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.

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.

1 -On observe que toutes les colonies se développent sur le milieu sans streptomycicne, alors que sur le milieu avec streptomycicne, la boîte de Pétri révèle en effet l’absence d’une grande partie des colonies hormis le développement de certaines d’entre elles.

2 – Ce résultat s’explique par l’acquisition de ces colonies d’un nouveau caractère leur permettant de résister à l’antibiotique. L’apparition d’un nouveau caractère est liée à une modification du programme génétique de certaines bactéries, il s’agit d’une mutation.

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.

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:

1 – A partir de l’exploitation de ces données, élucidez la relation protèine/caracère.

1- La couleur de pelage du lapin est lié à la présence ou l’absence de la mélanine, or cette derniere depend de l’activité d’une enzyme tyrosinase (proteine), quand elle est fonctionnelle, elle permet la synthèse de la mélanine d’ou la coloration sombre. Alors que le défaut d’activité de cette enzyme est responsable de l’absence de mélanine, donc de l’albinisme. Dans cet exemple le caracère ( la coloration de pelage) depend de l’acitivite d’une proteine ( l’ensyme tyrosinase).

– 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.

OpenStax College

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.

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.

Le document suivant montre une comparaison entre l’hémoglobine d’un individu sain (HbA) et celle d’un individu malade (HbS)

A partir de l’exploitation du document,

1 – Comparez les séquences d’acides aminés de HbA et HbS.

2- Elucidez la relation protèine/caracère

1- On note une différence d’un acide aminé entre HbA et HbS: la substitution de l’acide aminé numéro 6 GLU par VAL

2 – La modification de la séquence en acides aminés de la protéine(l’hémoglobine) entraine une modification du caractère(la forme des hématies d’ou la drépanocytose). Donc il existe une relation protéine/caractère.

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

1 –Comparez les séquences nucléotidiques de HbA et HbS.

2- Etablissez la relation entre les séquences nucléotidiques et les séquences d’acides aminés.

1- On observe une différence d’un nucléotide entre les séquences nucléotidiques de HbA et HbS: la substitution du nucléotide A numéro 17 par T.

2 -Une modification de la séquence des nucléotides de la molécule d’ADN = mutation entraîne des modifications observables au niveau de la séquence d’acides aminés. Donc la séquence des acides aminés de la chaine ß de l’hémoglobine est déterminée par la séquence des nucléotides d’une portion d’ADN particulière = le gène impliqué dans la synthèse la chaine ß de l’hémoglobine.

– 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.

1 – En exploitant les données expérimentales, déduisez comment passe l’information du noyau au cytoplasme.

1-On observe que Seul l’ARNm a permis la synthèse de l’hémoglobine par des cellules incapables à l’origine de former de l’hémoglobine. Donc l’ARNm est l’intermédiaire entre l’ADN du noyau et le cytoplasme.

5- Structure et composition chimique de l’ARNm

Document 1

ARNm                                                                            ADN

Document 2

En exploitant les document 1 et 2:

1 – Dégagez la composition chimique de l’ARNm.

2 – Comparez la molecule d’ARNm et d’ADN.

1-L’ARNm, est une molécule monocaténaire (formée d’un seul brin). C’est un acide nucléique constitué d’un enchainement de nucléotides. Chaque nucléotide de l’ARN est constitué de :

– Un sucre à 5 atomes de carbone: le ribose

– Une base azotée : A ou C ou G ou U (uracile)

– Un acide phosphorique

2 – Comparaison d’ARNm et d’ADN

ADN                                                                                          ARN

bicaténaire                                                                       monocaténaire

le sucre est un desoxyribose                                     le sucre est un ribose 

bases azotées ACGT                                                   bases azotées ACGU

durée de vie longue                                                      durée de vie courte

dans le noyau                                                        dans le noyau et le cytoplasme

une longue molécule                                                               courte

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

fr.wikipedia.org

Le document 5 montre une animation de la transcription de l’ADN en ARNm: Voir lien

1 –  A partir de l’exploitation des documents 3, 4 et 5, décrivez le mécanisme de la transcription.

1- La construction de l’ARNm est catalysée par un complexe enzymatique: l’ARN polymérase, elle se fait selon les étapes suivantes:

-Ouverture de la molécule d’ADN au niveau d’un gène par rupture des liaisons hydrogènes.

-Le brin transcrit servant de matrice, mise en place des nucléotides d’ARN face à des nucléotides d’ADN par complémentarité des bases.

