Thème 4 : Les systèmes vivants contiennent, échangent et utilisent de l’information génétique

Chapitre 3 : L’expression de l’information génétique Activités Élève

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Chapitre 3 : L’expression de l’information génétique

Activité 1 : Les deux étapes de l’expression de l’information génétique

Document 1 : Localisation du lieu de synthèse des protéines

Des cellules en culture sont mises en présence d’acides aminés radioactifs pendant un temps très court (environ 30 secondes). Le milieu de culture est ensuite remplacé par un milieu de culture contenant des acides aminés non radioactifs. En procédant ainsi, seules les protéines en cours de synthèse sont radioactives. Immédiatement après cette expérience (temps t1), ou quelques minutes après (temps t2), on sépare les différents organites cellulaires par centrifugation, et on mesure leur radioactivité.

On obtient les résultats ci-dessous :

Fraction cellulaire cellules

entières noyau mitochondries ribosomes

réticulum

endoplasmique

Radioactivité à t1 +++ - - +++ +

Radioactivité à t2 +++ - - ++ ++

Un signe + indique la présence de radioactivité, un signe – l’absence de radioactivité.

Document 2 : L’ARN

L’ADN est localisé dans le noyau des cellules. Un

intermédiaire entre ADN et la traduction de l’information

génétique en protéinesdans le cytoplasme est donc

nécessaire. L’ARNm est suffisamment petit pour passer à

travers les pores de l’enveloppe nucléaire. Il s’agit d’une

copie fidèle d’un fragment d’ADN qui sert de support

informatif à sa fabrication. Cela s'effectue par le

mécanisme de la transcription.

Un ARN est un polymère de la famille des acides

nucléiques. Il est composé de nucléotides : les ribonucléotides. Une séquence d'ARN est constituée de 70 à

5 000 nucléotides. Une des bases azotées présentes dans la molécule d'ARN est l’uracile.

Connaissances Capacités

L'ADN contient des unités d'information appelées gènes. Le génome est l’ensemble du matériel génétique d’un organisme. Chez les eucaryotes, la transcription a lieu dans le noyau, la traduction a lieu dans le cytosol.

Exploiter des ressources documentaires pour : - construire un schéma simplifié localisant la transcription et la traduction dans la cellule.

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Questions :

1. Rappeler la définition d’un génome et d’un gène. 2. Les protéines :

- Nommer l’unité de base de la protéine ; - Rappeler la définition d’une protéine ; - Nommer la liaison entre deux acides aminés consécutifs ; - Donner un exemple de protéine de structure, de transport, de défense et une enzyme. Document 1

3. Indiquer quels organites cellulaires interviennent dans la synthèse des protéines.Justifier la réponse. 4. Quelle hypothèse peut-on formuler à propos de la synthèse des protéines, sachant que l’information

génétique est localisée dans le noyau et que le lieu de synthèse des protéines est le cytosol au niveau des ribosomes et du réticulum endoplasmique rugueux?

Document 2 5. À quelle catégories de biomolécules appartiennent l’ADN et ARN. 6. Comparer la molécule d'ADN et la molécule d'ARN, identifier les constituants de l’ARN et compléter

le tableau du document 3. 7. Justifier l’appellation d’ARN en faisant appel à vos connaissances 8. Indiquer les 2 étapes de la synthèse d’une protéine et préciser leur localisation dans la

cellule eucaryote.Compléter la légende du document 4. 9. D’après vos connaissances sur la structure d’un procaryote, indiquer le lieu du déroulement des 2

étapes de la synthèse des protéines.

Document 3 : Comparaison des structures de l’ADN et l’ARN

ADN ARN

Structure (Nombre de brins)

Taille de la molécule

Bases azotées

ose

monomère

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Document 4 : Localisation de la transcription et la traduction dans une cellule eucaryote.

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……....

……..

………

…………………….

………………

………………………..

…………………..

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Chapitre 3 : L’expression de l’information génétique Activités Élève

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Activité 2 : La transcription

Les éléments nécessaires à la transcription de l'ADN en ARNm sont:

Des ribonucléotides

Un brin d’ADN « transcrit » ou brin « matrice »

Une enzyme, l'ARN polymérase

La liaison entre la molécule d'ADN et l'ARN polymérase permet d'ouvrir la double hélice par rupture des

liaisons hydrogènes. L’ARN polymérase se fixe sur le brin transcrit de l’ADN et lient entre eux les

nucléotides libres en utilisant la complémentarité des bases azotées pour former le brin d’ARN. Le brin

matrice est lu de 3' en 5'.

Le brin d’ADN non transcrit, non utilisé par l’ARN polymérase, est également appelé brin codant.

Questions :

1. Définir la transcription

2. Indiquer les rôles de l’ARN polymérase.

3. Comment l’information est-elle transmise fidèlement de l’ADN à l’ARN ?

4. Annoter le document 1.

5. Localiser sur le document 1 les extrémités 5’ et 3’ de chacun des brins (ADN et ARN). Justifier.

6. Compléter et annoter la portion de molécule d’ADN du document 2 puis écrire le fragment d’ARN

obtenu par transcription de cette portion de gène.Justifier la démarche suivie.

Document 1 : Schéma de la transcription d’un gène

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.

……………………………………

………………………………

………………………..

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Document 2 : portion de gène qui code la synthèse de l’insuline

Activité 3 : La traduction

Document 1 : Le système de codage : le code génétique

L'ADN et l'ARNm contiennent l'information génétique sous la forme d'une séquence de nucléotides. Cette séquence est construite à partir de nucléotides différents.

La structure et la fonction d'une protéine dépendent de la séquence de ses acides aminés. Il existe 20 acides aminés différents. Un code de correspondance entre le

langage à 4 "mots" de l'ADN ou de

l'ARNm et le langage à 20 "mots" des

protéines a été mis en évidence dans

les années 1960. Ce code est un

"dictionnaire" : le code génétique.

