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Chapitre 4 : L`information génétique est conservée par réplication de

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Thème 4:Les systèmes vivants contiennent, échangent et utilisent de l’information génétique
Chapitre 4 : Réplication de l’ADN
Activités Élève
Chapitre 4 : L’information génétique est conservée par réplication de l’ADN
Activité 1 : structure et ultrastructure du chromosome
Connaissances
Capacités
Pendant l'interphase, l’ADN eucaryote, porteur de l’information
génétique, est associé à des protéines pour former la chromatine.
La chromatine peut être diffuse ou dense ; elle atteint une compaction
maximale au sein des chromosomes pendant la mitose.
Exploiter des ressources documentaires pour :
- comprendre l’organisation de l’ADN au sein du
noyau
- réaliser un schéma simple d’un chromosome
Document 1 : chromosome et chromatine
Dans la vie d’une cellule, le chromosome présente
différents niveaux d’organisation.
Lorsque la cellule se divise (=mitose), les
chromosomes apparaissent condensés, courts et
épais et sont visibles au microscope optique.
Entre deux divisions cellulaires, intervalle appelé
interphase, les chromosomes se décondensent
sous forme de fibres de chromatine formant des
amas irréguliers dans le noyau.
Questions :
1. Citer le compartiment cellulaire dans lequel se trouve le matériel génétique.
2. Indiquer pour les 2 cellules entourées du document sous quelle forme se présente l’ADN et si ces
cellules sont en interphase ou en mitose.
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Chapitre 4 : Réplication de l’ADN
Activités Élève
Document 2 : Les différents niveaux d’organisation du chromosome
Le chromosome en début de mitose, apparait formé de deux chromatides identiques, réunies au niveau
du centromère. Chaque chromatide se termine à ses 2 extrémités par le télomère (tél(o)= terminaison).
Questions :
A partir des données du document 2 :
1. Indiquer la composition biochimique de la chromatine.
2. Justifier l’expression « collier de perles » attribuée au nucléofilament.
3. Indiquer la composition d’une chromatide.
4. Par quel processus les chromosomes deviennent ils visibles dans une cellule ?
5. Titrer les figures a à c du document ci-dessous et donner les annotations 1 à 6.
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Chapitre 4 : Réplication de l’ADN
Activités Élève
Les différents niveaux d’organisation du chromosome
Figure a ………………………………………
Figure b ………………………………………
[Tapez une citation prise dans le document
ou la synthèse d'un passage intéressant.
Vous pouvez placer la zone de texte
n'importe où dans le document. Utilisez
l'onglet Outils de zone de texte pour
modifier la mise en forme de la zone de
texte de la citation.]
Figure c………………………………………
Activité 2 : Les différentes phases du cycle cellulaire
Connaissances
Le cycle cellulaire des cellules eucaryotes se déroule en plusieurs phases.
L'ADN est répliqué au cours de la phase de synthèse.
La cellule se divise au cours de la phase de mitose.
Capacités
Exploiter des ressources documentaires pour :
- représenter le cycle cellulaire ;
- analyser la courbe d’évolution de la quantité d’ADN par
cellule durant le cycle.
Les cellules ont leur propre cycle de vie : elles naissent, se multiplient et meurent. Leur multiplication permet
leur renouvellement.
Au cours de sa vie, une cellule donne naissance, en se divisant, à deux cellules filles génétiquement
identiques entre elles et à la cellule mère : c’est la mitose (chaque cellule possède le même ADN). Entre
deux mitoses, la cellule est dite en interphase (période pendant laquelle la cellule effectue ses fonctions
métaboliques). Elle est divisée en 3 phases distinctes :
- Phase G1 : la cellule synthétise les éléments
indispensables à sa croissance
- Phase S : phase de réplication de l’ADN
- Phase G2 : la cellule se prépare à la mitose
On appelle cycle cellulaire un ensemble constitué d’une interphase et d’une mitose (états d’une cellule
depuis sa formation jusqu’à sa division en deux cellules filles).
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Chapitre 4 : Réplication de l’ADN
Activités Élève
Document 1 : Evolution de la quantité d’ADN dans une cellule somatique au cours de cycles cellulaires
Les lettres A à E du document 1
délimitent un cycle cellulaire d’une
cellule
somatique :
cellule
qui
n’intervient pas dans la reproduction
sexuée de l’organisme et qui compose
un tissu de l’organisme
Document 2 : Aspects de l’ADN à différents moments du cycle cellulaire






Questions :
Document 1
1. Donner le nombre de cycles cellulaires représentés sur le document et les délimiter.
2. Indiquer la durée d’un cycle cellulaire pour cette cellule. Citer les 2 grandes étapes qui la composent.
3. Analyser les variations de la quantité d’ADN au cours d’un cycle cellulaire.
4. Donner la définition de la mitose et indiquer sur la figure quand elle a lieu. Justifier la réponse.
5. Délimiter l’interphase au niveau de la figure.
6. L’interphase est découpée en 3 phases qui sont : G1, S et G2 ; les indiquer sur le document.
7. Rappeler le nom des deux niveaux d’organisation caractéristiques de l’ADN dans une cellule et les
étapes dans lesquelles on peut les observer.
