T HÈME 4 : L ES SYSTÈMES VIVANTS CONTIENNENT, ÉCHANGENT ET UTILISENT DE L ' INFORMATION GÉNÉTIQUE

 cellules du corps humain possèdent toutes la même information génétique. Comme pour notre OGM, toutes les cellules portent le nouveau gène, alors qu'un seul exemplaire était initialement contenu dans la cellule-oeuf. Mais comment ce gène, contenu dans la cellule œuf à l'origine de l'OGM est-il transmis et conservé dans toutes les cellules du futur OGM ? Comment se répartit l'information génétique au cours d'une division cellulaire ?

Une chèvre OGM productrice de soie d'araignée Dans les deux chapitres suivants, nous tenterons de répondre à ces questions en nous attachant à comprendre comment les scientifiques ont été progressivement capables de « fabriquer » des organismes exprimant de nouveaux caractères. Je veux parler des … OGM

C HAPITRE 2 ( THÈME 4.3): D E L 'ADN AUX PROTÉINES OU L ' EXPRESSION DE NOS CARACTÈRES.

I- T RANSMETTRE LES INFORMATIONS GÉNÉTIQUES DU NOYAU VERS LE CYTOPLASME. A- Lien entre « nouveau gène » et « nouveau caractère »

Activité 2Activité 2 : [Saisir et mettre en relation des informations] Étude de l’expression du caractère de la fluorescence Correction

Un gène est une séquence de nucléotides (un morceau d’ADN) qui va entraîner la formation d’une protéine et l'expression d'un caractère du phénotype. Bilan : L'ADN contient des unités d'information appelées « gènes* ». Le génome* est l'ensemble du matériel génétique (=ADN codant+ADN non codant) d'un organisme.

???

B- R ECHERCHE DE L ’ EXISTENCE D ’ UN MESSAGER ENTRE NOYAU ET CYTOPLASME

Activité 3Activité 3 : TP ou[Saisir et mettre en relation des informations pour identifier la nature du messager entre ADN et protéines] Étude d'une microphotographie de cellules colorées au vert de méthyle pyronine, mettant en évidence la localisation de deux acides nucléiques différents.

Document 1 : Microphotographie d'épiderme d'oignon coloré au vert de méthyl pyronine

CCL : Il existe bien un intermédiaire, synthétisé dans le noyau, qui migre ensuite dans le cytoplasme. Cette molécule est l’ARN messager (ARNm). L’information contenue dans la séquence des nucléotides de l’ADN est conservée dans celle de l’ARNprémessager. Comment l’information génétique est-elle codée dans l’ARNprémessager ?

C- D E L ’ADN À L ’ARN : L A TRANSCRIPTION 1°) Images de la synthèse d’ARNprém essager

M.E.T. d’un zone de transcription dans le noyau cellulaire

Réalisons le schéma de cette transcription Sur un même gène, plusieurs transcriptions se font simultanément. A partir d’un seul gène, il se forme donc plusieurs ARNprém qui donneront de nombreuses protéines. Ceci permet de répondre aux besoins de la cellule. L’ADN possède 2 chaînes complémentaires et l’information correspond à la séquence des nucléotides. Il faut donc ouvrir la molécule d’ADN pour former l’ARNprém. L’ouverture se fait grâce à l’ARN polymérase. Mais quel brin d’ADN faut-il prendre comme matrice pour élaborer l’ARN prémessager ?

2°) M ÉCANISME DE LA TRANSCRIPTION Activité 4Activité 4 : [Saisir des information pour comprendre le principe de la transcription] logiciel ADN/ARNADN/ARN 1°) La transcription est réalisée par une enzyme, l’ARN polymérase. 2°)La complémentarité des bases (A dans l'ADN transcrit-U dans l'ARN et C-G). 3°)L’ARN est identique au brin non transcrit de l’ADN à l’exception de U qui se substitue au T. Donc, la question du choix d’un des 2 brins de l’ADN ne se pose pas car il y a complémentarité des bases. 4°)Brin transcrit de l’ADN : brin qui sert de matrice à la synthèse de l’ARNprém par l’ARN polymérase = brin non codant Brin non transcrit de l’ADN : brin complémentaire au brin transcrit dans l'ADN = brin codant

5°) (I : ….../1) Déterminer la séquence d’ARN transcrit à partir du gène suivant : T ACGC AAT AGCC ATT (brin transcrit) AUGCGUUAUCGGUAA (ARNprém) Chez les eucaryotes, la transcription est la fabrication, dans le noyau, d’une molécule d’ARN pré-messager, complémentaire du brin NON codant (=transcrit) de l’ADN. BILAN : La séquence d'ADN du brin codant d'un gène est transcrite en une séquence d'ARN : c'est la transcription*.

