Chapitre 2 : L information génétique I) Localisation de l information génétique 1) Mise en évidence Réalisation d expériences virtuelles sur des souris. L information génétique est donc localisée dans Novembre Décembre 2015 1
2) Les chromosomes, éléments permanents des cellules Nous l avons vu, l information génétique est localisée dans le noyau. Mais quel est le support de cette information? Les.. présents dans le noyau sont le support de l information génétique. Chaque cellule d un individu de l espèce humaine possède.. paires de chromosomes. Les cellules qui composent un individu contiennent toutes la même information génétique que celle de la cellule-œuf dont elles proviennent par divisions successives. Chaque chromosome contient de nombreux... Un gène peut exister sous des versions différentes appelées... Chaque gène est porteur d une information qui détermine l un des caractères héréditaires. Chaque chromosome est constitué d (Acide DésoxyriboNucléique). Chez les animaux supérieurs et les végétaux, les cellules ont un nombre pair de chromosome. On parle de cellule diploïde à 2n chromosome. En revanche, les cellules reproductrices chez ces individus, n ont que n chromosome : on parle de cellule haploïde. Dans une cellule, les chromosomes sont identiques par paires : les deux chromosomes d une même paire sont dit chromosomes homologues car ils sont identiques tant par leur forme que leur structure interne. Exemples de nombre de chromosomes pour une espèce donnée : Homme 23 paires 46 chr. Bovin. 30 60 Ovin. 27 54 Porcin. 19 38 Equin. 32 64 Poules. 39 78 Caprin. 19 38 Nb de chromosomes Maïs 20 Blé 14 Tomate 24 Jacinthe 8 Pomme de terre 48 Novembre Décembre 2015 2
II) L ADN 1) Informations apportées par la transgénèse La transgénèse correspond au transfert, d un être vivant à un autre, d un fragment d ADN porteur d un gène. Le «donneur» et le «receveur» peuvent être de la même espèce ou d espèces différentes. L organisme receveur est ce que l on appelle un OGM (organisme génétiquement modifié). La transgénèse est une technique née en 1982 avec le premier transfert réussi d un gène humain à une souris. Depuis, d autres organismes génétiquement modifiés ont été créés dans de nombreux domaines. L organisme receveur acquiert une propriété (bioluminescence, capacité à produire une substance insecticide ) qui, auparavant, était propre à l organisme donneur. Le transfert de gène étant responsable de cette acquisition, on en déduit que l ADN du gène transféré est porteur de l information nécessaire : c est une information génétique. Par ailleurs, le gène transféré peut être transmis au cours des divisions cellulaires à toutes les cellules de l organisme receveur et dans ce cas, peut également être transmis à sa descendance. Quelle que soit l espèce receveuse, le transfert d un même gène aboutit toujours à l acquisition de la même propriété par le receveur. Ceci montre que l information génétique contenue dans l ADN y est écrite en langage universel. L ADN est donc bien le support de l information génétique L information génétique présente dans l ADN est écrite dans un même langage commun à toutes les espèces : C est un langage universel! Même code, même lecture et même expression. Novembre Décembre 2015 3
Exemple : lutte contre la pyrale du maïs La pyrale est un insecte dont les chenilles ravagent le maïs. La bactérie du sol Bacillus thuringiensis produit, parmi différentes protéines actives sur les insectes, une protéine du nom de Cry1Ab à laquelle les chenilles de la pyrale du maïs sont très sensibles. Elle agit en se fixant spécifiquement sur des récepteurs situés au niveau de l'intestin de certaines chenilles et en produisant une paralysie intestinale. La chenille sensible s'arrête de consommer et finit par mourir de faim. Pour obtenir un maïs Bt, on introduit dans la variété un ou plusieurs gènes permettant la synthèse de Cry1ab. Cette transformation peut éventuellement être accompagnée dans la variété d'autres types de transformations (résistance à un herbicide par exemple). Le maïs obtenu (maïs Bt) est alors un maïs OGM. Les plants de maïs sont alors résistants à la pyrale. L information génétique contenue dans le gène a été transmise à toutes les cellules du plant de maïs par division cellulaire. Le premier produit commercial contenant une des protéines insecticides produites par Bacillus thuringiensis, la Bactospéine, fut mise au point en 1959 pour lutter contre les chenilles de lépidoptères. Aujourd'hui encore, ces protéines sont utilisées sous forme de traitements traditionnels (pulvérisations), en agriculture biologique notamment. Novembre Décembre 2015 4