Document 2
8. Les schémas  à  du document 2 représentent l’ADN au cours des différentes phases du cycle.
- Décrire ces représentations et identifier l’étape dans laquelle on peut les observer.
- Localiser, sur le document 1, les moments du cycle où on peut les observer. Justifier.
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Chapitre 4 : Réplication de l’ADN
Activités Élève
Activité 3 : La réplication de l’ADN
Connaissances
Capacités
La réplication de l'ADN est semi-conservative chez les
procaryotes comme chez les eucaryotes.
Exploiter des ressources documentaires pour :
- mettre en relation la structure double brin de la molécule d'ADN avec la
réplication ;
- analyser une expérience montrant le caractère semi-conservatif de la
réplication.
Rappel : l’ADN est une double hélice formée de 2 brins complémentaires et antiparallèles.
Document 1 : les trois modèles proposés pour la réplication de l’ADN
Pour expliquer la réplication d'un ADN bicaténaire, trois modèles ont été proposés. Ces modèles se basent
tous sur l'utilisation de la molécule d'ADN "mère" comme matrice pour sa réplication, mais selon des
modalités différentes :
1. Modèle conservatif
Les deux brins de la molécule
d’ADN mère restent intacts et
une nouvelle copie en est
intégralement synthétisée.
2. Modèle dispersif
Chaque brin des molécules
d’ADN fille contient à la fois des
fragments de la molécule
d’ADN mère et des fragments
nouvellement synthétisés.
3. Modèle semi-conservatif
Les deux brins de la molécule
d’ADN mère se séparent et
chacun est complété par la
synthèse d’un nouveau brin
Document 2 : Les expériences de Meselson et Stahl
En 1958, Meselson et Stahl cherchent à comprendre comment s'effectue la copie conforme de l'ADN.
Des bactéries, sont cultivées pendant de nombreuses générations sur un milieu contenant de
«l’azote 15N» (« azote « lourd »). Elles sont prélevées et transférées sur un milieu normal, contenant
de « l’azote 14N» (« azote « léger »).
À chaque étape, l'ADN des bactéries en culture est extrait et centrifugé à grande vitesse dans un
tube contenant une solution de densité appropriée. Après centrifugation, l'ADN se stabilise ainsi à un
niveau correspondant à sa densité.
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Chapitre 4 : Réplication de l’ADN
Activités Élève
Les résultats obtenus sont schématisés ci-contre :
Tube 1 : ADN de bactéries cultivées depuis de nombreuses
générations sur un milieu 15N.
Tube 2 : ADN de bactéries de la culture sur milieu 15N, une
génération après leur transfert sur un milieu 14N.
Tube 3 : ADN de bactéries de la culture sur milieu 15N, deux
générations après leur transfert sur un milieu 14N.
Questions :
1. Analyse des résultats obtenus à la première génération :
- Après lecture des résultats, cocher la bonne réponse dans les propositions ci-dessous.
- Préciser l’hypothèse éliminée parmi les trois modèles proposés pour la réplication. Justifier la réponse.
-
-
-
En cultivant des bactéries sur un milieu avec de l’15N, l’ADN extrait des bactéries est :
 De l’ADN lourd
 De l’ADN léger
 De l’ADN lourd et léger
 De l’ADN lourd ou léger
Après de nombreux cycles cellulaires dans un milieu enrichi en 15N et un cycle dans un milieu contenant
du 14N, on obtient
 100% d’ADN lourd
 100% d’ADN léger
 50% d’ADN lourd et 50% d’ADN léger
 100% d’ADN intermédiaire
Hypothèse éliminée et justification :
Questions :
2. Analyse des résultats obtenus à la deuxième génération :
- Indiquer les résultats attendus dans le tube 3 pour les 2 hypothèses restantes .
- Préciser laquelle des deux hypothèses restantes est finalement retenue en utilisant les résultats
réellement observés.
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Chapitre 4 : Réplication de l’ADN
Activités Élève
Activité 4 : Les différentes phases de la mitose
Connaissances
Capacités
La mitose conduit à la formation de deux cellules-filles génétiquement
identiques à la cellule-mère.
Les quatre phases de la mitose sont identifiées par des événements
structuraux caractéristiques.
Les chromosomes comportent deux chromatides identiques qui se
séparent au cours de la mitose ; l’information génétique de la cellule-mère est
fidèlement transmise aux cellules-filles.
