I – Localisation de l’information génétique
1 – Chez un être vivant unicellulaire
Pour déterminer la localisation du noyau on propose l’étude de ces expériences réalisez sur l’acétabulaire (algue unicellulaire constituée d’un pied, un pédicule et un chapeau).
Expérience 1 : Section et régénération.
Expérience 2 : Greffe de noyau.
Q – Analysez ces expériences. Que peut-on déduire de ces expériences ?
R-
Expérience 1 : On observe que le pied qui contient de noyau régénère une nouvelle algue, alors que les autres parties meurent. Donc le noyau est nécessaire à la survie et la croissance de l’algue.
Expérience 2 : On observe que l’acétabulaire obtenue à la fin de l’expérience est semblable à l’acétabulaire duquelle on a pris le noyau. Donc le noyau contient l’information génétique permettant la reconstitution du chapeau le l’acétabulaire.
2 – Chez les êtres vivants pluricellulaires
La figure présente les étapes de l’expérience de Gurdon.
Q – Analysez cette expérience. Que peut-on déduire ?
R – On observe que xénope provenant du développement de l’ovule a hérité le caractère du xénope donneur du noyau et non pas celui du xénope que a donné l’ovule sans noyau. Donc les caractéristiques d’un individu pluricellulaire dépendent de l’information génétique contenue dans le noyau.
Bilan : L’information génétique qui détermine les caractères héréditaires se trouve dans le noyau chez les organismes unicellulaires et pluricellulaires.
Remarque : L’information génétique des bactéries (des cellules sans noyau) est localisé dans le cytoplasme.
II – transmission de l’information génétique d’une cellule à une autre
1 – La mitose
La mitose est division d’une cellule mère à deux cellules filles strictement identique génétiquement. La mitose est un processus continu, mais qu’on peut diviser en quatre phases.
a – Étapes de la mitose chez une cellule végétale
La figure suivante présente des schémas des différentes phases de la mitose chez une cellule végétale.
Q – Décrivez les phase de la mitose.
La mitose peut être subdivisée en quatre étapes :
- La prophase : Se caractérisent par la condensation des chromosomes, la disparition de l’enveloppe nucléaire, l’apparition d’un fuseau mitotique auquel s’attachent les chromosomes (par les fibres chromosomiques).
- La métaphase : Qui se caractérise par la condensation maximale des chromosomes, le positionnement de tous les centromères à l’équateur de la cellule, les chromosomes forment ainsi la plaque équatoriale.
- L’anaphase : Qui connaît la séparation des chromatides de chaque chromosome par rupture de centromère, puis les chromosomes fils migrent vers l’un des pôles de la cellule.
- La télophase : Lors de laquelle les chromosomes se décondensent et une enveloppe nucléaire se forme autour de chacun des deux lots chromosomiques. Le cytoplasme se divise (cytodiérèse) par formation d’une nouvelle membrane plasmique et une paroi cellulosique.
b – Étapes de la mitose chez une cellule animale
La figure suivante présente des schémas des différentes phases de la mitose chez une cellule végétale.
Q – Comparez la mitose chez la cellule animale et chez la cellule végétale.
R – la mitose se passe de façon semblable chez les cellules végétales et animales, cependant on distingue chez les cellules animales :
- la présence d’un organite spécifique : le centrioles que forme les asters lors de la division.
- La cytodiérèse se fait par la formation d’un sillon de division suite à un étranglement équatorial.
2 – Le cycle cellulaire
La figure suivante présente un schéma du cycle cellulaire.
Q – Décrivez de cycle cellulaire.
R – Le cycle cellulaire comporte deux étapes :
- L’interphase : Précède la mitose. Les chromosomes décondensés se dédoublent durant cette phase, ils deviennent formés de deux chromatides non condensés accolés au niveau du centromère.
- La mitose : suit l’interphase. Les chromosomes doublés sont partagés sur les deux cellules filles, ainsi chaque cellule reçoit une copie complète de l’information génétique tout en conservant le nombre de chromosome.
3 – Le caryotype
a – Technique de réalisation
La figure suivante décrit la technique de la réalisation d’un caryotype.
Le caryotype est la représentation photographique ou dessinée de l’ensemble les chromosomes présents dans les cellules d’une espèce donnée. Les chromosomes sont classés selon leur longueur et selon la position de leurs centromères.
b – Le Caryotype humain
La figure suivante présente deux caryotypes humain (1 : masculin, 2 : féminin).
Q – Analysez ces deux caryotypes.