2) Structure de la molécule d ADN L ADN (Acide DésoxyriboNucléique) est une molécule organique de très grande dimension (jusqu à plusieurs cm), composée de très nombreuses petites unités appelées nucléotides. L ADN d une cellule humaine contient 3,2 milliards de paires de nucléotides. Il existe quatre nucléotides différents : -... : A -.... : T - : C - : G Ces nucléotides s enchaînent les uns aux autres pour former deux longues hélices entrelacées. La disposition des nucléotides entre les deux chaînes suit une règle : à chaque nucléotide A d une chaîne est associé un nucléotide T sur l autre chaîne. La même complémentarité existe aussi pour C et G. Pour cette raison, les deux chaînes sont qualifiées de complémentaires. Novembre Décembre 2015 5
3) L information génétique et ses variations BPREA Biologie La structure de la molécule d ADN est la même pour tous les êtres vivants. Tous les êtres vivants utilisent des messages universellement codés par une succession de nucléotides de 4 types ( _, _, _, _ ). Cependant, on constate que, sur l ADN de différentes espèces, les nucléotides ne se succèdent pas dans le même ordre. C est cette séquence, c est-à-dire la succession des nucléotides, qui constitue l information génétique. Au sein d une même espèce, un chromosome contient une molécule d ADN dont l information génétique est répartie entre plusieurs séquences particulières codant chacune un caractère héréditaire (groupe sanguin, couleur des yeux, etc.) : ce sont les gènes. Gène : Il peut arriver que l ADN subisse des modifications brutales et imprévisibles : il s agit des mutations génétiques. La séquence change alors au niveau des nucléotides concernés par la mutation. la modification de l information génétique a lieu et le code change résultat : l expression de l information génétique sera différente. Lorsqu un gène subit une mutation, une nouvelle forme de ce gène est créée. Cette variante est appelée un allèle du gène. La diversité des allèles que l on retrouve dans une espèce repose sur la diversité des molécules d ADN : elle tire son origine de cette variabilité de l ADN qui est apparue au cours de l histoire évolutive de l espèce, grâce aux mutations. Allèle : Novembre Décembre 2015 6
BILAN SUR LA COMPOSITION DU MATERIEL GENETIQUE Novembre Décembre 2015 7
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III) Transmission de l information génétique 1) Du gène à la protéine 2) La division cellulaire : une reproduction conforme a) Une succession de cycles cellulaires Seule la vie peut engendrer la vie. La reproduction est le phénomène qui distingue le plus nettement le vivant du non-vivant. La perpétuation de la vie repose sur la reproduction de cellules, unité de base du monde vivant. C est la division cellulaire ou.. Chez les organismes unicellulaires, la reproduction se ramène à la division d une cellule en deux autres cellules. Ainsi l amibe produit deux cellules filles en tout point identiques à elle-même. La croissance et le développement des organismes pluricellulaires comme l humain repose également sur la division d une cellule unique, le zygote aussi appelé (gamètes et fusionnés). Même à maturité, la division cellulaire se poursuit pour remplacer les cellules détruites par l usure et les lésions. La division cellulaire nécessite la distribution d un matériel génétique identique aux deux cellules filles. La propriété la plus remarquable de la division cellulaire est la fidélité de la transmission du génome (totalité de l information génétique d une cellule) d une génération de cellules à la suivante. Une cellule en voie de division copie tous les gènes, les répartit également aux extrémités opposées puis se sépare en deux cellules filles. Novembre Décembre 2015 9