À chaque triplet de nucléotides de

l'ARNm (un codon) correspond un

acide aminé ou un signal d'arrêt de la

synthèse. Ce code est universel : tous

les êtres vivants utilisent le même

code génétique.

ARNm :

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Document 2 : Les acteurs de la traduction

l

ARN de transfert

Le ribosome

Document 3 : Le mécanisme de la traduction http://www.youtube.com/watch?v=nYaIBDwCZvY http://www.youtube.com/watch?v=ZMlmEAF0oNU

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Questions :

Document 1 : le code génétique 1. Combien y a-t-il de combinaisons possibles de 3 nucléotides ? 2. Combien y a-t-il de triplets de nucléotides qui ne correspondent pas à un acide aminé ? Les repérer

dans le tableau (couleur rouge). 3. Le triplet AUG code pour le début de la traduction. Quel est l’acide aminé correspondant ? Le repérer

dans le tableau (couleur bleue). 4. Nommer l'acide aminé qui correspond à chacun de ces 3 codons : CCC, GAU et UCA 5. Le code génétique est dit "redondant", c'est-à-dire que plusieurs codons correspondent à un même

acide aminé. Citer 1 exemple qui illustre cette caractéristique. 6. Pourquoi dit-on que le code génétique est universel ? Document 2 : les acteurs de la traduction 7. Définir la traduction 8. 1er acteur : Quel est l’ARN qui porte l’information nécessaire à la synthèse d’une protéine ? 9. 2ème acteur :

9.1 Quelle est la molécule qui apporte les acides aminés nécessaires sur le lieu de la synthèse protéique ? Cette molécule présente 2 régions importantes : une 1ère région où se fixent l’acide aminé à transporter et une 2ème région appelée "anti codon"qui va se positionner en face des 3 nucléotides de l’ARNm appelés « codon ».

9.2 Que peut-on dire de cette région qui vient se positionner en face de bases de l’ARNm ? 9.3 Citer l'anticodon qui correspond au codon AUG. 9.4 Sur l’ARNt représenté document 4, repérer l'anti-codon et noter dans le rond l'acide aminé qu'il transporte.

10. 3ème acteur : Indiquer la structure présente dans le cytoplasme où les acides aminés sont-ils associés. La décrire.

Document 3 : vidéos

11. Sur document 5 : - reconnaître les 3 étapes de la traduction. - légender et commenter les schémas. 12. Traduire le fragment d’ARNm du document 6. Indiquer la démarche suivie

Document 4 : Schéma d’un ARN de

transfert

Document 6 : Traduction d’un fragment d’ARNm

Le fragment d’ARNm ci-dessous code la synthèse d’une

protéine.

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Document 5 : Mécanisme de la traduction

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Activité 4 : Les mutations ponctuelles

Une mutation est la modification de la séquence des nucléotides de l’ADN.

Une mutation ponctuelle est la modification d’un seul nucléotide d’une séquence d’ADN.

Exemple de mutation : la substitution

C’est le remplacement d’un nucléotide par un autre dans la séquence de nucléotides de l’ADN

Question :

Compléter le document :

- pour chaque fragment d’ADN proposé, effectuer la transcription et la traduction ;

- déduire pour chaque mutation proposée la conséquence au niveau de la protéine synthétisée

Document : Les conséquences d’une mutation ponctuelle par substitution

ADN

ARN m

et

Acide aminé dans la protéine

conséquence au niveau de

la PROTEINE

ADN séquence normale

Codon sur l’ARNm

Acide aminé dans la protéine:

Protéine normale

ADN séquence muté

Codon sur l’ARNm

Acide aminé

ADN séquence muté

Codon sur l’ARNm

Acide aminé

Brin transcrit

Brin non transcrit

Brin transcrit

Brin non transcrit

Brin transcrit

Brin non transcrit

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ADN séquence muté

Codon sur l’ARNm

Acide aminé

Activité 5 : Des gènes morcelés chez leseucaryotes

Document 1 : fonctions de l’ADN du génome

humain(en % de nucléotides)

Document 2 : le morcellement des gènes des eucaryotes

En 1977, Chambon étudie chez la poule le gène codant pour la protéine du blanc d’œuf : l’ovalbumine.

Il réalise l’expérience suivante :

- Chauffage de l’ADN correspondant au gène de l’ovalbumine ce qui dissocie les deux brins,

- Ces brins sont ensuite mis en présence de l’ARNm transcrit à partir de ce gène, l’ARN étant prélevé

dans le cytoplasme.

Un hybride peut se former entre les nucléotides d’un des brins d’ADN et les nucléotides du brin d’ARNm

complémentaire (établissement de liaisons faibles).

Le résultat obtenu est présenté ci-dessous avec son schéma d’interprétation.

Brin transcrit

Brin non transcrit

Le génome humain comporte environ 20 000

à 25 000 gènes soit environ 3.109 paires de

nucléotides.

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Photographie de microscopie électronique MET (x 150 000) Schéma d’interprétation

Document 3 : Maturation de l’ARN pré-messager de la globine en ARNm chez les eucaryotes

Questions :

Document 1

1. À partir des données, montrer que le génome n’est pas constitué que de gènes.

2. Commenter la différence entre le % de région codant pour des protéines et le % de région transcrite.

Document 2

3. Analyser le document 2 et indiquer ce que représentent les boucles A à G.

Document 3

4. À l’aide du document 3, expliquer la différence de taille entre un ARNm et le gène à partir duquel il

est transcrit.

5. Définir un exon, un intron et la notion de « gènes morcelés » chez les eucaryotes.