Bilan notionnel :: Cycles cellulaires et stabilité du génotype ::

L’ADN porteur d’une information : BILAN

Bilan notionnel

Une molécule d’ADN est constituée de deux chaînes d’atomes, imbriquées l”une dans l’autre, formant une double hélice.

Une molécule d’ADN est constituée de deux chaînes (ou brins) de nucléotides.

Il existe 4 nucléotides différents : A, C , G et T.

Appariement des nucléotides.

  • Les nucléotides sont appariés : A avec T et C avec G.
  • Lorsqu’il y a un nucléotide A sur une chaîne, il y a alors toujours un nucléotide T, en face, sur l’autre chaîne.
  • Lorsqu’il y a un nucléotide C sur une chaîne, il y a alors toujours un nucléotide G, en face, sur l’autre chaîne.

Complémentarité des chaînes nucléotidiques.

L’appariement des nucléotides fait que les deux chaînes de nucléotides sont dites complémentaires.

La structure de la molécule d’ADN est universelle.

L’ADN est une molécule dont les caractéristiques structurales sont identiques chez toutes les cellules eucaryotes et procaryotes.

Mots clés – Notions (à connaître)

ADN – nucléotide – Chaîne de nucléotides –  brin d’ADN – double hélice – appariement des nucléotides – Complémentarité des brins

F.1 – Etude comparative de la structure de l’ADN Activité pratique

 Questionnement

On cherche à déterminer et comparer les caractéristiques de molécules d’ADN de différentes espèces.

  Matériel disponible

Nom
Code PDB
Nature Nombre de nucléotides  Type d’organisme
Adn_h.pdb
ADN_EtreHumain.rsm

1D7G
ADN humain – molécule hydrogénée 36 Eucaryotes
Adn_cycl.pdb
1EQZ
Très bel enroulement de la molécule d’ADN humain. Extrait du fichier 1EQZ sans l’histone. 292
(exceptionnel)
Eucaryotes
Rat.pdb
ADN-Rat.rsm

1C
ADN de Rat
(Rattus norvegicus)
16  Eucaryotes
Adn-lev.pdb
ADN_Levure.rsm

1AKP
ADN de Levure Saccharomyces sp. 20 Eucaryotes
Adn-ec.pdb
ADN_Bacterie.rsm
1AB4
ADN
Echerichia coli
26 Bactérie
Sulfolobus.pdb
1CA5
ADN
Sulfolobus acidocaldarius
16 Bactérie
Pyrococcus.pdb
1D3U
ADN
Pyrococcus woesei
48  Bactérie
Bacteriophage.pdb
5CRX
ADN
Bactériophage P1
66  Virus
Herpes.pdb
1B3T
ADN du virus de l’Herpés (Human Herpesvirus 4) 36 Virus
Adn-virus.pdb
424D
ADN de Papillomavirus 23 Virus
Adn-vih.pdb
1BQN
ADN proviral de virus VIH (clône12 Type 4) 38 Virus

  Protocole

  • Temps 1 : analyse de la structure d’un fragment d’ADN humain
    • Démarrer le logiciel Rastop.
    • Ouvrir le fichier ADN_EtreHumain
    • Activer la fonction de sélection d’une “chaîne d’atomes”
    • Sélectionner une chaîne d’atomes en cliquant sur n’importe quelle atome du modèle affiché
    • Choisir une couleur dans la palette pour visualiser la sélection.
    • Activer la rotation du modèle moléculaire
    • Décrire et noter ses observations [bilan 1]
    • Sélectionner tous les atomes.
    • Activer le critère de sélection “nucléotide A”, puis effectuer une “nouvelle sélection”
    • Choisir la couleur “jaune” dans la palette pour visualiser la sélection.
    • Répéter les trois opérations précédentes pour les nucléotides “C” (affichage en orange), “G” (affichage en bleu) et “T” (affichage en vert).
    • Décrire et noter ses observations [bilan 2]
  • Temps 2 : analyse de la structure de fragments d’ADN d’autres cellules eucaryotes (Rat, Levure) et procaryote (bactérie)
    • Ouvrir les fichiers ADN-Rat, ADN_Levure.rsm et ADN_Bacterie.rsm
    • Activer l’affichage en “mosaïque” (juxtaposer les 4 fenêtres d’affichage des modèles moléculaires
    • Utiliser les fonctionnalités du logiciel pour savoir si les trois “nouveaux” fragments d’ADN sont constitués de deux chaînes d’atomes comme celui d’ADN humain et comparer avec la première description.
    • Utiliser les fonctionnalités du logiciel pour savoir si les trois “nouveaux” fragments d’ADN sont constitués des mêmes nucléotides que celui d’ADN humain et comparer avec la seconde description
    • Formuler une bilan général sur la structure de l’ADN chez les êtres vivants. [bilan 3]

