Séquence 3. Comment les informations génétiques se transmettent-elles de cellules en cellules? Nos cellules, filles de la cellule-œuf

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1 Sommaire Nous sommes en train d étudier le support des informations génétiques 1 au sein de nos cellules. Rapidement après sa formation, la cellule-œuf commence à se multiplier (vu en classe de 4 e ). Ces multiplications successives permettront la formation d un organisme complet, composé de millions de cellules contenant toutes des informations génétiques. Problématique : Comment les informations génétiques se transmettent-elles de cellules en cellules? Séance 1 Séance 2 Nos cellules, filles de la cellule-œuf Transmission de l information génétique 1. Information génétique : information héréditaire portée par les gènes (portions de chromosomes), vue dans la séquence Cned, Sciences de la vie et de la Terre 3e

2 séance 1 Séance 1 Nos cellules, filles de la cellule-œuf je m interroge Pour mieux comprendre comment se transmettent les informations génétiques entre les cellules de notre organisme, il nous faut savoir comment toutes ces cellules se forment. Quelle est l origine des cellules de notre organisme? Exercice 1 : [I Rechercher de l information] Temps (en heures après la fécondation) enveloppe protectrice cellules Ces images montrent le devenir d une cellule-œuf au cours du temps (déjà vu en classe de 4 e ). À l aide d une description des images ci-dessus, précise comment se forment toutes ces cellules. [Utiliser de l information] Si la question te po se un problème, va voir l annexe «Besoin d aide?» en fin de séquence. Cned, Sciences de la vie et de la Terre 3e 31

3 séance 1 Exercice 2 : [I Recherche des informations] Nous venons de voir que les multiplications successives de la cellule-œuf permettent de produire un grand nombre de cellules pour constituer un individu adulte. Toutefois, nous ne savons pas ce que deviennent les informations génétiques lors de ces multiplications cellulaires : sont-elles retrouvées intégralement dans chaque cellule de l organisme ou pas (des cellules de l œil ont-elles les mêmes informations génétiques que des cellules du cœur par exemple)? Pour vérifier le type d information génétique qui existe dans chaque cellule, nous pouvons nous intéresser à une expérience qui a fait beaucoup parlé d elle. Il s agit du clonage 1 d une brebis à partir des informations génétiques contenues dans le noyau d une de ses cellules (dans ce cas d une cellule de sa glande mammaire). Clonage à la Dolly (d après Courrier de l Unesco 1999) Source : banque de schémas, académie de Dijon Énucléation : destruction du noyau d une cellule Ovocyte : cellule qui formera l ovule. À partir de l étude de la technique de clonage mise en œuvre pour obtenir Dolly, montre si le noyau d une cellule quelconque possède les mêmes informations héréditaires que la cellule-œuf dont elle provient par multiplications successives. [Utiliser des informations issues d expériences] Si la question te pose un problème, va voir l annexe «Besoin d aide?» en fin de séquence. 1. Clonage : une technique de reproduction, en laboratoire, de gènes, cellules ou organismes, à partir d une même cellule. On obtient un clone qui possède les mêmes gènes que l organisme d origine. 32 Cned, Sciences de la vie et de la Terre 3e

4 séance 1 Exercice 3 : [C Exploiter les résultats d un protocole] Nous avons vu dans l exercice précédent que le noyau d une cellule quelconque de l organisme, placée dans des conditions particulières, peut permettre la formation d un individu entier. Son noyau contient donc la totalité de l information génétique, nécessaire pour le développement complet d un organisme. Par contre nous devons vérifier que c est bien pendant les multiplications cellulaires que cette information génétique est copiée puis transmise de cellules en cellules. Pour répondre à cette question, des chercheurs ont fait une expérience de marquage d allèles dans les noyaux des cellules d un organisme. Ils utilisent des marqueurs colorés qui peuvent se fixer au niveau des allèles, directement sur les chromosomes. Ce qui fait que lorsqu ils observent les noyaux des cellules, ils peuvent voir des taches fluorescentes colorées selon les allèles présents. Ils utilisent ensuite des microscopes pour pouvoir localiser les allèles en fonction de leur couleur. On réalise cette expérience sur des cellules qui se sont formées par multiplication cellulaire à partir d une cellule mère (voir le document ci-dessous). Expérience de marquage d allèles À partir de l expérience réalisée, montre si la transmission à l identique des informations génétiques d une cellule mère à une cellule fille se déroule bien lors d une multiplication cellulaire qui se réalise par division des cellules. [Utiliser de l information issue d expériences] Cned, Sciences de la vie et de la Terre 3e 33

5 séance 1 Si la question te pose un problème, va voir l annexe «Besoin d aide?» en fin de séquence. j e retiens Les cellules de l organisme possèdent la même information génétique que la cellule-œuf dont elles proviennent par multiplications successives. 34 Cned, Sciences de la vie et de la Terre 3e

