TP 10 et 11 ADN et information génétique.

TP 10 et 11 ADN et information génétique.
Chaque individu présente les caractères de l'espèce avec des variations qui lui sont propres. C'est le
résultat de l'expression d'un programme génétique qui contribue à le rendre unique. Les chromosomes
portent des unités d'information génétique, les gènes, qui déterminent ces caractères ...Vous savez que
l’ADN est le support de l’information génétique.
1. Analyse du document "une souris verte !" Doc 4, 5, 6 page 53 et suivre une démarche
d’investigation
Activité 1 : L’ADN dans le noyau.(vérification conséquence 1)
Rappel 3ème
2. Où est localisé l’ADN ? est-il présent chez tous les êtres vivants ?
Activité 2 : La structure de l’ADN est universelle et informative (vérification
conséquence 2)
A.
ADN : une double hélice
Ouvrir la page : http://pedagogie.actoulouse.fr/svt/serveur/lycee/gutjahr/molec3D/molec3d/acides_nucleiques/accueil.htm ou sur le blog
svtmaupassant.wordpress.com 2nd thème I
Rendez vous sur la page 5. (Télécharger java si nécessaire)
Dans coloration choisir par chaine.
1. De combien de chaine se compose l’ADN ?
Dans affichage choisir Liaisons hydrogènes.
2. Par quoi sont reliées les chaines ?
3. Quelle forme spatiale ont les chaines ? Comment pouvez-vous alors qualifier la molécule d’ADN ?
B.
ADN : une succession de nucléotide
Coloration choisir par atomes
1. Quelles sont les atomes qui composent la molécule d’ADN (cliquer sur un atome en bas du
navigateur une liste de chiffre et de lettre apparait la lettre précédant le # indique l’initial de
l’atome)
Dans chaines choisir chaine B dans affichage choisir off (vous allez travailler sur une chaine pour simplifier
la lisibilité)
2. Observer la molécule (zoomer avec la mollette, déplacer la molécule) Que constatez-vous ?
Dans coloration choisir Adénine, cytosine, Guanine, Thymine (c’est le nom des 4 bases azotées des
nucléotides de l’ADN)
3. Que constatez-vous ?
C.
ADN : complémentarité des bases azotées
Dans chaine choisir chaine B dans affichage choisir sphères 25% et liaisons hydrogènes
1. Qu’observez-vous ?
D.
Structure d’un nucléotide.
Revenir à la page l’accueil des acides nucléiques et ouvrir les pages 2 et 3.
1. En comparant les informations des deux pages, indiquer la composition d’un nucléotide.
2. Combien de nucléotides différents composent l’ADN ?
3. Réaliser un schéma des nucléotides en utilisant les représentations ci-dessous
thymine
guanine
adénine
Désoxy
ribose
Cytosine
P
4. Que signifie ADN ?
5. Compléter le schéma bilan de la structure de l’ADN.
Légendes
C
G
G
C
A
G
A
C
A
T
C
G
Autre représentation d’un fragment d’ADN (compléter les lettres manquantes et les légendes)
A
T
T
G
G
A
T
T
C
T
A
C
T
A
A
G
A C
T
G
A
A
A
T
G
T
T
A
C
A
Légendes
A, T, C, G :
Chaîne phosphate_sucre
E.
Comparaison des ADN d’espèces différentes :
Rendez vous sur la page 6 et Comparez, en suivant la démarche précédente, quelques ADN d’origine
différente …
1. Quels éléments de cette structure retrouve-t-on chez tous les êtres vivants ?
2. Quels sont alors les éléments de cette structure qui diffèrent d’un être vivant à l’autre ?
Activité 3 : L'information portée par l'ADN est " lisible " par tous les êtres
vivants (vérification conséquence 3)
A. Des manipulations surprenantes…
La soie des araignées, souple, légère, recyclable et d'une résistance supérieure à celle de l'acier, a longtemps
suscité la convoitise de l'armée américaine, celle-ci désirant l'utiliser pour fabriquer des gilets pare-balles ou
des fils chirurgicaux. Malgré des efforts incessants, les scientifiques n'avaient jusqu'alors jamais trouvé le
moyen de produire de la soie d'araignée en grande quantité.
