Tp-td de Sciences de la Vie et de la Terre – Classe de seconde Enseignement commun








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date de publication01.04.2017
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TP-TD de Sciences de la Vie et de la Terre – Classe de seconde Enseignement commun

TP n°

21

ADN et génome :

universalité et variabilité

Durée :

1 h

SVT

biologie

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Thème 3 : La Terre dans l’Univers, la vie et l’évolution du vivant




Nom :




Prénom :




Date :







Introduction :

Toutes les cellules possèdent une information génétique sous forme d’ADN. Celui-ci est localisé dans le cytoplasme pour les cellules sans noyau et situé dans le noyau pour les cellules eucaryotes. Il se condense lors des divisions cellulaires pour prendre la forme de chromosomes.

Problématique :

Qu’est-ce que l’ADN ? En quoi est-il universel ? Pourquoi parle-t-on de variabilité génétique ?

Objectifs :

Utiliser un logiciel de modélisation moléculaire, analyser des documents, raisonner.

Matériel :

Logiciel Rastop et fichier de modèle moléculaire d’ADN « ADN_h.pdb ».



  1. L’ADN : la molécule constituant le support physique de l’information génétique.

L’ADN (Acide DésoxyriboNucléique) est une molécule très longue, contenant une multitude d’informations appelées gènes. L’ensemble des gènes constitue l’information génétique. Mais la molécule d’ADN est aussi extrêmement fine et la meilleure définition de son image visible directement en microscopie électronique est celle de la photo ci-contre. Il a donc fallu comprendre, par d’autres moyens la structure tridimensionnelle de l’ADN. Nous nous proposons d’étudier un modèle moléculaire d’un très court fragment de cette molécule.http://bio3400.nicerweb.net/locked/media/ch09/09_07-dna-mitochondrion.jpg

  • Allumez l’ordinateur et lancez le logiciel de modélisation moléculaire Rastop. Affichez la molécule d’ADN en cliquant sur « Fichier », « Ouvrir », dossier « ADNARN », « ADN_h.PDB ».

  • Les fonctionnalités de rastop sont les suivantes :

  • faire tourner la molécule : maintenir le bouton gauche de la souris appuyé et déplacer la souris.

  • faire un zoom : maintenir la touche « maj » () puis maintenir le bouton gauche de la souris et la déplacer vers l’avant pour s’éloigner et vers l’arrière pour zoomer.

  • déplacer la molécule : maintenir le bouton droit de la souris appuyé et déplacer la souris.

  • Sélectionnez « Atomes » puis « Colorer », « Par chaîne ». Vous affichez ainsi différentes couleurs selon le nombre de chaînes qui composent la molécule.

  • Cliquez sur « Liaisons », « Liaisons hydrogène » puis « Afficher ». Les liaisons hydrogène sont des liaisons faibles, non covalentes et elles peuvent se rompre facilement par augmentation de la température par exemple. Repérez les liaisons hydrogène de la molécule.

  • Afin de mieux visualiser ces liaisons, on peut modifier l’affichage de la molécule : cliquez sur « Liaisons », « Liaisons hydrogène » puis « Mode », « squelette carboné », puis allez dans l’onglet « Rubans », cochez l’option « Afficher seul ».

Nous cherchons maintenant à déterminer quels sont les éléments chimiques qui constituent cette molécule.

  • Affichez à nouveau la molécule en boules et bâtonnets en cliquant sur l’icône suivante :

  • Masquez les liaisons hydrogène dans le menu « liaisons ».

  • Vous pouvez cliquer sur chaque atome pour savoir de quel élément il s’agit ou aller dans « molécule », « information », « atomes sélectionnés » pour avoir accès à ces données.




  1. Quelle est la forme générale de la molécule d’ADN ?j0199799

  2. Combien de chaînes possède-t-elle ? Comment les brins (chaînes) sont-ils associés ?

  3. Quels sont les éléments constituant l’ADN ?

Il reste encore à étudier la zone au centre de la molécule : celle qui contient effectivement le support de l’information génétique. Ces éléments sont appelés bases azotées. Il en existe 4 différentes : l’adénine (A), la thymine (T), la guanine (G) et la cytosine (C). Chaque base azotée est attachée à un brin d’ADN regroupant un sucre (le désoxyribose) et un groupement phosphate : cet ensemble s’appelle un nucléotide. Comment ces bases azotées sont-elles agencées ? Comment constituent-elles un message génétique ?

