Thème 1 La Terre dans l'Univers, la vie et l'évolution du vivant

Chapitre 3 : le fonctionnement cellulaire

TP n° 11 seconde :

Universalité et variabilité de la

molécule d'ADN

L’ADN, molécule universelle, support de l’information génétique

Au début des années 40, les scientifiques s’interrogent sur un grand mystère : dans quelle molécule se cache

l’information génétique ? En 1944, Avery identifie sur les bactéries, la substance qui compose les chromosomes :

l’Acide désoxyribonucléique ou ADN. Trop petite pour pouvoir être observée directement, la structure de la molécule

d’ADN va être mise en évidence par une méthode indirecte, la diffraction aux rayons X, en 1953, par deux scientifiques

Watson et Crick. Pour cette découverte, ils obtiendront avec Wilkins en 1962, le prix Nobel de médecine.

On peut à l’heure actuelle visualiser cette molécule en 3D à l’aide d’un logiciel appelé RASTOP.

Objectifs : Observer un modèle de la molécule d’ADN en 3D pour découvrir son organisation moléculaire et

découvrir comment cette molécule informative code l’information génétique.

I) Les constituants de la molécule d’ADN

Ouvrir RASTOP

Les fichiers à utiliser sont dans : Dossup/SVT/ressources/seconde/ Terre planète habitée/ADN/fichiers rastop seconde

1. Observer les différents constituants (Acide Phosphorique / le sucre désoxyribose / les bases azotées) de la

molécule d’ADN. Pour cela : - Ouvrir les fichiers "H3PO4"/"DESRIBH" /"adenine" - Aller dans « Fenêtre » et cliquer sur « Mosaïque horizontale/cascade ». - Afficher chaque molécule en « boules et bâtonnets" - Faire tourner les molécules en cliquant sur la souris et en la déplaçant afin de visualiser tous ses atomes.

Rmq : En cliquant sur n’importe quel atome de la molécule, des informations vous seront données dans la fenêtre en bas de l’écran.

2. Observer les éléments de base qui se répètent dans la molécule d'ADN : les NUCLEOTIDES.

Pour cela : - Ouvrir les fichiers "NUCADEH",

- Afficher les molécules en « boules et bâtonnets »

- Afin de visualiser simultanément l'ensemble des fenêtres il faut cliquer sur l’icône « mosaïque/cascade ».

a. En vous appuyant sur vos observations précédentes, repérer comment sont associés les 3 éléments

constituant le nucléotide afin de compléter le schéma proposé dans la fiche réponse.

Ouvrir : - "NUCCYTH", "NUCGUAH", "NUCTHYH"

b. Déterminer le nombre de nucléotides différents existant dans la molécule d'ADN.

Schématiser chaque nucléotide en utilisant les symboles proposés en respectant les "points d'attache" entre

chaque élément. Fermer l'ensemble des fenêtres ouvertes précédemment sans enregistrer.

3. Observer l'association des nucléotides au sein de l'ADN. Pour cela : - Ouvrir le fichier « a » correspondant à une chaîne de nucléotides : un brin d’ADN - Afficher la molécule en « boules et bâtonnets »

- En zoomant, observer comment les nucléotides s'attachent entre eux pour former une chaîne de nucléotides.

4. Document : Tableau d’analyse quantitative des bases de l’ADN de différents organismes (en %)

ORGANISMES Adénine Guanine Thymine Cytosine

Homme 30.9 19.9 29.4 19.8

Blé 27.3 22.7 27.1 22.8

Bactérie 24.7 26 23.6 25.7

Criquet 29.3 20.5 29.3 20.7

➢ A l’aide du tableau ci-dessus, comparer les proportions en bases de l’ADN présentées chez

les différents organismes afin de soulever le problème.

II) Représentation de la molécule d’ADN dans l’espace

1. Observer la molécule d'ADN. Pour cela : - conserver le fichier « a ».

- Ouvrir le fichier « adn-h ».

- Dans le menu "Rubans", cliquer sur "afficher" : la molécule d'ADN apparaît en ruban.

- Colorer chacun des rubans de la molécule avec une couleur : dans le menu « atomes » « colorer par chaine ».

- Faire déplacer la molécule obtenue dans l'espace.

➢ Sur la fiche réponse, réaliser un schéma de cette molécule d'ADN et la décrire.

2. Préciser la structure de la molécule d'ADN. Pour cela :

- Cliquer sur l'icône "boules et bâtonnets".

- Dans le menu "Atomes", colorer par "CPK"

- comparer avec le brin d’ADN du fichier « a »

a. Repérer, au sein de la molécule d'ADN, la position des 3 constituants : les bases azotées, le

désoxyribose et l'acide phosphorique.

b. Formuler une hypothèse au problème soulevé lors de la comparaison des proportions en bases de l’ADN.

3. Vous devez tester votre hypothèse concernant la structure de l'ADN. Pour cela :

- Afficher toute la molécule en "fil de fer" (icône située sous le menu "Liaisons").

- Colorer les nucléotides : menu "Atomes" puis "Colorer par" puis "Forme". Les nucléotides ayant pour base l'Adénine apparaissent en bleu-violet, ceux contenant la Thymine en vert, ceux contenant la

Cytosine en orange et ceux avec la Guanine en rouge.