Cependant des scientifiques affirment avoir trouvé l'arme absolue : les mamelles de chèvres laitières ! Des
études sur les glandes mammaires ont montré qu'elles sont similaires aux glandes à soie des araignées. Dans
une ferme aux environs de Montréal, des chercheurs élèvent des centaines de chèvres capables de produire un
lait riche en un type spécifique de protéines : celles qui permettent justement aux araignées de produire leur
toile ! Ces protéines une fois filées deviennent comme par enchantement des fibres ultra résistantes !
1. Que met en évidence cette manipulation génétique ?
2. Comment pouvez-vous appeler cette manipulation ?
B. Des avancées utiles en médecine.
Faire l’exercice page 61.
C. Des dangers potentiels.
Faire les activités page 62 « Enquête : Les OGM dans l’agronomie et l’alimentation »
Activité 4 : Variabilité de l’ADN.
A. Le codage de l’information génétique
Une molécule d’ADN est constituée de millions de nucléotides, ces derniers étant aussi un assemblage de molécules.
1. Décrivez la composition d’un nucléotide. (voir Activité 2) Saisir des informations.
2. Repérez les molécules qui différent d’un nucléotide à l’autre et celles qui sont communes. (voir Activité 2) Saisir des
informations.
La quantité relative des quatre bases azotées n’est pas quelconque dans une molécule d’ADN (voir document ci-dessous).
Organismes
Quantité des différentes bases (en pourcentage)
Adénine
Cytosine
Guanine
Thymine
Homme
30,9
19,8
19,9
29,4
Saumon
29,7
20,4
20,8
29,1
Criquet
29,3
20,8
20,6
29,3
Blé
27,3
22,9
22,7
27,1
E. coli
24,7
25,7
26,0
23,6
Comparaison de la quantité des différentes bases dans l’ADN. La mesure ne permet pas une précision supérieure à 1 %.
3.
4.
5.
6.
Quels faits remarquables observez-vous dans le tableau ci-dessus ? Saisir des informations.
Comment expliquer les proportions relevées à la réponse précédente ? (aidez-vous de l’activité 2) Adopter une
démarche explicative.
Pourquoi dit-on que la molécule d’ADN est formée de deux brins complémentaires? Elaborer une synthèse.
Proposez une hypothèse quant à la façon dont l’information génétique peut-être codée par cette molécule.
Adopter une démarche explicative.
B.
La variété génétique : Comparaison des séquences d'ADN d'individus de
différents groupes sanguins ABO
1. De quel groupe sanguin êtes-vous ? et vos camarades et votre famille ?
2. Adopter une démarche expérimentale pour expliquer ce que vous venez de constater.
Objectif : démontrer que la modification de l’ADN d’un gène modifie le caractère qu’il détermine.
Chez l’Homme, les groupes sanguins A, B, AB ou O sont déterminés par un gène, localisé sur le chromosome 9, ce
gène étant présent en deux exemplaires (un pour chaque chromosome de la paire n°9). Les groupes sanguins A, B et
AB correspondent à la présence de marqueurs (=molécules) présents à la surface des globules rouges: présence du
marqueur A pour le groupe A, du marqueur B pour le groupe B et présence des deux types de marqueurs pour le
groupe AB, le groupe O correspond à une absence de marqueur. Ces marqueurs sont eux-mêmes codés par
différentes formes du gène, appelées allèles, présents dans le programme génétique. Les allèles A et B codent pour,
respectivement, les marqueurs A et B, l’allèle O ne code pour aucun marqueur.
Exploitation du logiciel ANAGENE nous permet de comparer les différents allèles d’un gène.