-Liaison entre les nucléotides pour former le brin d’ARNm. -Détachement de l’ARNm du brin d’ADN transcrit (l’autre brin de l’ADN est dit le brin non transcrit).

-Les deux brins d’ADN se réapparient.

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:

1 – En exploitant le document 6, déduisez la relation qui relie l’ARN à la synthèse des protéines.

1- On constate que la quantité d’ARN diminue puis disparaît en 30 minutes, alors que l’intégration des acides aminés dans les protéines augmente. Donc l’ARN induit la synthèse des protéines.

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:

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
2 – Proposez une hypothese pour expliquer cette relation.

1- Lorsqu’ils utilisent un ARNm constitué d’un seul type de nucléotides ayant pour base azotée l’uracile (U) appelé poly-U , ils receuillent dans le milieu des polypeptides constitués uniquement de phénylalanine (poly-phe). De même lorsqu’on utilise un poly-A on obtient un poly-Lys, et quand on utilise un poly-C on obtient un poly-Pro. Cela montre qu’il existe une relation entre la nature du nucléotide au niveau de l’ARNm et la nature de l’acide aminé déterminé.

2- On peut supposer qu’un assemblage de nucléotides code pour un acide aminé.

Pour verifier l’hypothèse, on propose d’étudier le document suivant:

le document 8: Quelques résultats des expériences selon la méthode de Niremberg et Matthaei :

1 – A partir de l’exploitation du document 8, déduisez comment l’information génétique code la séquence d’acides aminés.

1- On obtient une séquence proteique de même acide aminé seulement lorsqu’on utilise un ARNm constitué de même nucléotide ou de même triplet nucléotidique. Et vue que l’ARN est constitué de quatre nucléotide tandis que les protéines sont constituées de 20 acides aminés différents. Il est donc impossible qu’un nucléotide correspond à un seul acide aminé. Donc la traduction de l’ARNm est réalisée par triplets de nucléotides, appelés codons. Ce système de correspondance entre codons et acides aminés, represente le code génétique.

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: Animations montrant les mecanismes de la synthèse des protéines.

Lien1   Lien2,    Lien3,     Lien4

1 – A partir de l’exploitation des documents 1 et 2, decrivez les étapes de la traduction.

1- la synthèse des protéines se déroule en trois étapes:

– L’initiation: la petite sous-unité du ribosome se fixe et reconnait le codon initiateur (AUG). L’ARNt correspondant à la methionine est apporté grâce à la grosse sous-unité du ribosome qui vient se fixer sur la petite unité.

– L’élongation: le ribosome avance d’un codon sur l’ARNm et un autre ARNt arrive avec un acide aminé correspondant au codon suivant. Après fixation des 2 ARNt, les acides aminés qu’ils transportent sont reliés entre eux par une liaison peptidique. Ce mecanisme se répéte et s’accompagne de l’allongement progressif de la chaîne polypeptidique.

– La terminaison: la synthèse de la protéine est terminée lorsque le ribosome rencontre un codon stop ou non sens (UAA ou UAG ou UGA). Alors, il se sépare de l’ARNm et se détache de la chaîne polypeptidique. En outre, le plus souvent, le premier acide aminé est éliminé.

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Créé sur Par Mostafa fathi

QUIZ

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1 / 18

Le type de mutation qui n’existe pas

2 / 18

Si une mutation (non mortelle) touche une cellule somatique, alors cette mutation

3 / 18

Le gène, au niveau d'un chromosome

4 / 18

Les deux grandes étapes de l'expression des gènes sont :

5 / 18

Lors de la transmission et de l'expression de l'information génétique,

6 / 18

La synthèse des ARN se fait :

7 / 18

la transcription :

8 / 18

Nombre des ARN de transfert. Les ARNt :

9 / 18

A quel moment les ribosomes interviennent-ils ?

10 / 18

Que sont les polysomes ?

11 / 18

Les monomères des protéines sont :

12 / 18

Les liaisons reliant entre eux les acides aminés constituant une protéine sont des :

13 / 18

Quelle est la traduction de la séquence suivante :
UGC UAC UUC CAG AAC UGC CCA AGA GGA

14 / 18

L'ARN messager est

15 / 18

le code génétique est :

16 / 18

Les ribosomes

17 / 18

dans le tableau du code génétique universel il y a :

18 / 18

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