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de
Cours • Méthode • Exercices • Corrigés
Grand jeu concours
300 BDà gagner !*
Première S
mon annéeSVT
1re SSVT
rédigé par des professeursde l’Éducation Nationale
Reprod
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rdite
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rditeGrand jeu concours
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SVT
1
© Copyright Cours Legendre – tous droits réservés
Ce cours a été rédigé par :
Madame Boulogne,
Professeurs de S.V.T
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n Madame Boulogne
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n Madame Boulogne
Professeurs
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Ce cours a été rédigé par interd
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:
2
© Copyright Cours Legendre – tous droits réservés
Le cours de révision est composé de quatre dossiers. 1. Un bilan-test de début de cours qui permet de repérer les éventuelles difficultés et de mieux
orienter ses révisions. Il ne faut pas l’adresser à la correction. En effet, les corrigés des bilans-test sont placés après les tests.
2. Le cours. 4 séries de travail avec des leçons et des exercices d’application. Ceux-ci sont
autocorrectifs et servent d’entraînement aux devoirs. Il ne faut pas les adresser à la correction. 3. Corrigé des exercices. Ce sont les corrigés des exercices du cours. 4. Devoirs à adresser à la correction. 4 devoirs à réaliser après l’étude de chaque série + 2
devoirs facultatifs (« devoir bilan » et « QCM »). Étudiez une série de travail par semaine en faisant tous les exercices d’application, en vérifiant leur exactitude avant de commencer le devoir correspondant. Pour chaque série, un devoir vous est proposé. Exemples : Après l’étude de la première série de travail, faites votre devoir 1 Après l’étude de la deuxième série de travail, faites votre devoir 2… Après avoir rédigé les 4 devoirs, nous vous proposons deux devoirs facultatifs : un devoir de rattrapage et un devoir bilan, avec des exercices récapitulatifs sur toutes les séries. La durée d’étude de ce cours de révision est de quatre à six semaines selon le rythme de l’élève. Travaillez régulièrement chaque jour. Envoyez chaque devoir dès qu’il est terminé pour bénéficier ainsi des conseils des correcteurs. N’attendez pas le retour du devoir corrigé pour continuer à travailler.
Bon Travail !
COURS DE RÉVISION
COMMENT ÉTUDIER SON COURS ?
COURS DE RATTRAPAGE CONSEILS Reprod
uctio
n Étudiez une série de travail par semaine en faisant tous les exercices d’application, en vérifiant leur
Reprod
uctio
n Étudiez une série de travail par semaine en faisant tous les exercices d’application, en vérifiant leur exactitude avant de commencer le devoir correspondant. Pour chaque série, un devoir vous est
Reprod
uctio
n exactitude avant de commencer le devoir correspondant. Pour chaque série, un devoir vous est
rès l’étude de la première série de travail, faites votre devoir 1
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n rès l’étude de la première série de travail, faites votre devoir 1
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rès avoir rédigé les 4 devoirs
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, nous vous proposons ge et un devoir bilan, avec des exercices récapitulatifs sur toutes les séries.
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ge et un devoir bilan, avec des exercices récapitulatifs sur toutes les séries.
La durée d’étude de ce cours de révision est de qua
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La durée d’étude de ce cours de révision est de qua
Travaillez régulièrement chaque jour. Envoyez chaque devoir dès qu’ilReprod
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Travaillez régulièrement chaque jour. Envoyez chaque devoir dès qu’ilReprod
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n COMMENT ÉTUDIER SON COURS
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qui permet de repérer les éventuelles difficultés et de mieux
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iteci sont autocorrectifs et servent d’entraînement aux devoirs. Il ne faut pas les adresser à la correction.
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iteautocorrectifs et servent d’entraînement aux devoirs. Il ne faut pas les adresser à la correction.
Ce sont les corrigés des exercices du cours.
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iteCe sont les corrigés des exercices du cours.