Cliquez sur Fichier.
Entrez dans la boîte de dialogue Thème d’études.
Sélectionnez « Relations génotype - phénotype » puis « Phénotype groupes sanguins ABO».
Cliquez sur OK.
Vous obtenez un brin d’ADN de chacun des allèles du gène étudié.
3. Pourquoi les séquences de nucléotides peuvent-elles être représentées à l’aide des seules bases
azotées? Adopter une démarche explicative.
4. Pourquoi un seul des deux brins de la portion d’ADN correspondant à un allèle suffit-il pour connaître
l’ensemble du gène?
Comparez les séquences des allèles A et B en les sélectionnant (cliquez sur les petits carrés gris à
gauche des séquences) puis en cliquant sur l’icône « comparez les séquences »:
Dans la boîte de dialogue, choisissez « comparaison simple »., puis cliquez sur OK .
Observez l’ensemble de la comparaison en cliquant sur la flèche à droite en bas de la comparaison.
Retrouvez la signification : - des traits et des bases azotées indiqués au niveau de la séquence B;
- des nombres indiqués au dessus des séquences.
5. Notez les ressemblances et les différences entre les deux allèles A et B du gène (longueur, succession des
bases azotées). Saisir des informations.
Faites de même avec les séquences des allèles A et O.
6. Notez les ressemblances et les différences entre les deux allèles A et O du gène. Saisir des informations.
7. Comment expliquez vous a présent l’existence de plusieurs groupe sanguin ?
C. Les mutations de l'ADN changent les caractères des individus
On s’intéresse aux levures sauvages [Ade+] qui possèdent des enzymes (polypeptides, c'est-à-dire séquences
d’acides aminés) capables de transformer une molécule rouge M1 en molécule incolore, l’adénine, qui est
indispensable à leur développement. Les levures forment alors des colonies coniques de couleur crème
lorsqu’elles sont cultivées sur boîte de pétri gélosée (la gélose sert de substrat nutritif aux levures).
Il existe des levures [Ade-] dont l’enzyme 2 n’est pas fonctionnelle :
elles ne sont pas capables de fabriquer de l’adénine. Ces levures
forment des colonies coniques de couleur rouge sur boîte de pétri
gélosée, à condition d’ajouter de l’adénine dans la gélose.
L’enzyme 2 est codée par le gène Ade2 qui est localisé sur le
chromosome 15. L’ADN de ce gène peut être étudié avec le logiciel
Anagène.
1. A partir des données sur les levures, expliquez comment un gène code pour un polypeptide donné ;
2. Expliquer comment un même gène peut coder pour une enzyme qui soit fonctionnelle ou non ;
Des mutants de science fiction :
Le docteur Bruce Banner se préparait sur une zone désertique pour l'expérimentation d'une bombe nucléaire.
Un jeune homme survient et Banner se précipite pour le sauver en le poussant dans une tranchée. Il est alors
exposé à une dose massive de rayons gamma. Peu de temps après, les molécules et l'ADN du docteur Bruce
Banner se modifient. Lors de ses moments de stress ou de colère le docteur Bruce Banner se métamorphose en
une créature verte colossale, d'une force phénoménale, qu'il ne parvient pas à contrôler.
Orphelin, Peter Parker est élevé par sa tante May et son oncle Ben dans le quartier Queens de New York. Tout
en poursuivant ses études de biophysique à l'université, il trouve un emploi de photographe au journal Daily
Bugle. Cependant, après avoir été mordu par une araignée radioactive, ce dernier est sujet à des
transformations physiques : son agilité et sa force se sont accrues, et il se voit doter de pouvoirs surnaturels...
3. A partir des informations précédentes et de vos connaissances concevoir des protocoles qui
permettraient de transformer les levures [Ade-] en levures [Ade+].