  • Sélectionnez d’abord toute la molécule (« éditer » ; « sélectionner » ; « tout ») et représentez l’ensemble en « fil de fer » :





  • Cliquez sur la case suivante et choisissez le type d’élément : adénine (A)





  • Puis cliquez sur « nouvelle sélection » puis choisissez une couleur visible (blanc par exemple).

  • Puis affichez le groupe sélectionné en forme de boule en cliquant sur l’icône suivante :

  • Même démarche pour le groupe nommé « T » pour la thymine puis « G » pour la guanine et « C » pour la cytosine (en choisissant pour chaque groupe d’autres couleurs que celle choisie pour l’adénine).

  1. Que constate-t-on ?j0199799

  2. Comment, d’après vous, avec seulement ces 4 groupes (que nous assimilerons à des lettres) peut-on constituer un message aussi complexe que notre information génétique ?

  3. Complétez et légendez le schéma de la molécule d’ADN



Phosphate


Base azotée


Désoxyribose



  1. L’universalité de la molécule d’ADN.

Document 1 : une application importante de la transgénèse dans la production de médicaments.

ogm3

  1. Qu’est-ce qu’un OGM ?j0199799

  2. Expliquez, à l’aide du document 1, pourquoi on peut parler d’universalité de la molécule d’ADN.



  1. Les mutations à l’origine de la variabilité génétique des populations – activité à terminer hors séance de TP.

Document 2 : la drépanocytose ou anémie falciforme, une maladie héréditaire.

Sur le chromosome 11 humain, il existe un gène qui contient l’information nécessaire à la fabrication d’une des chaînes de l’hémoglobine : la chaîne. Seulement, certains individus ont sur chaque chromosome de la paire n°11, une version modifiée du gène, suite à une très ancienne mutation. Cette mutation a provoqué l’apparition d’une maladie génétique très invalidante et mortelle, qui déforme les globules rouges (hématies). Cette maladie est appelée drépanocytose (du grec « drepnos » = faucille et « kytos » = cellule). Lorsqu’un gène existe sous plusieurs versions, on parle alors d’allèles pour désigner ces versions différentes.http://www.ac-grenoble.fr/xmallet/img/drepanocytose.jpg

Dans le cas de la drépanocytose, seuls les individus possédant les deux exemplaires mutés (un pour chacun des deux chromosomes de la paire n°11) sont atteints de la maladie (on dit qu’ils sont homozygotes pour l’allèle muté). S’ils portent les deux allèles sains (« normaux ») on dit qu’ils sont homozygotes sains. S’ils possèdent un allèle sain et un allèle muté (appelé allèle morbide, ou allèle délétère) on dit qu’ils sont hétérozygotes. Dans le cas de la drépanocytose, un individu hétérozygote est sain, l’allèle muté ne s’exprime pas et il n’y a pas de maladie : on dit que cette maladie est récessive (on dit aussi que cet allèle muté est récessif). Tandis que l’allèle sain est qualifié de dominant.

Voici la séquence du brin d’ADN « normal » de la chaîne  : ATG GTG CAC CTG ACT CCT GAG GAG AAG TCT …

Et voici la séquence mutée du même gène : ATG GTG CAC CTG ACT CCT GTG GAG AAG TCT …

  1. Sachant que chaque « triplet » de nucléotides (appelés codons) est traduit en un acide aminé spécifique (unité de base des protéines comme l’hémoglobine), expliquez l’origine génétique de la maladie et ses répercussions à l’échelle de l’organisme.j0199799

  2. Quelle est l’origine de la grande diversité des allèles se traduisant par la grande diversité des caractères d’une population ? (couleur des yeux, couleur de la peau, des cheveux, morphologie etc…)




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N. COHEN
TP classe de seconde – LPO LOUIS ARMAND


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