Rappel : Le programme génétique contrôle les activités fondamentales des cellules








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date de publication06.01.2017
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Ch2 Du gène à la protéine : l’expression du patrimoine génétique

RAPPEL : Le programme génétique contrôle les activités fondamentales des cellules.

Les principaux « acteurs » de la vie cellulaire sont des protéines.
Problème : Quels liens existent entre gène et protéine ?

I.La relation ADN-protéine


Réalisation d’une expérience de transgénèse chez la bactérie (diaporama)

Les protéines sont des molécules du vivant caractérisées par une très grande diversité, à la fois dans leur structure et leur fonction. Certains caractères génétiques, comme la fluorescence de la méduse, sont directement associés à la présence d'une protéine, la GFP (……………………………………………………………………….)

La GFP (238 acides aminés) a été découverte en 1962. La teinte de la fluorescence peut légèrement varier entre des populations différentes de méduses, la transmission de ce caractère est héréditaire.

Réalisation d’une expérience de transgénèse chez la bactérie (diaporama)
Bilan 

.

Variations entre les protéines GFP



La ……………. d'un ………………. (….. en …….) de l’………………. entraîne la modification d'un ……………. (……….. en ………….) dans la …………. qui change alors de couleur de fluorescence. À une séquence de l'ADN déterminée par l'……………. et la ……………… des nucléotides correspond une séquence d'acides aminés d'une protéine responsable d'un ………………………………..

  1. Une synthèse protéique en deux grandes étapes


Des cellules eucaryotes à qui on a enlevé le noyau peuvent toujours réaliser la synthèse de protéines durant un certain temps.

Comment mettre en évidence l'existence d'un intermédiaire entre ADN et protéine?

  1. De l'ADN à la protéine, une relation indirecte

1. Rappeler la localisation cellulaire de l’ADN. -Cette localisation est permanente




Expérience de pulse et chasse :

On fournit à une cellule tout ce dont elle a besoin, dont de la leucine (acide aminé).

MAIS pendant un cours instant (pulse), la leucine utilisée est de la leucine tritiée (contenant un atome radioactif) puis après rinçage (chasse), de la leucine « classique ».

Après 2-3 minutes, la radioactivité est décelée (par autoradiographie) dans le cytoplasme, au niveau de « granules » appelés « ribosomes ».


2. Expliquer ce qui se passe dans la cellule durant les 3 minutes de l’expérience. En déduire le lieu de la synthèse protéique.


3. Quel problème se pose ? Proposer une hypothèse.


Autoradiographie d'une cellule animale en culture après incubation avec un acide aminé radioactif. Les points noirs permettent de localiser la radioactivité, c'est-à-dire les protéines nouvellement synthétisées.

La coloration au vert de méthyle pyronine permet de distinguer l'ADN coloré en vert, de l'ARN coloré en rose.


4. Précisez la localisation cellulaire de l'ARN.
B) Mise en évidence d’un intermédiaire entre l’ADN et la protéine
Lorsqu'elles sont placées dans un milieu contenant du lactose, certaines bactéries sont capables de synthétiser un enzyme: la β-galactosidase. Cette enzyme permet la consommation du lactose.

Expérience 1

Après avoir placé ces bactéries dans un tel milieu, on dose la quantité de deux molécules présentes dans le cytoplasme de la cellule: la β-galactosidase et une molécule d'ARN particulier, l'ARN messager.

Expérience 2

L'injection d'ARN messager extrait d'une bactérie cultivée dans un milieu avec du lactose et injectée dans le cytoplasme d'une cellule cultivée en absence de lactose, provoque la synthèse de β-galactosidase dans cette dernière.



5. Déterminez le rôle joué par l'ARN dans le processus de synthèse des protéines.
L'ARN est observé à la fois dans le et le des cellules. Sa synthèse précède celle des protéines (expérience 1) et la molécule possède l'information nécessaire et suffisante pour la (expérience 2). L'ARN apparaît donc comme un entre l’ADN du noyau et une protéine du cytoplasme.


Expériences d’autoradiographie de l’ARN après différents temps d’incubation



6. En quoi ces résultats expérimentaux valident-ils la réponse à la question 6 ?

On peut penser que l'ARN est synthétisé dans le (au contact de l’ ) puis migre dans le cytoplasme afin de permettre la . La présence de rend possible la sortie des ARN depuis le noyau vers le cytoplasme.

Schéma-bilan

Bilan avant cours 2 :

http://www.universcience.tv/video-au-coeur-de-la-cellule-naissance-d-une-proteine-618.html

C) 1e étape de la synthèse des protéines : mécanisme de copie de l’ADN dans le noyau : la transcription
http://www.biologieenflash.net/animation.php?ref=bio-0025-

2http://www.edumedia-sciences.com/fr/a73-transcription

14. Reproduire et remplir le tableau comparatif ci-dessous :





ADN

ARNm

protéine

Nombre de chaînes


2 (double brin)

1 (simple brin ou mono brin)




Schéma d’un monomère

(= motif répété)


désoxyribonucléotide

ribonucléotide




Schéma de la liaison

entre deux monomères


Liaison covalente

Liaison covalente




Alphabet

(nb et/ou nom des différents motifs)


AGCT

4 lettres

A

G

C

U

4 lettres

Acides aminés


Interprétation d’images en microscopie électronique page


D) 2e étape de la synthèse des protéines : au niveau de l’ARN messager se passe la traduction

http://www.edumedia-sciences.com/fr/a71-synthese-des-proteines

Petit film situant transcription et traduction globalement
http://www.edumedia-sciences.com/fr/a77-traduction

http://www.biologieenflash.net/animation.php?ref=bio-0026-2

http://www.edumedia-sciences.com/fr/a478-traduction-2





A.Nature du codage de l’information



12. Comment est codée l’information dans l’ADN ? dans les protéines ?
13. Après avoir rappe la relation existante entre les deux brins de l’ADN, montrer que l’information contenue dans un seul des deux brins de l’ADN est suffisante pour diriger la synthèse du polypeptide correspondant.
15. En s’appuyant sur le tableau ci-dessus, expliquer les noms de « transcription » et de « traduction » donnés aux deux étapes de l’expression de l’information génétique.



  1. Variations sur la notion de gène : de l’ensemble du matériel génétique (génome) à l’ensemble des protéines (protéome)


Longueur d’un gène (nucléotides) =5 fois celle de l’ARNm

Longueur d’une proteine
Taille du génome humain 3400 Mpb (megapaires de bases)
Nombre de gènes environ 22 000

Nombre de protéines environ 100 000



  • Les introns dans les gènes. Dans le génome humain, les régions codantes (exons) représentent 1,5 % de la longueur totale du génome et les introns près de 26 %.

  • Les pseudogènes qui représentent 1,5 % du génome humain

  • Les répétitions en tandem qui représentent 5 % du génome humain

  • Les répétitions dispersées qui représentent 45 % du génome humain

  • L'hétérochromatine. Environ 10 % dans le génome humain

  • Les autres régions non-codantes. Environ 11 % du génome humain







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