Atelier “Anglais scientifique” – DNA

Introduction

The genetic information carried in the molecule called DNA determines every inherited physical characteristic of every living thing. DNA—more formally known as deoxyribonucleic acid—is found inside almost every cell. It controls how the cell replicates and functions, and what traits are inherited from previous generations. DNA determines traits that can be seen—such as eye color in animals—as well as traits that are not visible, such as blood type. DNA is also found in some viruses (see virus).

DNA molecules consist of two strands of biochemical compounds called nucleotides linked together by chemical bonds (see molecule). Nucleotides are composed of three molecules: a phosphate, a sugar, and a nitrogen-containing base. In DNA, the sugar is deoxyribose, and the base is either adenine, guanine, cytosine, or thymine (see biochemistry, “DNA Carries Heredity”). Adenine and guanine (symbolized for convenience as A and G, respectively) are classified as purines; cytosine (C) and thymine (T) are pyrimidines.

Within each strand the nucleotides are connected to each other by covalent bonds linking the phosphate of one nucleotide with the sugar of the next (see inorganic chemistry). This forms a chain from which the bases protrude. The bases of one strand are linked to bases of the second strand by hydrogen bonds. This base pairing is very specific—because of their structures, adenine can only pair with thymine, and cytosine can only pair with guanine. Thus joined, the ladder-shaped DNA strands are coiled around each other, forming a spiral, or double helix. This configuration makes the DNA molecule very stable.

Within the cell, DNA and various proteins are organized into dense units called chromosomes. In prokaryotes—organisms such as bacteria whose cells lack a true nucleus—these float freely in the cell’s cytoplasm. In eukaryotes, chromosomes are located within the nucleus, though some DNA is found also in mitochondria and in chloroplasts (see genetics; living things, “Simple and Complex Cells”).

The History of DNA

DNA was first discovered in 1869, but its role in genetics was not clear until the 1940s. In 1953, scientists James Watson, Francis Crick, Maurice Wilkins, and Rosalind Franklin determined the double-helix structure of DNA, as well as its method of replication. Their work earned a Nobel prize in 1962 (see Franklin, Rosalind).

Source : Encyclopedia Britanica


The Discovery of the Molecular Structure of DNA – The Double Helix.
Source : http://www.nobelprize.org

Play the DNA – The Double Helix Game

2 – La nature du vivant

  Questionnement
  • Qu’est-ce qui caractérise la forme de vie présente à la surface de la Terre ?
  • Quelles sont les caractéristiques communes à tous les êtres vivants ?
  • Quelle est la signification biologique de ces caractéristiques communes ?
 

A – Constitution chimique de la matière vivante

  • Qu’est ce qui distingue la matière vivante de la matière inerte sur le plan chimique ?
  • Parmi tous les éléments chimiques connus, certains sont-ils propres à la matière vivante ?
  • La matière vivante est-elle constituée de molécules qui lui sont propres ?