R – Le caryotype humain contient 46 chromosomes organisés en paires. Chaque paire de chromosomes homologues est constituée par un chromosome hérité du père et l’autre de la mère.
Les cellules comprennent donc 2n chromosomes, n étant le nombre de paires de chromosomes : ces cellules sont dites diploïdes (2n = 46).
La 23ème paire appelée chromosomes sexuels est différente : chez l’homme (XY) et chez la femme (XX).
Les 22 autres paires de chromosomes semblables chez l’homme et chez la femme sont appelées autosomes.
On écrit la formule chromosomique de la façon suivante :
- Chez l’homme : 2n = 44 A + XY.
- Chez l’homme : 2n = 44 A + XX.
III – Nature chimique du matériel génétique
1 – Mise en évidence de la nature chimique du matériel génétique
À fin de connaître la nature chimique du matériel génétique, on propose l’étude des expériences suivantes :
- Expériences de Griffith
Griffith a utilisé dans ses expériences deux souches de pneumocoques (bactérie responsable de la pneumonie) :
- Souche S : qui a un aspect lisse (smooth) grâce à la présence d’une capsule.
- Souche R : sans capsule, a un aspect rugueux.
Les résultats des expériences de Griffith sont résumés dans la figure suivante :
Q-1 – Interprétez ces résultats. Que peut-on déduire ?
Expérience d’Avery : pour expliquer les résultats des expériences de Griffith, Avery a réalisé les expériences présentées dans la figure suivante.
Q-2 – À partir de ces résultats, déduisez la nature chimique de l’information génétique.
R-1-
L’injection des bactéries S vivantes conduit à la mort de la souris. Donc la souche S (doté de capsule) est pathogène (mortelle) pour la sourie.
L’injection des bactéries R vivantes ne tue pas la sourie. Par ce que la souche R (non pathogène) est facilement éliminée par le système immunitaire de la souris.
L’injection des bactéries S tuées par la chaleur ne tue pas la sourie. Donc la souche S tué par la chaleur est non pathogène pour la sourie.
L’injection des bactéries R vivantes avec des bactéries S morte par la chaleur conduit à la mort de la souris, avec apparition des bactéries S vivantes dans le sang. Donc, un des constituants de la bactérie S permet à la bactérie R de construire une capsule et se transformer en bactérie S. Griffith a nommé se constituant le facteur transformant.
R-2-
- Après élimination des protéines ou de l’ARN (présence d’ADN), les bactéries R se transforment en S.
- Si l’ADN est éliminé, les bactéries R ne se transforment pas en S.
- Donc, l’ADN est nécessaire pour la transformation des bactéries R en S, il transfère l’information génétique (la capacité de construire une capsule) de R à S.
Alors l’ADN est le support de l’information génétique.
Remarque : la figure suivante montre le mécanisme de la transformation bactérienne.
2 – Étude du cycle de vie du bactériophage
Le bactériophage est un virus qui attaque les bactéries. La figure suivante présente les étapes du cycle de vie de ce virus.
Q – Décrivez le cycle de vie du bactériophage. Que peut-on déduire ?
R-
Le cycle de vie du bactériophage peut être divisé en étapes suivantes :
- Fixation du phage sur des récepteurs spécifiques situé à la surface de la bactérie: c’est l’adsorption.
- Injection de l’ADN du phage à l’intérieur de la bactérie.
- Fabrication des différents constituant du phage, et leur assemblage pour la production d’une centaine de virus.
- Lyse de la bactérie et libération des bactériophages. Ceux-ci vont pouvoir ainsi infecter les autres bactéries hôtes.
La multiplication du bactériophage à l’intérieur de la bactérie, nécessite l’introduction de l’ADN seulement. Donc l’ADN est le support de l’information génétique.
IV – Composition chimique et structure de l’ADN
1 – Composition chimique de l’ADN
L’ADN est constitué de trois types de molécules :
- Sucre en C5 : le désoxyribose.
- Acide phosphorique : H3PO4.
- Bases azotées : Adénine (A), Thymine (T), Guanine (G), Cytosine (C).
Ces constituants chimiques sont assemblés en nucléotides. Ainsi on distingue 4 types de nucléotides :
L’ADN est une macromolécule formée de l’assemblage de plusieurs nucléotides (polynucléotide).
2 – Structure de l’ADN
Pour déterminer la structure de l’ADN, on propose l’étude des expériences suivantes :
- Expérience de Chargaff :
La mesure des proportions des différents nucléotides des extraits d’ADN d’espèces différentes a donné les résultats présentés dans le tableau suivant.
Q – Complétez le tableau. Que peut-on déduire.
