés au Doc 2/Q1 - Formation du fuseau Métap achromatique; hase - Les chromosomes se placent au milieu de la cellule et forment une plaque Doc 2/Q1 - Fissuration des centromères et formation de deux lots de Anaph chromosomes: ase chaque chromosome fils est formé d’une seule chromatide. - Les deux lots de chromosomes Doc 2/Q1 - Regroupement des chromosomes dans les 2 pôles - Reconstitution Téloph de l’enveloppe ase nucléaire - Début de séparation de la cellule-mère en 2 cellules filles Doc 3 /Q1 Chez la cellule animale, la mitose se déroule, dans son ensemble, de manière identique que chez la cellule végétale. On doit noter pourtant quelques variations:  A la différence de la cellule végétale, la cellule animale possède un organite appelé centrosome qui se duplique et forme 2 asters qui migrent vers les deux pôles et forment les fibres du fuseau achromatique.  Au cours de l’anaphase, la membrane cytoplasmique de la cellule animale Doc 3 /Q2 - a Au cours de la mitose, les chromosomes de la cellule-mère sont transmis aux deux cellules - filles: les chromosomes sont donc le support de l’information Doc 3 /Q2 - b A la fin de la mitose, on obtient deux cellules-filles ayant le même nombre de chromosomes, donc la même information génétique. La mitose est une division qui permet la formation de deux cellules Doc 4 /Q1 Définition: Durant la vie de la cellule, il y a succession de deux étapes: l’interphase suivie de la mitose. Doc 4 /Q2 L’interphase est caractérisée par un accroissement du volume nucléaire et par le dédoublement des nucléofilaments (la chromatine) et le début de leur spiralisation. La mitose est caractérisée, au cours de la prophase et la métaphase par l’individualisation des chromosomes dédoublés. Au cours de l’anaphase, il y a séparation des deux chromatides de chaque chromosomes et à la fin de NB: la durée du cycle cellulaire varie selon les L’activité 3:Nature chimique de l’information génétique Doc 1/Q1 L’expérience 1 : montre que les bactéries R d’aspect rugueux et sans capsule sont non pathogènes. Doc 1/Q1 L’expérience 2 : montre que les bactéries S qui possèdent une capsule sont virulentes ou pathogènes Doc 1/Q1 L’expérience 3 : montre que les bactéries S tuées par la chaleur sont non pathogènes. Doc 1/Q1 L’expérience 4: montre que les bactéries R (non pathogènes), mélangées aux bactéries S tuées par la chaleur, acquièrent un Doc 1/Q2 Hypothèse : Il y a eu donc, transfert d’une substance chimique des bactéries S mortes aux bactéries R vivantes, qui transforme Doc 2/Q1 Les fractions de protéines, de glucides, lipides, ou de l’ARN n’ont pas de pouvoir transformant mais en ajoutant de l’ADN à des Le principe bactéries R,transformant est la souris meurt, donc l’ADNl’acide a donc un pouvoir désoxyribonucléique transformant R en S. (ADN) Doc 3/Q2 La transformation de la bactérie R est due à l’intégration, dans sa  L’activité 4: Composition et structure de molécule d’ADN Doc 1/Q1 Les différents constituants de l’ADN: L’ADN est constitué de trois types de molécules: – Un sucre en C5 : le désoxyribose – L’acide phosphorique : H3PO4 – Quatre types de bases Doc 1/Q1 L’ADN signifie l’acide désoxyribonucléique:  L’acide phosphorique, confère à l’ADN un caractère acide.  Le sucre dans l’ADN est un désoxyribose.  Nucléique relative au Doc 1/Q2 Ces constituants (le sucre désoxyribose, L’acide phosphorique et une base azotée) chimiques sont assemblés en nucléotides. Chaque nucléotide est formé Doc 2/Q1 1,005 1,051 1,032 1,518 0,995 1,007 1,002 1,195 1,023 1,021 1,022 1,854 1,011 1,046 1,028 0,934 1,093 0,951 1 1,793 Doc 2/Q1 Le rapport A+G/T+C est égal à 1 chez toutes les espèces. Par contre, le rapport A+T/G+C est différent de 1. Doc 2/Q3 Chez toutes les espèces, les bases azotées présentent une complémentarité: L’adénine est complémentaire à la thymine (A-T). La guanine est complémentaire à la cytosine Doc 3/Q1 L’ADN montre une figure en croix caractéristique des structures en double hélice.  L’acide phosphor ue désoxyribose bases azotées Adénine Thymine Guanine Cytosine nucléotides L’ADN est constitué de deux chaînes (Brins) qui sont enroulées en spirale l’une autour de l’autre; C’est le modèle de la double hélice.  Chaque brin résulte de l'assemblage de nucléotides, et Les deux brins s’associent au niveau des bases par des liaisons hydrogènes (2 liaisons entre A et T et 3 liaisons entre C et G).  