SVT - 1ère S - TP4 - Expression de l`information génétique

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Partie du programme : la Terre dans l’Univers, la vie et l’évolution du vivant
Niveau : première
Titre de la séance : expression de l’information génétique
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EXTRAIT DU PROGRAMME
La séquence des nucléotides d’une molécule d’ADN représente une information. Le code génétique est le système de
correspondance mis en jeu lors de la traduction de cette information. A quelques exceptions près, il est commun à tous les
êtres vivants. Les portions codantes de l’ADN comportent l’information nécessaire à la synthèse de chaines protéiques
issues de l’assemblage d’acides aminés. Chez les eucaryotes, la transcription est la fabrication, dans le noyau, d’une
molécule d’ARN pré-messager, complémentaire du brin codant de l’ADN. Après une éventuelle maturation, l’ARN
messager est traduit en protéines dans le cytoplasme. Un ARN pré-messager peut subir, suivant le contexte, des maturations
différentes et donc être à l’origine de plusieurs protéines différentes.
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CONNAISSANCES CONSTRUITES
Les protéines sont des molécules formées d’une succession d’acides aminés. L’enchainement des acides aminés est
déterminé par la séquence de nucléotides du gène correspondant. Il existe un intermédiaire entre l’ADN et la protéine
appelé l’ARN messager. Il est constitué d’un seul brin, enchainement de nucléotides, les bases azotées sont A, G, C et U, le
sucre est le ribose. La transcription ou synthèse de l’ARN messager a lieu dans le noyau par complémentarité de la
séquence du brin transcrit de l’ADN grâce à une enzyme, l’ARN-polymérase. Le passage de l’ARN messager à la protéine
a lieu dans le cytoplasme et s’appelle la traduction. Les ribosomes lisent la molécule d’ARN messager codon par codon.
Chaque codon correspond à un acide aminé, c’est le code génétique, certains codons différents codent pour un même acide
aminé (redondance du code génétique). Le code génétique est universel. La traduction commence au codon initiateur et
s’arrête à un codon stop. Très souvent la transcription produit un ARN pré-messager qui subira une maturation ou épissage
au cours de laquelle des séquences non codantes (introns) seront éliminées. Des maturations différentes peuvent, à partir
d’un même ARN messager et suivant le contexte, conduire à des ARN messager différents et donc des protéines
différentes.
CAPACITÉS MISES EN ŒUVRE
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Utiliser le logiciel anagène
Utiliser le logiciel Rastop
Exploiter des expériences
Construire un texte explicatif
Construire un schéma
CONDITIONS MATÉRIELLES
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Les élèves travaillent en binôme et exploitent des données moléculaires numériques à partir des logiciels Rastop et
Anagène. Ils exploitent les résultats des expériences de Bracher présentées par des documents. Ils utiliseront des pièces du
« coffret génétique » pour construire des modèles moléculaires et illustrer les mécanismes de traduction. Ils visualiseront
les animations leur permettant de comprendre la transcription et la traduction.
COIN
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Matériels
• Ordinateur
LABORATOIRE
Documents didactiques
• Coffret étude du code génétique
15799.20
• Logiciel anagène
• Logiciel Rastop et les molécules d’ADN et d’ARN
• Fiches d’utilisation d’anagène et de Rastop
• Animation sur la synthèse des protéines (Carré Multimédia)
• Données sur les expériences de Bracher dans le manuel
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DESCRIPTIFS
Les élèves travaillent en binôme, grâce à la comparaison de molécules et à l’utilisation d’animation, ils découvrent la
transcription et la traduction. Dans un premier temps le professeur montrera grâce à l’étude de documents que la synthèse
des protéines a lieu dans le cytoplasme, alors que l’information génétique est située dans le noyau.
Activité 1: recherche d’un intermédiaire entre le gène et la protéine
Objectif : montrer que l’ARN messager est l’intermédiaire entre l’ADN et la protéine et comprendre sa synthèse.
Support : les élèves exploiteront des données historiques montrant que l’ARN est l’intermédiaire, puis des données
moléculaires avec RASTOP et Anagène pour découvrir la structure de l’ARN messager et dans un troisième temps
visualiseront une animation expliquant la transcription.
1.