6 séance 2 Séance 2 Transmission de l information génétique je m interroge Nous avons vu que toutes les cellules d un organisme possèdent les mêmes informations génétiques. Toutefois nous ne savons pas comment se fait la transmission des gènes de cellules en cellules. Comment se fait la transmission de l information génétique à l identique de cellules en cellules? Exercice 4 : [Ra Formuler une hypothèse] Schémas de l état des noyaux lors d une multiplication cellulaire Pour bien comprendre comment les gènes peuvent se copier de cellules en cellules, nous allons étudier le comportement des chromosomes lors d une multiplication cellulaire. Les schémas ci-contre nous montrent les états du noyau à différents moments de la multiplication cellulaire. Sur ces schémas, le contenu des noyaux a été coloré en vert. On peut y voir les différents états du noyau. On peut voir que l état des noyaux et notamment des chromosomes qu il contient change avec le temps. Par exemple, il semble qu à l étape 6 les chromosomes se séparent en deux groupes distincts, chaque groupe étant à l origine du futur noyau des deux cellules filles. On peut donc supposer qu à un moment donné, les informations génétiques doivent être doublées pour pouvoir être séparées en deux lots identiques, pour que toutes les cellules possèdent les mêmes informations génétiques (voir séance 1). Cned, Sciences de la vie et de la Terre 3e 35

7 séance 2 Pour vérifier cette idée, certains chercheurs ont réalisé des mesures de la quantité d A.D.N. (la molécule dont sont faits les chromosomes) dans une cellule lors d une division cellulaire. Ils obtiennent alors le tableau suivant 1 : Temps (en heures) Quantité d A.D.N. (en UA 1 ) La division cellulaire a débuté à la 10 e heure pour former deux cellules filles à la 24 e heure. À partir de ce moment, les mesures ne sont réalisées que dans une seule des deux cellules filles. Après avoir construit le graphe représentant la quantité d A.D.N. en fonction du temps sur le quadrillage de la page suivante, montre si l hypothèse (doublement de l information génétique et séparation en deux des chromosomes) émise pour expliquer que toutes les cellules possèdent la même information génétique est validée. [Réaliser un graphe et utiliser des informations issues de ce graphe] Si la question te pose un problème, va voir l annexe «Besoin d aide?» en fin de séquence. 1. UA : unité arbitraire. Comme il n y a pas d unité pour mesurer la quantité d A.D.N., on utilise une unité de départ fixée arbitraitement ici à 3 et qui correspond à la quantité d A.D.N. dans la cellule initiale avant sa multiplication. 36 Cned, Sciences de la vie et de la Terre 3e

8 séance 2 Titre :... Cned, Sciences de la vie et de la Terre 3e 37

9 séance 2 Exercice 5 : [C Communiquer des informations scientifiques] Les schémas ci-dessous représentent plusieurs étapes lors d une division cellulaire. Sur ces schémas, les 46 chromosomes n ont pas été dessinés, mais seulement 4 (dans un but de simplification). Pour chaque étape de cette division, les chromosomes ont été représentés avec une ou deux molécules d A.D.N. (après doublement de l information génétique). Pour chacune de ces étapes, il y a un texte explicatif, qui précise l état des chromosomes des cellules. Ces schémas ne sont pas dans l ordre chronologique Indique quel est l ordre correct des schémas en justifiant tes choix. [Classer en raisonnant] 38 Cned, Sciences de la vie et de la Terre 3e

10 séance 2 Si la question te pose un problème, va voir l annexe «Besoin d aide?» en fin de séquence. j e retiens La division d une cellule : est préparée par la copie de l A.D.N. de chacun de ses 46 chromosomes ; se caractérise par la séparation des 2 molécules d A.D.N. des chromosomes obtenus, chacune des deux cellules formées recevant 23 paires de chromosomes identiques à ceux de la cellule initiale. Cned, Sciences de la vie et de la Terre 3e 39

11 ANNEXE «Besoin d aide?» Séance 1 Exercice 1 : [I Rechercher de l information] Dans ta réponse tu dois : faire une remarque sur le nombre de cellules de chaque image, indiquer s il peut y avoir des apports extérieurs en cellules, préciser à partir de quoi se sont formées les nouvelles cellules. Exercice 2 : [I Rechercher de l information] Dans ta réponse tu dois : relater l expérience qui a été réalisée en lisant le schéma de gauche à droite, exprimer le résultat obtenu situé à droite du schéma, utiliser ce résultat obtenu à partir de l expérience pour montrer si l hypothèse selon laquelle le noyau d une cellule quelconque possède les mêmes informations génétiques que la cellule-œuf dont elle provient par multiplications successives est recevable. Exercice 3 : [C Exploiter les résultats d un protocole] Dans ta réponse tu dois : indiquer pour chaque cellule les taches colorées qui existent, préciser à quoi correspondent ces tâches colorées, faire une comparaison entre les 2 cellules filles et la cellule mère, utiliser ces résultats pour montrer si l hypothèse selon laquelle la transmission à l identique des informations génétiques d une cellule mère à une cellule fille a lieu lors d une multiplication cellulaire 40. Cned, Sciences de la vie et de la Terre 3e

12 séance 2 Séance 2 Exercice 4 : [Ra Formuler une hypothèse] Dans ta réponse tu dois : utiliser la fiche méthodologique pour faire un graphique, décrire les variations de la quantité d A.D.N. selon le temps, utiliser les résultats de cette description pour montrer si lorsqu une cellule se multiplie : il y a doublement de l information génétique, il y a séparation de deux stocks équivalents de chromosomes, le doublement précède la séparation, utiliser toutes ces informations pour conclure en montrant si l hypothèse selon laquelle toutes les cellules possèdent la même information génétique est validée. Exercice 5 : [C Communiquer des informations scientifiques] Dans ta réponse tu dois : indiquer la suite de schémas qui permet de passer de une à deux cellules, justifier tes choix en précisant ce qui se passe entre deux schémas consécutifs en faisant référence : aux schémas illustrant l observation d une cellule en division (début de l exercice 1), à la variation de la quantité d ADN (graphe). Cned, Sciences de la vie et de la Terre 3e 41