La reproduction bactérienne fait elle appel à un mode de division cellulaire appelée scissiparité. Chaque espèce, végétale ou animale, est caractérisée par son.. Le nombre de chromosomes, leur taille, leur morphologie, définissent ce caryotype et sont les mêmes (sauf anomalies) chez tous les individus de l espèce. Les différentes étapes de la mitose assurent la conservation de toutes les caractéristiques du caryotype au cours des générations cellulaires. Toutes les cellules d un être vivant pluricellulaire proviennent de divisions successives à partir de l unique cellule-œuf originelle. On appelle cycle cellulaire la période qui s étend de la formation d une cellule mère, jusqu au moment où celle-ci finit par se scinder en deux cellules-filles. A l intérieur d un cycle, on distingue l interphase, période pendant laquelle la cellule n est pas dans un état de division, et la mitose, qui correspond aux différentes étapes pendant laquelle la cellule se divise en deux cellules-filles. b) Chromosomes et ADN En interphase, les différentes molécules d ADN d une cellule forment des amas diffus occupant la majeure partie du volume nucléaire. On dit que l ADN est dans un état décondensé. Pendant la mitose, en revanche, l information génétique se présente sous la forme caractéristique de petits bâtonnets colorables bien individualisés : ce sont les chromosomes (du grec krôma : couleur et sôma : corps). Puisque, au cours de sa division, une cellule transmet son information génétique à deux cellules-filles, il est indispensable que la mitose soit préparée par une étape au cours de laquelle l ensemble des chromosomes sont copiés. Cette étape, qui se déroule au cours de l interphase précédant toute mitose, est la réplication de l ADN. Observé au début de la mitose, chaque chromosome apparaît double, constitué de deux chromatides réunies au niveau d une région appelée centromère. Chaque chromatide contient une molécule d ADN. Ainsi, un chromosome à deux chromatides, tel qu il apparaît au début de la mitose, est constitué de deux molécules d ADN identiques, portant la même information génétique, c est-à-dire la même série d allèles. Novembre Décembre 2015 10
c) Les étapes de la mitose Mitose : Bien que la mitose soit un processus continu, elle est classiquement divisée en plusieurs phases permettant de bien comprendre le phénomène : la prophase, la métaphase, l anaphase et la télophase. Chaque phase est essentiellement caractérisée par l état des chromosomes et leur localisation dans la cellule. - La. (du grec pro, en avant) Les chromosomes commencent à se condenser, ils deviennent progressivement visibles et bien individualisés. Chaque chromosome apparaît ainsi constitué de deux chromatides réunies au niveau du centromère. L enveloppe du noyau disparaît, les chromosomes sont dispersés dans l espace cellulaire. - La.. (du grec meta, transformation) La condensation des chromosomes est alors maximale. Les chromosomes se placent de telle sorte que tous les centromères sont situés dans un même plan qualifié d équatorial. L ensemble des chromosomes ainsi disposés forme une figure caractéristique appelée plaque équatoriale. - L.. (du grec ana, en haut) Les deux chromatides sœurs de chaque chromosome double se séparent après rupture du centromère. Deux lots identiques de chromatides migrent en sens opposé vers chaque pôle cellulaire. Dès la fin de l anaphase, la séparation du cytoplasme commence. - La. (du grec telos, fin) Chaque lot de chromatides arrive à un pôle de la cellule et se décondense. Une enveloppe nucléaire se forme autour de chaque lot et achève ainsi la formation des deux noyaux fils, la séparation du cytoplasme se termine, ce qui marque la fin de la mitose. A l issue de la mitose, chaque cellule-fille a bien hérité d un exemplaire de l intégralité du programme génétique de la cellule-mère. Notons, en particulier, que les deux cellules-filles ont exactement le même nombre et les mêmes chromosomes que la cellulemère. La mitose est une reproduction dite conforme, c est-à-dire qu elle conserve le caryotype au cours des divisions successives. Novembre Décembre 2015 11
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Le processus de cancérisation résulte de défaillances de la mitose et d une multiplication anarchique des cellules. Novembre Décembre 2015 13