Exploiter l’expérience de Bracher pour montrer que l’ARN messager pourrait être l’intermédiaire de la synthèse
protéique.
2.
Lancer RASTOP et afficher dans deux fenêtres côte à côte la molécule d’ADN et la molécule d’ARN.
Utiliser les fonctionnalités du logiciel afin de pouvoir comparer les deux molécules, choisir un affichage boules et
bâtonnets. Comparer ces deux molécules.
Appeler le professeur pour être évalué.
3.
En utilisant les fonctionnalités d’Anagène afficher la molécule d’ADN de la béta globine et la molécule d’ARN de la
béta globine et comparer ces trois séquences et en déduire que la molécule d’ARN assure le transfert de l’information
de l’ADN.
4.
En utilisant les données de l’animation sur la transcription construire un texte expliquant ce mécanisme.
Critères d’évaluation de l’utilisation de Rastop et anagène :
1. Ouverture de la molécule d’ADN et d’ARN
2. Affichage côte à côte des deux molécules
3. Affichage des molécules en boules et bâtonnets
4. Affichage des molécules d’ADN et d’ARN de la béta globine
5. Comparaison simple à l’aide d’anagène
Activité 2 : de l’ARN messager à la protéine
Objectif : découvrir les mécanismes de la traduction, en comparant un ARN messager à la protéine correspondante et en
utilisant une animation. Raisonner pour construire un protocole déterminant le code génétique.
Support : les élèves exploiteront des données moléculaires avec le logiciel anagène puis visualiseront une animation
présentant la traduction.
1.
On cherche la correspondance ARN messager protéine. Afficher à l’aide d’anagène la molécule d’ARN messager de
la béta globine et la protéine correspondante, proposer un système de correspondance sachant qu’il existe quatre
nucléotides et vingt acides aminés.
2.
Vous êtes chercheur et vous voulez déchiffrer le code génétique, proposez un protocole élucidant ce problème.
3.
En utilisant l’animation construire à l’aide du coffret une molécule d’ARN messager codant pour une protéine à 3trois
acides aminés.
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TP - Expression de l’information génétique
Activité 1: recherche d’un intermédiaire entre le gène et la protéine
1.
la radioactivité se trouve dans un premier temps dans le noyau. Etant donné que l’uracile, un constituant de l’ARN est
radioactif, on peut en déduire que dans un premier temps l’ARN est synthétisé dans le noyau. Dans un deuxième
temps, la radioactivité est située dans le cytoplasme on peut en déduire que l’ARN est passé dans le cytoplasme. Ces
résultats permettent de penser que l’ARN est l’intermédiaire entre l’ADN situé dans le noyau et la synthèse des
protéines ayant lieu dans le cytoplasme.
2.
La molécule d’ARN est constituée d’un seul brin alors que la molécule d’ADN est formée de deux brins.
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3.
On observe que la molécule d’ARN est complémentaire au brin transcrit de l’ADN, mais en face de l’adénine on trouve
l’uracile et elle est identique au brin non transcrit mais la thymine est remplacée par l’uracile. L’ARN comporte donc une
information similaire à l’ADN, ceci lui permet de transférer l’information de l’ADN du noyau vers le cytoplasme.
4.
Une enzyme se place sur l’ADN, localisée dans le noyau, elle sépare les deux brins. Puis il y a mise en place de
nucléotides complémentaires à ceux du brin transcrit, on trouve l’uracile au lieu de la thymine. L’enzyme se déplace
sur la molécule d’ADN et il y a mise en place progressive des nucléotides. A la fin de la synthèse, l’ARN messager se
détache et les deux brins de la molécule d’ADN se referment.
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Activité 2 : de l’ARN messager à la protéine
1.
On observe qu’un acide aminé correspond à 3 nucléotides. On peut émettre l’hypothèse que trois nucléotides codent pour
un acide aminé.
2. Il faut fabriquer des ARN messager artificiel contenant au moins six nucléotides pour permettre la synthèse d’une
molécule peptidique à deux acides aminés. On place cette molécule d’ARN messager avec l’ensemble des acides
aminés, puis on isole le peptide synthétisé. On pourra en déduire la correspondance codon acide aminé. Il faut faire
cette manipulation pour l’ensemble des codons.
3. Modèles à construire.
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