3°)M ODIFICATION DE L 'ARN PRÉ - MESSAGER APRÈS LA TRANSCRIPTION Activité 5Activité 5 : [Saisir des informations pour comprendre l'épissage alternatif de l'ARN pré-messager]

Bilan : Les gènes eucaryotes sont morcelés : ils comportent des séquences non codantes, les INTRONS et des séquences codantes, les EXONS (constituant l'ARNm exporté hors du noyau). Avant l'étape suivante (la traduction), les introns sont éliminés de la molécule d'ARNmessager par ÉPISSAGE*. Compléter le schéma de la fiche bilan Problème : Comment une information codée par la séquence des nucléotides d’une molécule d’ARNm peut-elle être convertie en une séquence d’acides aminés dans une protéine ? Hypothèse : Il existerait une règle de correspondance entre les nucléotides et les acides aminés.

Nous savons maintenant comment connaître la transmission d'allèle de génération en génération chez des eucaryotes de manière générale. Cependant chez l'Homme ce ne sont pas des expériences de croisements qui permettent de comprendre comment des caractères se transmettent de génération en génération... ??? Quel outil peut-on utiliser pour étudier la transmission de caractères/de la maladies..., de génération en génération chez l'Homme ?

II- D E L ’ARN M AUX PROTÉINES : LA TRADUCTION DANS LE CYTOPLASME = CYTOSOL

A- Nécessité d’une règle de correspondance 4 nucléotides différents : AUCG 20 acides aminés différents Avec 4 nucléotides différents, il faut pouvoir coder 20 acides aminés différents. Comment faire ?

Activité 6Activité 6 : [Saisir des informations et raisonner pour comprendre le code génétique] Un acide aminé est codé par un triplet de nucléotides ou codon de nucléotides. Ceci correspond au code génétique, valable pour l’ensemble des êtres vivants (=universel).

Pour un même acide aminé, il se peut que plusieurs codons soient possibles. On dit que le code génétique est dégénéré ou redondant. Bilan : La séquence des acides aminés est gouvernée par celle des nucléotides de l’ARNm suivant une règle de correspondance, le code génétique. Ce code génétique est universel et dégénéré. La traduction débute au codon d’initiation (toujours AUG) et se termine au codon-stop (UAG-UAA-UGA).

B- Illustration du mécanisme de la traduction Souvenir de 1ère STL…. Un « organite » ?! Un organite est un élément intracellulaire délimité par une ou plusieurs membranes. ex. le noyau, le chloroplaste....

Activité 7 : [Saisir des informations et manipuler pour comprendre le mécanisme de la traduction] BILAN : Chez les eucaryotes, la transcription a lieu dans le noyau, la traduction a lieu dans le cytosol Compléter le bilan

C- La part de l 'ADN participant à la synthèse des protéines Activité 8Activité 8 : [Exploiter des données pour comprendre la part des gènes dans le génome]

1- le phénotype est contrôlé par des protéines issues de l'expression de gènes, or comme la part du génome codant pour des protéines est de 2 %, donc seul 2 % du génome est directement impliqué dans l'expression de nos caractères. (3.10^9 x 2% = de paires de nt) 2- Un gène correspond à une région transcrite de l'ADN, or 55% du génome n'est pas transcrit en ARN, donc ne participe pas à la synthèse des protéines, donc le génome contient en plus des gènes d'autres parties. 3- Un gène est transcrit en pré ARN contenant des parties codantes : les exons, des parties non codantes : les introns. Ces derniers sont éliminés lors de l'épissage aboutissant à la formation d'ARNm qui servira dans le cytosol à la traduction et synthèse protéique. On comprend donc que 45 % du génome soit transcrite (en pré-ARN) mais que seul 2 % (les exons) participent à la synthèse protéique.

BILAN : Les séquences d'ADN codant pour des protéines ne constituent qu'une partie du génome. On sait désormais comment un OGM est capable de synthétiser une protéine (transcription – épissage – traduction) à partir d'un gène qui lui est étranger, exprimant ainsi un nouveau caractère. Mais comment ce gène, contenu dans la cellule œuf à l'origine de l'OGM est-il transmis et conservé dans toutes les cellules du futur OGM ?