- Choisir liaisons/liaisons hydrogène/afficher : s’affiche alors les liaisons faibles qui assurent la cohésion

entre les deux brins.

c. Afin de valider ou réfuter votre hypothèse, préciser les associations se réalisant entre les nucléotides.

d. Compléter et légender les 2 schémas proposés de la molécule d'ADN.

e. Justifier l’expression « l’ADN est une molécule universelle ».

III) Le langage codé de la molécule d’ADN a. Formuler une hypothèse sur ce qui constitue un message dans l’ADN.

Ouvrir le logiciel : ANAGENE (logiciel SVT)

- ouvrir « banques de séquences » « le gène de la tyrosinase » puis ouvrir les fichiers :

-« tyrcod1.cod » - « tyralba1.cod » - ouvrir dans le dossier « les gènes des pigments rétiniens » « Rhodopsine »

-« rhonorm.cod» (rmq : un seul brin de l'ADN s'affiche pour faciliter la lecture)

Vous allez pouvoir comparer les séquences des gènes en procédant de la façon suivante :

- sélectionnez les deux gènes (tyrcod1.cod et rhonorm.cod) puis, traiter, puis, comparer les séquences et enfin,

« comparaison simple » puis OK. Les tirets indiquent des nucléotides identiques. La position et la nature des nucléotides s’observent en utilisant l’échelle au-dessus

(graduée de 10 en 10) et le « grand curseur ». La longueur de chaque gène s’observe en amenant le curseur situé en dessous de la

fenêtre vers la droite.

b. Compléter les schémas de la fiche réponse afin d'expliquer en quoi ces gènes sont différents.

- sélectionnez les deux gènes (tyrcod1.cod et tyralba1.cod) puis, traiter, puis, comparer les séquences et enfin,

« comparaison simple » puis OK.

c. La version « tyralba1 » du gène de la tyrosinase est porteur d’une mutation responsable de

l’albinisme. Identifier cette mutation. Justifier qu’il s’agit ici d’un allèle du gène « tyrosinase »

dont vous préciserez la taille.

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Anagène :

comparaison des séquences

4. Visualiser dans l'espace (en boules et bâtonnets) plusieurs molécules d'ADN (dans « ADN » / « ADN organismes divers » ADN levure : adn-lev/ ADN humain : adn-hum1/ ADN bactérie : adn-ec et les comparer.

P

Thème 1 La Terre dans l'Univers, la vie et l'évolution du vivant

Chapitre 3 : le fonctionnement cellulaire TP n° 11 seconde :

Universalité et variabilité de la molécule d'ADN

Objectifs : ………………………………………………………………………………………………………………..

…………………………………………………………………………………………………………………………….

I) Les constituants de la molécule d’ADN = A…………...D……………………N……….…………..

Base azotée

➢ Il existe …… nucléotides différents :

Nucléotide à Adénine :

Nucléotide à Guanine :

Nucléotide à Thymine :

Nucléotide à Cytosine :

Chaque chaine est une succession d’éléments répétés : les………………………. (= séquence). Chacun d'eux est formé d’un

……………………………….. lié à un sucre (: le …………………………….), lui-même relié à une des 4 ……………………………….. (…. ,….. ,….. ou …..)

Analyse quantitative des bases de l’ADN :

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

II) Représentation de la molécule d’ADN dans l’espace

CAPACITES Autoévaluation Evaluation professeur

C2.1 Rechercher, extraire et organiser l'information utile

C2.3 Utiliser les fonctionnalités de Rastop (visualisation molécules en 3D) et Anagène ( séquençage de molécules)

C2.4 Réaliser un schéma.

C2.4 Communiquer par écrit dans un langage scientifiquement approprié

C2.5 Exploiter les résultats expérimentaux et conclure

D

A : Adénine

T : Thymine

C : Cytosine

G : Guanine

Acide phosphorique (contenant un atome de phosphore)

Sucre : Désoxyribose

Titre : ………

……….

………

……….

Schéma de la structure spatiale

de la molécule d’ADN

………

………. ………

……….

Description de la molécule d'ADN :

Hypothèse concernant l’organisation moléculaire de l'ADN :

III) Le langage codé de la molécule d’ADN :

Le schéma ci-dessous représente une portion du gène renfermant l’information génétique permettant la synthèse de la tyrosinase : (protéine

permettant la pigmentation de la peau).

Ci-dessous est représenté un fragment du gène permettant la synthèse de rhodopsine ( : protéine présente dans certaines cellules de la rétine).

L’ADN, molécule « universelle » :

Hypothèse :

Association entre nucléotides : règle de complémentarité des bases

Le nucléotide à ……………… est complémentaire du nucléotide à…………,

il y a …… liaisons « hydrogène » entre eux.

Le nucléotide à ……………....... est complémentaire du nucléotide à ……. ,

il y a …… liaisons « hydrogène » entre eux.

Légendes :

Schématisation en 3D et en 2D de portions de la molécule d’ADN

Gène = …………….. d'ADN dont la séquence

de ………………………………….dans un ordre précis,

détermine le plan de fabrication d’une

protéine. Tous les individus d’une même

espèce possèdent les mêmes gènes.

Mutation :…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

Allèle : …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..

BILAN : La molécule d'ADN, support de l'information génétique.

DM : - Recopier le bilan 3 p 63

- questions 1,2,3 et 4 p 61