Expérience de secours
On cultive des levures Ade2+rouge dans 5 boites avec des conditions identiques. On expose ensuite les
cultures à des rayons Ultra violet (UV) pendant des temps variables. Les résultats vous sont représentés cidessous. (et en couleur au tableau)
Temps d’exposition aux UV
1. Décrivez les résultats obtenus.
2. Faire une conclusion
D. D’autres facteurs (agents mutagènes) de mutations
1. Le nucléaire en action
Document 1 : Catastrophe nucléaire de Tchernobyl.
Radioactivité /m3 croissante
Le 26 avril 1986, l'un des réacteurs de la centrale nucléaire
de Tchernobyl (Ukraine) explose. En quelques jours, les
Dispersion du nuage de tchernobyl le 1er mai 1986 à 8h –d’après
éléments
radioactifs
rejetés
dans
l'atmosphère
documents IRSN°N
contaminent une bonne partie de l'Europe sans que toutes
66
les précautions puissent être prises. En effet, les autorités
soviétiques attendront 48 heures pour reconnaître
60
l'accident. Les autorités françaises, niant que le nuage
radioactif ait atteint la France, n'ont guère été plus
54
responsables. Plus de 100 000 personnes vivant dans un
Tchernobyl
rayon de trente kilomètres autour de la centrale de
48
Tchernobyl sont évacuées. À cause de l'opacité entretenue
par les autorités locales, il est difficile de connaître le
42
nombre de victimes (pompiers et personnels de la centrale)
de l'accident lui-même et le destin des quelque
36
600 000 personnes (les « liquidateurs ») qui ont participé au ° 10 5
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60 °E
nettoyage du site. Il en va de même des effets directs et W
indirects des retombées radioactives à distance et à long terme
Ce qui est avéré c’est l’explosion du nombre de cancer autour du site. On relève aussi un taux anormal de bébé atteint de
malformation plusieurs années après la catastrophe. Les cancers et les malformations sont liés aux propriétés des éléments
radioactifs qui « cassent » la molécule d’ADN au hasard. L’ADN ainsi endommagé ne permet plus la fabrication correcte de
l’ensemble des protéines de l’individu. Cette catastrophe est la plus grave qu'ait connue l'industrie nucléaire.
Analyse
1. Que c’est’ il passé le 26 avril 1986 ?
2. La catastrophe est-elle local ?
3. Pourquoi cette explosion a été aussi catastrophique ?
4. Comment expliquer la naissance d’enfant malformé autour de Tchernobyl ?
L'influence de l'accident nucléaire de Tchernobyl (26
avril 1986) sur le taux de cancers de la thyroïde chez
les enfants de moins de 15 ans est représentée sur le
graphe ci-dessous. L'accident nucléaire a répandu dans
la région une forte concentration d'éléments
radioactifs.
5. Quel est l'intérêt de fournir des valeurs pour
la période antérieure à 1986 ?
6. Montrer que la radioactivité est un agent
mutagène.
Conclusion
7. Faire une conclusion
2. Les Rayons X
Afin de tester l’effet des rayons X, plusieurs populations de Drosophiles sont soumises à des doses croissantes de rayonnements.
Le pourcentage de mutants dans chacune des populations de Drosophiles est ensuite évalué par rapport à une population
témoin n’ayant pas reçu de rayons X. Les mutants sont des Drosophiles dont certains caractères morphologiques ont été
modifiés. Les résultats de ce recensement sont représentés dans le tableau suivant :
Pourcentage de mutations en fonction de la dose de rayonnements X reçue.
Dose reçue de rayons X (en krad*)
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
Pourcentage de mutation
0
1,3
3
4
5,5
7
7,9
8,7
11
11,5
14
*krad = unité de mesure des rayonnements
1. Tracez le graphique représentant le pourcentage de mutations en fonction de la dose de rayons X administrée.
2. Déduisez de l’exploitation de ce graphique l’effet des rayons X.
3. Expliquez comment se manifeste au niveau moléculaire l’effet des rayons X.