Les deux brins sont complémentaires : les bases s’apparient par complémentarité - L’adénine est complémentaire à la thymine - La guanine est complémentaire à la  5’ 3’ Désoxyribose Phosphate isons hydrogène Base azotée Nucléotide 3’ 5’ Schéma d’une molécule d’ADN L’activité 5: Les chromosomes : unité de transmission de l’information Doc 1/Q1 Le caryotype est la représentation photographique ou dessinée de l'ensemble (nombre et forme) des chromosomes présents dans les cellules d'une espèce donnée. Doc 1/Q2  L'analyse du caryotype de l'être humain montre 46 chromosomes organisés en paires. Chaque paire de chromosomes homologues (semblables) est constituée par un Doc 1/Q2  Les cellules comprennent donc 2n chromosomes, (n) étant le nombre de paires de chromosomes : ces cellules sont Doc 1/Q2  La 23ème paire appelée chromosomes sexuels (ou gonosomes) est différente chez l'homme (chromosomes X et Y) et Doc 1/Q2  Les 22 autres paires de chromosomes semblables chez l'homme et chez la femme sont appelées autosomes. Doc 1/Q2  La formule chromosomique chez l’homme peut s’écrire de la façon suivante : 2n = 44 A + XY ( ou 2n = 22AA + XY)  La formule chromosomique chez Doc 1/Q3 Le nombre de chromosomes varie d’une espèce à l’autre , chez les individus normaux de la même espèce le nombre de chromosome Doc 1/Q3 Chez ces espèces le nombre de chromosome est paire , elles sont nommé espèce diploïdes , on écrit leurs formules chromosomiques ainsi : Doc 1/Q3 Certaines espèces microscopiques de champignons ,d’algues et les bactéries ont un nombre de chromosomes impaire , on les nomme Doc 1/Q3 Certaines espèces microscopiques de champignons ,d’algues et les bactéries ont un nombre de chromosomes impaire , on les nomme Doc 2/Q1 La chromatine représente le matériel génétique contenu dans le noyau interphasique, elle apparait sous forme de filaments fins Doc 2/Q1 Chaque nucléofilament apparait comme un collier où une molécule d’ADN, s’enroule en plusieurs endroits (nucléosomes) autour de protéines Doc 2/Q1 Remarque : Environ deux mètres d'ADN dans chaque cellule doivent être contenus dans un noyau de quelques µm de diamètre. Les chromosomes sont composés d’une molécule très fine et très longue d’ADN associée à des protéines. Les chromosomes sont le résultat de Doc 2/Q1 Le repliement de la molécule d'ADN a pour intérêt de réduire l'encombrement de la molécule d'ADN. Doc 2/Q1 Cette condensation est assurée par l’interaction de l’ADN avec certaines protéines: - Durant l’interphase, la chromatine Doc 2/Q1 NB: En métaphase de mitose les chromosomes sont condensés au maximum et composé de deux chromatides reliées par le centromère. - Lorsque la cellule entre en mitose, les nucléofilaments subissent un surenroulement, qui se traduit par une augmentation du diamètre et Doc 2/Q2 Donc la chromatine et le chromosome sont deux états morphologiques différents d'un même matériel génétique.  L’activité 6: Mécanisme de la réplication de l’ADN  Quantité d’ADN G2 Mito 6 Interp seM A T p hase S 4 G1 Cycle cellulaire Temp s Doc Quantité Méiose 1/Q2 d’ADN Interphase G2 6 p M A T S 4 G1 Cycle cellulaire Temp s En mesurant la quantité d’ADN présente dans le noyau, on constate pendant un cycle cellulaire que :  pendant la phase G1, la quantité d’ADN normale est Q.  Pendant la phase S, la quantité d’ADN passe progressivement de Q à 2Q. Doc 2/Q1 cation de l'ADN, trois modèles ont ét  La réplication conservative : à partir d'une molécule d'ADN on forme une nouvelle molécule d'ADN Doc 2/Q1  La réplication semi- conservative : Chacun des deux brins de la molécule d'ADN sert de matrice pour la formation d'un Doc 2/Q1  La réplication dispersive : Aucun brin ne reste rescapé, les nouveaux brins sont constitués à la fois d'ADN de la molécule mère et Doc 3/Q1 ériences 1 et 2 sont des expériences t Doc 3/Q1 L’expérience 3 : Au bout de deux générations, la moitié des bactéries contient de l’ADN entièrement léger, et l’autre moitié de l’ADN de densité intermédiaire.. En conclusion, seul le Doc 3/Q1 La réplication de l’ADN de ces deux générations s’est donc effectuée sur le modèle de la réplication semi conservative, qui est donc validée. Dessin explicatif des résultats expérimentaux obtenus : G0: 100% ]15N[ ADN Lourd 100% :G1 ]14N[ ADN Hybride 50% ADN :G2 Hybride ]14N[ 50% ADN Léger Chaque œil correspond à deux fourches de réplication d’ADN qui progressent en sens inverse. Au fur et à mesure de l’écartement des deux brins de la molécule d’ADN, sous l’effet d’un complexe enzymatique appelé ADN polymérase qui ne fonctionne que dans le sens 5’ vers 3’, les nucléotides libres s’apparient avec ceux du brin matrice (initial) par complémentarité des bases azotées. Les différents « yeux » finissent par se rejoindre, permettant la duplication complète de la molécule d’ADN initiale Les deux brins d’ADN sont associés de manière antiparallèle, chacun d’eux possédant une extrémité 5’ et une extrémité 3’. Le complexe enzymatique ADN polymérase ne fonctionne que dans le sens 5’ vers 3’, ceci  T A T A T A T A A T A T A T A T A T A T A T A T G C G C G C G C C G C G C G C G T A T A T A T A A T A T A T A T A T T A T A T A T A T A G C G C G C G C G C C G C G C G C G C G nouvea Brin nouvea Brin u brin u brin origi origi nal ADN nal Deux molécules original filles FIN