. 4 devoirs à réaliser après l’étude de chaque série + 2 interd
ite. 4 devoirs à réaliser après l’étude de chaque série + 2
BILAN TEST
3
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Les questions suivantes ont pour but de vous permettre d'évaluer vos connaissances avant de commencer le cours. Questions : Réponses : 1. Les ondes sismiques : a) ont toutes la même vitesse. b) permettent par leur étude de trouver le modèle concentrique de la Terre. c) se propagent à vitesse constante dans la Terre.
a) b) c)
2. Les plaques sont mobiles : a) sur l'asthénosphère. b) depuis un temps relativement récent. c) uniquement au niveau des dorsales. d) si elles portent des continents.
a) b) c) d)
3. Les frontières entre les plaques : a) sont parfaitement définies. b) Connaissent 3 types de mouvements : convergence, coulissage et divergence. c) sont stables et inchangées.
a) b) c)
4. Le déplacement des plaques est dû : a) à la rotation de la Terre. b) à des mouvements de convection dans le manteau. c) aux courants marins.
a) b) c)
5. La Terre est constituée de : a) 3 couches concentriques : croûte, manteau, noyau. b) 1 couche solide sur 1 couche fluide. c) 3 couches de compositions chimiques identiques.
a) b) c)
6. L'océanisation :a) est terminée. b) se produit avec des mouvements d'extension (ou de divergence). c) correspond à la fermeture d'un océan.
a) b) c)
7. Le génotype :a) dépend seulement du milieu.b) est l'ensemble des gènes. c) est l'expression de certains caractères de la cellule.
a) b) c)
8. La structure des protéines : a) est rigide. b) dépend de la température. c) n'influe pas sur sa fonction.
a) b) c)
9. Les étapes de la synthèse des protéines : a) sont réalisées uniquement dans le noyau. b) sont réalisées uniquement dans le cytoplasme. c) Sont nommées la transcription puis la traduction. d) ne nécessite aucune énergie.
a) b) c) d)
10. L'ARN : a) est formé de 2 brins complémentaires. b) Contient de l'Uracile. c) est formé dans le cytoplasme.
a) b) c)
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n de convection dans le manteau.
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n de convection dans le manteau.
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n ntriques : croûte, manteau, noyau.
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8. La structure des protéines :
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: convergence, coulissage et divergence.interd
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BILAN TEST
4
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Questions : Réponses :
11. le code génétique : a) est la correspondance entre ADN et ARNb) dépend de l'organisme c) est la correspondance entre un codon et un acide aminé
a) b c)
12. Les gènes sont : a) composés d'ADN. b) Composés de protéines. c) n'existent que chez les eucaryotes.
a) b) c)
13. Le cycle cellulaire : a) correspond à la durée de vie d'une cellule. b) est la durée de la réplication. c) est l'ensemble d'une interphase et d'une mitose.
a) b) c)
14. Les pigments rétiniens : a) sont les mêmes pour toutes les catégories de cônes. b) ont des spectres d’absorption identiques. c) leur étude confirme l’étroite parenté entre l’Homme et le Chimpanzé.
a) b) c)
15. Dans un agrosystème : a) l’agriculteur modifie les flux de matière. b) de l’énergie est apportée sous forme de pesticides. c) les engrais améliorent la quantité des récoltes.
a) b) c)
16. Dans le testicule embryonnaire : a) le gène SRY s’est exprimé. b) certaines cellules secrètent de la testostérone. c) les premiers spermatozoïdes apparaissent.
a) b) c)
17. La production de viande est : a) énergiquement plus rentable que la production végétale. b) indirectement dépendante de l’énergie solaire. c) non polluante car elle ne recourt pas à des intrants.
a) b) c)
18. La vision des formes : a) se fait par la même aire visuelle que les mouvements. b) nécessite une collaboration entre fonction visuelle et mémoire. c) Ne peut pas être perdue si les aires visuelles primaires sont fonctionnelles.
a) b) c)
19. Le diabète : a) dépend uniquement du génome. b) dépend uniquement de l'alimentation. c) est soigné dans certains cas par des injections d'insuline.
a) b) c)
20. Le cortex cérébral : a) comporte des aires spécialisées. b) est localisé dans la partie antérieure du cerveau. c) A un fonctionnement basé sur une communication hormonale.
a) b) c)
Score
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n de l’énergie est apportée sous forme de pesticides.