  • Activité 1 – Pratiquer un raisonnement scientifique – Concevoir un protocole expérimental pour résoudre un problème. [fiche de travaux pratiques]
  • Activité 2 – Pratiquer un raisonnement scientifique – Mettre en œuvre un protocole expérimental pour résoudre un problème. [fiche de travaux pratiques]
  • Activité 3 – Pratiquer un raisonnement scientifique – Exploiter les informations tirées d’un document
    • Problème à résoudre : Qu’est-ce qui caractérise la matière vivante ? Qu’est-ce qui la distingue de la matière inerte ?
    • Hypothèse – La matière vivante est constituée à partir d’éléments chimiques qui lui sont propres. [Document de référence : classification périodique des éléments]
    • Vérification – A partir d’informations tirées du document A page 40 du livre, valider ou non cette hypothèse (argumenter).
    • Conclusion (à noter dans votre cours)

     

  • Activité 4 – Pratiquer un raisonnement scientifique – Exploiter les informations tirées d’un logiciel de traitement de données

B – Structure cellulaire du vivant

  • Qu’est-ce qu’une cellule ? Quelles sont les caractéristiques d’une cellule ?
  • Qu’est-ce qu’une cellule procaryote ? Qu’est-ce qu’une cellule eucaryote ?
  • Qu’est-ce qu’une mitochondrie ? Un chloroplaste ?

Activité 1 – Observation de cellules de Nostoc et de Levure au M.O.

TN_DSCN2112Bilan

C – Métabolisme cellulaire

  • Qu’est-ce que le métabolisme ?
  • Qu’est-ce qu’un métabolisme énergétique ?
  • Qu’est-ce que la respiration ? La fermentation ?

Activité 1 – A partir d’informations tirées du document B page 53 du livre d’une part et de connaissances d’autre part, montrer que les mitochondries interviennent dans la réalisation de la respiration.

  • Qu’est-ce que les “échanges” cellulaires ?
  • Comment mettre en évidence un métabolisme cellulaire ?

Activité 2 – Mise en évidence par ExAO de la respiration de la levure du boulanger.

Bilan

D – L’ADN : support d’une information

  • Structure de l’ADN

Activité 1 – Mise en évidence de la structure moléculaire de l’ADN – Utilisation d’un logiciel de traitement de données moléculaires : Rastop.

  • Relation entre structure et information

Activité 2 – Mise en évidence de la relation entre structure de l’ADN et l’information portée par l’ADN – Utilisation d’un logiciel de traitement de séquences : GenieGen

Comparer la “portion” de l’ADN qui intervient dans la réalisation du caractère “groupe sanguin” d’un être humain, d’une personne de “groupe A” avec celle d’une personne de “groupe B” et de “groupe O”.

Notions abordées :

  • (Un) Gène : “portion” d’une molécule d’ADN qui porte une information intervenant dans la réalisation d’un caractère.
  • L’information portée par l’ADN réside dans les caractéristiques de la séquence des nucléotides :
    • sa longueur : nombre total de nucléotides ;
    • la quantité (le pourcentage) de chacun des quatre nucléotides ;
    • l’ordre de succession (d’enchaînement) des nucléotides.
  • Un allèle est une séquence de nucléotides “particulière” (ou variant, ou version d’un gène) qui porte l’information permettant la réalisation d’une variante pour un caractère donné.
    Pour un gène donné il existe plusieurs allèles. Par exemple, pour le gène “groupe sanguin” il existe trois allèles : l’allèle A, l’allèle B et l’allèle O.
    Allèle “normal” ou allèle “sauvage” = allèle le plus courant, le plus fréquent dans une population d’individus.
  • Relation entre information génétique et métabolisme cellulaire

Activité 3 – Etude du document A page 60 du livre.

Constatation : la “couleur” est une caractéristique (un caractère) de la cellule de Levure qui est réalisée par l’information que porte un gène (le gène Ade2).
La couleur”rouge” est due à l’accumulation d’une molécule (ou pigment) dans le milieu intracellulaire.  Chez les Levures “blanches” cette molécule subit une transformation chimique du métabolisme cellulaire dont le produit est une molécule appelée “adénine”.

Conclusion : la réalisation d’un caractère est donc liée à la réalisation ou non d’une ou plusieurs transformations chimiques du métabolisme cellulaire.
Et c’est l’information portée par un gène qui contrôle la réalisation ou non des transformations chimiques en question.

Documents complémentaires