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Chapitre 3 : L`expression de l`information génétique

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Thème 4 : Les systèmes vivants contiennent, échangent et utilisent de l’information génétique
Chapitre 3 : L’expression de l’information génétique
Activités Élève
Chapitre 3 : L’expression de l’information génétique
Connaissances
Capacités
L'ADN contient des unités d'information appelées
gènes.
Exploiter des ressources documentaires pour :
Le génome est l’ensemble du matériel génétique - construire un schéma simplifié localisant la
d’un organisme.
transcription et la traduction dans la cellule.
Chez les eucaryotes, la transcription a lieu dans le
noyau, la traduction a lieu dans le cytosol.
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
Radioactivité à t1
cellules
entières
noyau
mitochondries
ribosomes
réticulum
endoplasmique
+++
-
-
+++
+
Radioactivité à t2
+++
++
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
5 000 nucléotides. Une des bases azotées présentes dans la molécule d'ARN est l’uracile.
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Chapitre 3 : L’expression de l’information génétique
Activités Élève
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 3.
7. 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 4.
9. 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
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Document 4 : Localisation de la transcription et la traduction dans une cellule eucaryote.
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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 1.
5. 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
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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 1960. 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.
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Document 2 : Les acteurs de la traduction
l
ARN de transfert
Le ribosome
Document 3 : Le mécanisme de la traduction
http://www.youtube.com/watch?v=nYaIBDwCZvY
http://www.youtube.com/watch?v=ZMlmEAF0oNU
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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 1ère région où se fixent l’acide aminé à
transporter et une 2ème 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.
10. 3ème 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.
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Document 5 : Mécanisme de la traduction
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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
ARN m
et
Acide aminé dans la protéine
conséquence au niveau de
la PROTEINE
Codon sur l’ARNm
Brin
transcrit
Brin
non transcrit
ADN séquence muté
Protéine normale
Acide aminé dans la protéine:
Codon sur l’ARNm
Brin transcrit
Brin
non transcrit
ADN séquence muté
Acide aminé
Codon sur l’ARNm
Brin transcrit
Brin
non transcrit
Acide aminé
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ADN séquence muté
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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 20 000
9
à 25 000 gènes soit environ 3.10 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.
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Chapitre 3 : L’expression de l’information génétique
Photographie de microscopie électronique MET (x 150 000)
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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.
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