chapitre 2 - partie 3
B. ZOOM SUR L' UNE DES MOLÉCULES DU VIVANT: l' A.D.N.
Objectifs : Utiliser un logiciel de simulation numérique Manipuler un modèle afin d’approcher la réalité. Déterminer les composants de la molécule d’ADN et leur disposition dans l’espace.
B1. Nature chimique de la molécule d’ADN
1 1 Détermination de la structure générale de la molécule d’ADN : quelle est la structure générale de la molécule d’ADN ? , de combien de chaînes la molécule d’ADN est elle constituée ?
1 2 Composition chimique de la molécule d’ADN : au sein de la molécule d’ADN où se situent les atomes de phosphore ?, où se situent les atomes de carbone ?, d’oxygène ?, d’azote ?
1 3 Quels sont les nucléotides complémentaires ?
1 4 Par combien de liaisons hydrogènes ces paires de nucléotides sont elles reliées ?
1 5 Ouvrir plusieurs molécules d’ADN de différents organismes ( Fichier « ADN organismes » (Rat, Levure, Echerichia coli, virus de l’Herpès, VIH) et les comparer. Que constatez vous ?
1 6 Réaliser une représentation schématique de la molécule d’ADN (la rendre avec le rapport)
Correction :
Une molécule d’ADN est formée de deux chaines (ou brins) enroulées l’une autour de l’autre en double hélice.
Chaque brin est constitué de l’assemblage d’unités élémentaires appelées nucléotides.
Un nucléotide est formé par l’association de trois types de molécules différentes :
Un sucre : le désoxyribose
Un acide phosphorique
Une base azotée.
Il existe 4 bases azotées différentes, donc 4 nucléotides différents : Adénine, Thymine, Guanine, Cytosine.
Pour former la double hélice, les nucléotides s’associent deux à deux (par complémentarités de bases) :
- L’Adénine s’associe à la Thymine par 2 liaisons hydrogènes (liaisons faibles)
- La Cytosine s’associe à la Guanine par 3 liaisons hydrogènes.
La molécule d’ADN est donc formée de deux chaines complémentaires de nucléotides enroulées en double hélice.
La succession des nucléotides au sein de chaque chaine est liée au hasard et ne dépend pas des nucléotides qui l’encadrent : ainsi est déterminé le code génétique.
1 gène = 1 portion d'ADN = 1 succession unique de nucléotides
B2. Différence phénotypique et patrimoine génétique
Chez la Levure (Saccharomyces cerevisae), on connaît des souches qui diffèrent par la couleur des colonies qu’elles forment sur milieu solide, colonies blanc crème pour la souche sauvage, colonies rose /rouge pour une souche mutante.
Cette différence au niveau du phénotype (ensemble des caractères observables d’un individu) macroscopique entre les deux souches de Levures est due à une différence biochimique en rapport avec la capacité à synthétiser ou non de l’adénine (un acide aminé) à partir de précurseurs (éléments de bases servant à la production d’adénine) présents dans le milieu. La chaîne de biosynthèse (« fabrication ») de l’adénine est très complexe et comprend de très nombreuses étapes.
Chez la souche mutante à colonies rouges, elle est interrompue à une étape où le produit intermédiaire formé (AIR) est de teinte rose (en milieu aérobie). C’est son accumulation dans une cellule de Levure qui confère à celle ci une couleur légèrement rose (la couleur rouge de la colonie est due à un effet de masse). Dans le cas d’un milieu de culture où la quantité d’adénine et la quantité d’éléments précurseurs sont suffisants, la formation de colonies de Levures mutantes est possible. En conséquence, les Levures mutantes croissent, se multiplient tout en accumulant le produit intermédiaire, d’où la couleur rouge.
Le gène ADE2 code pour une enzyme (une protéine active) qui transforme le produit intermédiaire coloré (AIR) en un composé CAIR non coloré.
Le blocage de cette étape est dû à une mutation dans le gène ADE2.
On se propose d’étudier à l’aide d’un logiciel de comparaison les séquences en nucléotides des gènes présents chez ces deux souches de Levures.
2 1 Ouvrir le logiciel Anagène et charger le fichier ade2.edi (http://www2.ac-lyon.fr/enseigne/biologie/ress/mutations/lev_mut.html)
2 2 Sélectionner les deux séquences et effectuer une comparaison simple.
Résultats pour la comparaison des deux souches de levures : ...
2 3 Construire un tableau regroupant le maximum de données sur ces séquences (nombre de nucléotides, nombre de changement, position du changement, identification du changement...) et leurs conséquences ( sur le phénotype, sur le métabolisme des levures...).