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n de l’énergie est apportée sous forme de pesticides.
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n directement dépendante de l’énergie solaire.
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n car elle ne recourt pas à des intrants.
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se fait par la même aire visuelle que les mouvements.nécessite une collaboration entre fonction visuelle et mémoire.
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nécessite une collaboration entre fonction visuelle et mémoire.Ne peut pas être perdue si les aires visuelles primaires sont fonctionnelles.
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n
Ne peut pas être perdue si les aires visuelles primaires sont fonctionnelles.
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19. Le diabète :
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19. Le diabète :dépend uniquement du génome.
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dépend uniquement du génome.dépend uniquement de l'alimentation.
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dépend uniquement de l'alimentation.est soigné dans certains cas par des injections d'insuline.
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est soigné dans certains cas par des injections d'insuline.
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20. Le cortex cérébral :Reprod
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20. Le cortex cérébral :a) Rep
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a) comporte des aires spécialisées.Reprod
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comporte des aires spécialisées.Reprod
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A un fonctionnement basé sur une communication hormonale.Reprod
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iteleur étude confirme l’étroite parenté entre l’Homme et le Chimpanzé.
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iteleur étude confirme l’étroite parenté entre l’Homme et le Chimpanzé.
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ite
CORRIGÉ DU BILAN TEST
5
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20 bonnes réponses : Bravo ! Entre 15 et 19 bonnes réponses : Vous avez de bonnes connaissances qui ne demandent qu'à être approfondies. Entre 10 et 14 bonnes réponses : Trop de trous de mémoire ! Ce livre est fait pour vous ! Entre 6 et 9 bonnes réponses : L'été sera studieux et ce livre un précieux compagnon ! Entre 0 et 5 bonnes réponses : Au boulot ! Et rassurez-vous, vous allez vite progresser !
BONNES RÉVISIONS ET BON COURAGE !
QUESTIONS RÉPONSES
1 b série 2
2 a série 2
3 b série 2
4 b série 2
5 a série 2
6 b série 2
7 b série 2
8 b série 1
9 c série 1
10 b série 1
11 c série 1
12 a série 1
13 c série 1
14 c série 4
15 a et c série 3
16 a et b série 4
17 b série 3
18 c série 4
19 c série 2
20 a série 5 Reprod
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SOMMAIRE
PREMIERE S
S.V.T
Série 1
La vie et l’évolution du vivant 1ère Leçon Reproduction conforme de la cel lule et repl ication de l ’ADN
2ème Leçon Le patr imoine génétique
3ème Leçon Variabi l i té génétique et mutation de l ’ADN Série 2
1ère Leçon Variabi l i té génétique et santé
La terre et les enjeux contemporains 2ème Leçon Histoire de la Terre et de sa mobi l i té
3ème Leçon La tectonique des plaques Série 3
1ère Leçon Marges et ressources pétrol ières
2ème Leçon Nourrir l ’humanité
Le corps humain et la santé 3ème Leçon Devenir femme ou homme
Série 4
1ère Leçon Sexual i té et procréation
2ème Leçon De l ’œi l au cerveau
3ème Leçon De l ’œi l au cerveau ANNEXE Méthodologie
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S.V.T
1ère S
1ère SÉRIE
LA VIE ET L’ÉVOLUTION DU VIVANT
PREMIÈRE LEÇON Reproduction conforme de la cellule et réplication de l’ADN
DEUXIÈME LEÇON Le patrimoine génétique
TROISIÈME LEÇON Variabilité génétique et santé
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1ère Série
LA VIE ET L’ÉVOLUTION DU VIVANT
PREMIÈRE LEÇON
Reproduction conforme de la cellule et réplication de L’ADN Objectif : Comprendre le rôle des chromosomes. Les différentes phases de la mitose. Réplication de l’ADN La cellule est l’unité de base de tous les êtres vivants. Elle contient l’information génétique codée en langage ADN. Toute cellule provient d’une cellule préexistante et possède donc la même information génétique. Parmi ses propriétés fondamentales nous notons : 1. Métabolisme et croissance : la cellule utilise une partie des matières absorbées pour élaborer sa
propre substance. La plus grande partie des nutriments est brûlée en présence d’oxygène de manière à dégager d’une part de la chaleur et d’autre part de l’énergie libre sous forme d’ATP.
