Chapitre 3 : L expression de l information génétique. Activité 1 : Les deux étapes de l expression de l information génétique

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1 Connaissances 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. Capacités Exploiter des ressources documentaires pour : - construire un schéma simplifié localisant la transcription et la traduction dans la cellule. 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 t 2 ), 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 t Radioactivité à t 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 nucléotides. Une des bases azotées présentes dans la molécule d'arn est l uracile. Page 1 sur 11

2 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 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 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 Page 2 sur 11

3 Document 4 : Localisation de la transcription et la traduction dans une cellule eucaryote Page 3 sur 11

4 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 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... Page 4 sur 11

5 Document 2 : portion de gène qui code la synthèse de l insuline ARNm : 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 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. Page 5 sur 11

6 Document 2 : Les acteurs de la traduction l ARN de transfert Le ribosome Document 3 : Le mécanisme de la traduction Page 6 sur 11

7 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 1 ère région où se fixent l acide aminé à transporter et une 2 ème 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 ème 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. Page 7 sur 11

8 Document 5 : Mécanisme de la traduction Page 8 sur 11

9 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 ADN séquence normale Brin transcrit Brin non transcrit ARN m et Acide aminé dans la protéine Codon sur l ARNm Acide aminé dans la protéine: conséquence au niveau de la PROTEINE Protéine normale ADN séquence muté Brin transcrit Codon sur l ARNm Brin non transcrit Acide aminé ADN séquence muté Codon sur l ARNm Brin transcrit Brin non transcrit Acide aminé Page 9 sur 11

10 ADN séquence muté Codon sur l ARNm Brin transcrit Brin non transcrit Acide aminé Activité 5 : Des gènes morcelés chez leseucaryotes Document 1 : fonctions de l ADN du génome humain(en % de nucléotides) Le génome humain comporte environ à gènes soit environ paires 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. Page 10 sur 11

11 Photographie de microscopie électronique MET (x ) 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. Page 11 sur 11

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