R – Quelle que soit la source de l’ADN, la proportion d’A est l’équivalente à celle de T et la proportion de G est équivalente à celle de C. Donc la molécule d’ADN est constitué par deux brins de polynucléotides liés entre eux, tel que chaque A d’un brin est lié à un T du brin complémentaire et chaque C d’un brin est lié à un G du brin complémentaire.
- Travaux de Rosalind Franklin : Elle a étudié des molécules d’ADN par diffraction aux rayons X. Ces travaux ont montré que l’ADN a une structure en double hélice.
Modèle de la double hélice
L’ADN est constitué par l’enroulement de deux chaînes nucléotidiques : C’est le modèle de la double hélice. Les deux chaîne sont associées par des liaisons hydrogènes (2 liaisons entre A et T et 3 entre C et G) qu’niveau des bases azotées.
Les deux chaînes s’enroulent l’une autour de l’autre selon deux directions opposées, et sont dites anti-parallèles (un brin orienté 3’ → 5’, l’autre 5’ → 3’) .
Remarque : La chromatine est constituée de l’ADN qui s’enroule entre des protéines
nommées les histones. Durant la division cellulaire, la chromatine se condense (enroulement de la chromatine) pour
former les chromosomes.
V – La réplication de l’ADN
1 – Évolution de la quantité d’ADN durant un cycle cellulaire
La figure suivante représente les résultats du dosage de la quantité d’ADN dans une cellule durant un cycle cellulaire.
Q – Analysez le graphe.
R – Au cours de l’interphase la quantité d’ADN :
- Est constante à Q = 1 UA pendant la phase G1 (1ere phase de croissance)
- Elle Augmente pour atteindre 2Q pendant la phase S (phase de synthèse),
- Elle reste stable pendant la phase G2 (2ème phase de croissance).
Au cours de la mitose la quantité d’ADN est divisé par deux (de 2Q à Q).
Après dédoublement de l’ADN (S), chaque chromosome (formé initialement par une seule chromatide) est formé de deux chromatides.
2 – Mécanisme de réplication de l’ ADN
a – Expérience de Taylor
La figure suivante présente l’expérience de Taylor (1957).
Q-1 – analysez les résultats de cette expérience.
Sachant que :
et considérant que la duplication de l’ADN peut effectuée selon 2 principaux modèles :
Q-2 – Expliquer ces résultats expérimentaux, en utilisant des schémas simplifiés de la
molécule d’ADN.
R-1 – Analyse :
- Échantillon 1 : après un cycle cellulaire dans un milieu contenant de la thymine radioactive, on remarque que tous les chromosomes des cellules sont devenus radioactifs (100 % chromatides radioactives).
- Échantillon 2 : après un 2ème cycle cellulaire dans un milieu contenant de la thymine non radioactive, on remarque que chaque chromosome est constitué d’une chromatide radioactive et l’autre non radioactive ( 50 % chromatides radioactives, 50 % non radioactive).
- Échantillon 3 : après un 3ème cycle cellulaire dans un milieu contenant de la thymine non radioactive, on remarque que 25 % des chromatides sont radioactives et 75 % sont non radioactives.
R-2 – Explication :
- Si la duplication de l’ADN s’effectue selon le modèle conservatif, on aurait obtenu dans l’échantillon 1 50 % de chromosomes radioactifs et 50 % non radioactifs, ce qui contredit les résultats observés. Donc ce modèle est faux.
- Explication selon le modèle semi-conservatif.
b – Mécanisme de la réplication d’ADN
Dans les cellules eucaryotes, la réplication débute en plusieurs endroits de la molécule D’ADN formant ainsi les yeux de réplication.
La figure suivante montre le mécanisme de la réplication de l’ADN
Q – Décrivez le mécanisme de la réplication de l’ADN.
R – La réplication de l’ADN commence par la séparation locale des brins au niveau des œils de réplications. Chaque brin sert de matrice pour la synthèse d’un nouveau brin complémentaire.
Au fur et à mesure de l’ouverture de la double hélice, des nucléotides, initialement libres dans le milieu cellulaire, vont s’apparier à des nucléotides du brin parental selon la complémentarité des bases azotées, cet appariement est réalisé grâce à ADN polymérase (fonctionne seulement dans le sens 5’ → 3’).
Remarque : La réplication est asymétrique. L’un des deux brins est synthétisé de
façon continue tandis que l’autre est synthétisé sous forme de fragments (fragment d’Okazaki).
Exemple :
Aucun commentaire:
Enregistrer un commentaire