2. Sensibilité et mouvements : La cellule est sensible aux influences du milieu ambiant dont elle évalue les impressions perçues. Elle y répond par des mouvements internes et externes.
3. Reproduction : Le but de la vie est de dépasser une seule et même forme. Elle cherche de nouvelles possibilités de développement. La cellule peut se diviser et ainsi donner naissance à deux cellules filles qui lui sont semblables.
I - Le chromosome 1. Les états du chromosome au cours du cycle cellulaire. Le noyau des cellules est de taille et de forme extrêmement variable. Il est entouré d’une double membrane. Les principaux corps chimiques du noyau sont les acides nucléiques. Ceux-ci se présentent sous forme d’acides ribonucléiques (ARN) et d’acide désoxyribonucléiques (ADN) dans la substance nucléaire. À certains moments de la vie de la cellule, lorsque la cellule se divise (mitose), l’ADN se condense. On voit alors apparaître des bâtonnets : les chromosomes.
Le noyau de la cel lule, les chromosomes apparaissent
Les chromosomes dans le noyau, et l ’enroulement de l ’ADN
Les chromosomes constitués par l’enroulement de l’ADN portent les gènes alignés le long des chromatides. Ils portent donc le programme génétique de l’individu. Sur chaque chromosome, les gènes sont disposés de façon linéaire. Chaque gène y occupe un emplacement précis, le locus.
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n Le noyau des cellules est de taille et de forme extrêmement variable. Il est entouré d’une double membrane. Les principaux corps chimiques du noyau sont les acides nucléiques. Ceux
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évalue les impressions perçues. Elle y répond par des mouvements internes et externes. interd
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nouvelles possibilités de développement. La cellule peut se diviser et ainsi donner naissance à
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1ère Série
on voit l ’enroulement de l ’ADN (1) pour former le chromosome
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1ère Série
Un gène donné peut porter des informations différentes relatives au même caractère : chaque version de ce gène est appelée allèle. (Exemple : le gène du groupe sanguin se trouve sur le chromosome n°9 et il existe sous les allèles A, B, ou O.) A retenir : Grâce à la mitose, le même programme initial existe chez toutes les cellules. C’est une reproduction conforme car chaque cellule fille reçoit la même information génétique qui se trouvait dans la cellule mère. Le durée de la mitose est très courte, une heure en moyenne. Un cycle cellulaire comprend donc l’ensemble des évènements qui se déroulent dans une cellule, depuis sa naissance (à l’issue d’une mitose) jusqu’à la fin de sa propre division. Le cycle cellulaire comprend donc l’interphase, située entre deux mitoses (la reproduction) et la mitose. L’ADN des chromosomes constitue le matériel héréditaire de la cellule et est transmis de génération en génération, il est donc le support de l’information génétique. a. Les différents états du chromosome au cours du cycle cellulaire.
- Pendant la mitose. À l’interphase, les chromosomes invisibles sont des nucléofilaments (chromatide). L’image classique du chromosome est le chromosome métaphasique. Les chromosomes sont particulièrement visibles pendant la mitose. Pour le renouvellement ou pour la croissance, les cellules se reproduisent en se divisant pour donner des clones de cellules identiques. Les chromosomes deviennent alors visibles dans le noyau et se séparent en deux lots identiques dans deux cellules filles identiques. Pendant cette période de la mitose, appelée métaphase, il est possible de classer les chromosomes de façon à obtenir un caryotype. Le caryotype est le classement des chromosomes selon leur taille, leur forme ainsi que leur rôle, selon une norme internationale.