Exploiter des ressources documentaires et réaliser une
préparation microscopique pour :
- identifier les quatre phases de la mitose ;
- repérer les caractéristiques structurales essentielles des
quatre phases de la mitose.
La mitose est située entre deux interphases.
La mitose est une division cellulaire qui permet de former, à partir d’une cellule mère, deux cellules filles
génétiquement identiques à la cellule mère. On distingue quatre phases au cours de la mitose : prophase,
métaphase, anaphase et télophase. Chaque phase est essentiellement caractérisée par l'état des
chromosomes et leur localisation dans la cellule.
Le document 1 schématise des cellules observées au cours d’un cycle cellulaire.
Questions :
1) Observer la vidéo « la mitose » : http://www.youtube.com/watch?v=6COxMt9gMdQ
2) Etude du document 1 : Décrire les phénomènes observés au niveau de chaque phase (photo + schéma)
et nommer les phases observées.
3) Rappeler le nombre total de chromosomes dans une cellule somatique humaine.
4) Sur le document 2, cocher les propositions correctes et corriger celles qui sont incorrectes.
Document 2
 La mitose d’une cellule somatique humaine donne naissance à 2 cellules filles à 23 chromosomes
 A la fin de la mitose, chaque chromosome est composé d’une chromatide
 A la fin de la mitose, chaque chromatide est composée par une molécule d’ADN (double hélice)
 Les chromosomes sont sous forme de chromatine pendant certaines phases de la mitose.
 La mitose assure une reproduction conforme des cellules
 La mitose permet le renouvellement et la réparation des tissus
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Chapitre 4 : Réplication de l’ADN
Activités Élève
Document 1 : Le déroulement de la mitose au cours du cycle cellulaire
Le cycle cellulaire : l’interphase + la mitose
Photos
(cellule végétale)
Schémas
(cellule animale)
Nom de la
phase
Caractéristiques structurales de
chaque phase
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Chapitre 4 : Réplication de l’ADN
Activités Élève
Activité 5 : Analyse de caryotype
Connaissances
La chromatine peut être diffuse ou dense ; elle atteint une compaction
maximale au sein des chromosomes pendant la mitose.
Capacités
Exploiter des ressources documentaires pour :
- analyser les résultats d’un caryotype humain.
Lors de la métaphase de la mitose, les chromosomes sont le plus condensés et le mieux individualisés. Cette
phase est utilisée pour la réalisation d’un caryotype qui permet de détecter des anomalies chromosomiques
(nombre ou forme) ou le sexe d’un individu.
Document 1 : réalisation d’un caryotype
Document 2 : photographies de caryotypes humains normaux
Caryotype féminin
Caryotype masculin
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Chapitre 4 : Réplication de l’ADN
Activités Élève
Questions :
1.
2.
3.
4.
Pourquoi le caryotype est-il réalisé à partir des leucocytes et non des érythrocytes (hématies)?
Pourquoi les mitoses sont-elles bloquées en métaphase ?
Dessiner et légender un chromosome métaphasique.
Observer un des caryotypes du document 2 et préciser les critères utilisés pour classer les
chromosomes. En déduire la définition d’un caryotype.
5. Comparer les deux caryotypes du document 2 et indiquer ce qui distingue un caryotype féminin d’un
caryotype masculin.
6. A chaque caryotype correspond une formule chromosomique : (46, XX) pour les filles, (46, XY) pour les
garçons. Expliquer l’écriture de la formule chromosomique.
7. La fécondation résulte de l’union d’un gamète mâle (spermatozoïde) et d’un gamète femelle. Justifier
le fait que les chromosomes soient par paires et proposer une explication au caryotype (46, XY) d’un
garçon issu de la fécondation.
Document 3 : Les anomalies chromosomiques visibles au microscope
Le caryotype est généralement utilisé dans le cadre du diagnostic prénatal afin de détecter une anomalie
chez le fœtus.
Plusieurs types d’anomalies chromosomiques peuvent être repérés sur un caryotype. :
- Anomalies du nombre de chromosomes (perte d’un chromosome d’une paire (monosomie) ou
chromosome en plus au niveau d’une paire (trisomie))
- Anomalies de la structure des chromosomes (perte d’un fragment de chromosome....)
 Un caryotype peut donner des informations sur l’aspect des chromosomes mais ne permet pas de
connaître le contenu des gènes.
Question :
8. Pour chaque caryotype présenté,
- repérer et nommer l’anomalie chromosomique,
- écrire sa formule chromosomique.
- Indiquer le sexe de l’individu (la présence du chromosome Y détermine le sexe de l’individu).
Caryotype B
Caryotype A
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Chapitre 4 : Réplication de l’ADN
Caryotype C
Activités Élève
Caryotype D
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