à vous de jouer...
Pour aller plus loin...
... ces même comparaisons peuvent être faites chez plusieurs espèces de primates:
B3. La transgenèse
CORRECTION DM
La transgenèse désigne l’ensemble des techniques de transfert expérimentales d’une information génétique étrangère dans une cellule. Elle permet ainsi de former des êtres vivants dont l’information génétique et le phénotype sont modifiés. Un organisme qui a reçu un gène provenant d’une autre espèce est capable de produire une protéine qui lui est totalement étrangère.
La transgenèse consiste en l’introduction d’un gène étranger provenant d’une espèce donneuse dans le matériel génétique d’une autre espèce dite receveuse. L’organisme obtenu est un OGM (Organisme Génétiquement Modifie) ou organisme transgénique ou être vivant transgéniques. Le gène transféré est appelé transgène ou gène d’intérêt.
N.B: Cette méthode permet d'étudier les protéines dans leur environnement naturel : la cellule vivante. La découverte et les applications de la GFP ont été couronnées par le prix Nobel de chimie décerné à Osamu Shimomura, Martin Chalfie et Roger Tsien le 8 octobre 2008
Une fois introduit dans le génome de l’espèce receveuse, le transgène s’exprime, ce qui conduit à la production d’une nouvelle protéine par l’organisme transgénique. Il permet l’acquisition par l’espèce receveuse d’un nouveau caractère.
3 1 Formuler à partir du document et de votre réflexion une utilisation possible de cette protéine.
EXERCICE DE RÉVISION:
Des élèves ensemencent, sur un gel nutritif déposé au fond d’une boîte de Pétri des levures de la souche ''mutante'' (rouge) Ade 2.
La boîte de Pétri est ensuite maintenue à une température de 28°C pendant une semaine. Durant cette période, les cellules de levures déposées lors de la phase d’ensemencement se divisent.
Les résultats observés sont représentés sur le document suivant:
1) Expliquer comment, à partir de quelques cellules, se sont formées ces colonies riches de millions de cellules.
2) La couleur des colonies est-elle conforme à ce que l’on pouvait attendre ? Justifier.
Sachant que la couleur rouge des levures a pour origine l’accumulation dans le cytoplasme d’un pigment rouge, on peut supposer que les levures des colonies blanches ne possèdent pas ce pigment dans leur cytoplasme.
Des élèves avancent alors différentes hypothèses pour expliquer l’existence parmi les colonies rouges de colonies blanches.
Afin de réduire les possibilités, le professeur réalise alors l’expérience suivante : il prélève à l’aide d’une aiguille stérile quelques cellules d’une colonie blanche qu’il ensemence en suivant la même technique.
Il obtient les résultats suivants : 100% de colonies blanches
Ainsi, SI la blancheur des levures est une caractéristique qui se transmet de génération. C’est donc un caractère héréditaire. Cela signifie que ce caractère est déterminé par une information génétique… et l’information génétique de certaines levures de la souche Ade 2 mutante a été modifiée. Cette modification s’est transmise aux générations suivantes, donnant naissance aux colonies blanches que l’on a observées.
Comment vérifier cette hypothèse ?
Les scientifiques nous apprennent que les UV peuvent altérer la molécule d’ADN.
Les rayons ultra-violets(UV) transportent de l’énergie. Un photon UV qui est de courte longueur d’onde transporte une grande quantité d’énergie qui en plus de chauffer les molécules, les fragmente, les découpe.
Protocole expérimental :
Des levures de la souche Ade 2 ''mutantes'' sont ensemencées sur 5 milieux identiques (boîtes 1 à 5).
Ces boîtes sont ensuite exposées aux UV.
Le temps d’exposition est noté sur chacune des boîtes.
Résultats obtenus :
3) Cette expérience permet-elle de valider une des hypothèses posées au départ ? Argumenter.
A la suite du travail sur le logiciel RASTOP, nous avions émis l’hypothèse que l’ordre des nucléotides sur la molécule d’ADN-ce que l’on nomme la séquence-pouvait constituer un message…
Le gène Ade2 existe sous plusieurs formes ou allèles.
Une version que nous pouvons nommer Ade2Allele 1 qui donne des levures blanches.
Une version que nous noterons Ade2 Allele2 qui entraîne la formation de colonies de couleur rouge.
4) En utilisant les informations acquises au cours de cette activité et les conclusions de l’activité précédente, montrer que la séquence des nucléotides de l’ADN constitue un message.