Différentes formes de chromosomes selon la position du centromère. Chaque chromosome est formé de deux chromatides durant une grande partie de la mitose. Cependant à la fin de la mitose, en télophase, les chromosomes sont à une chromatide.
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du chromosome est le chromosome métaphasique. Les chromosomes sont particulièrement visible
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iteLes différents états du chromosome au cours du cycle cellulaire.
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l’interphase, les chromosomes invisibles sont des nucléofilaments (chromatide). L’image classique du chromosome est le chromosome métaphasique. Les chromosomes sont particulièrement visibleint
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du chromosome est le chromosome métaphasique. Les chromosomes sont particulièrement visible
16 1ère leçon
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1ère Série
Un logiciel permet de classer les chromosomes dans des cases numérotées.
Résultat obtenu : Il s’agit d’un Caryotype. C’est le classement selon des normes internationales des chromosomes d’une espèce. Tous les chromosomes sont par paires. Nous voyons deux chromosomes X en case 23 (ce qui correspond à une cellule d’un organisme de sexe féminin) Pour le sexe masculin nous aurions eu un chromosome X et un Y (le chromosome Y étant d’une taille plus petite que le chromosome X)
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1ère Série
Voici des caryotypes de cellules humaines
Le caryotype humain comporte 46 chromosomes, soit 22 paires d'autosomes et une paire de gonosomes ou chromosomes sexuels : deux chromosomes X dans le sexe féminin et un X et un Y pour le sexe masculin. Ne pas mélanger les autosomes et les chromosomes sexuels. Les chromosomes homologues possèdent les mêmes gênes mais possèdent des allèles différents pour certains de ces gènes. Les deux chromatides d’un chromosome sont génétiquement identiques : elles possèdent les mêmes allèles des mêmes gènes. En fin de division cellulaire, une chromatide de chacun des chromosomes métaphasiques se retrouve dans la cellule fille. Pourquoi les chromosomes ne sont-ils visibles que pendant la mitose et invisibles pendant l’interphase ? Au début de l’interphase, le chromosome est invisible au microscope optique. Sa forme est celle d’un filament grêle. Sa longueur moyenne est d’environ 500 μm, alors que sa taille est 100 fois plus longue pendant la division cellulaire (5μm). Ce stade constitue la phase G1 de l’interphase. À cette phase, le chromosome interphasique est constitué d’une seule molécule d’ADN associée à des protéines, les histones. La molécule d’ADN n’est pas linéaire mais se présente sous la forme d’une série de « perles sur un fil ». Chaque perle correspond à un enroulement de l’ADN autour d’un noyau d’histones. Le chromosome en fin d’interphase est formé de deux filaments grêles, les chromatides, non visibles au microscope optique et reliées au niveau du centromère. Ces deux chromatides sont identiques entre elles. Cette phase G2 de l’interphase permet le passage du chromosome double au chromosome mitotique.
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n : deux chromosomes X dans le sexe féminin et un X et un Y
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Le caryotype humain comporte 46 chromosomes, soit 22 paires d'autosomes et une paire de : deux chromosomes X dans le sexe féminin et un X et un Y int
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18 1ère leçon
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1ère Série
Elle est caractérisée par un compactage très important, appelé « condensation » de chacune des chromatides. En s’enroulant de plus en plus, elles deviennent visibles au microscope optique. Elles atteignent leur condensation maximale à la métaphase de la division cellulaire (voir les phases de la mitose). Le passage du chromosome simple en fin de mitose au chromosome simple en phase G1 est caractérisé par une « décompensation ». Il perd son état compacté pour devenir filament grêle. Entre les phases G1 et G2, au cours d’une phase appelée, S, le chromosome simple se duplique en deux chromosomes fils (chromatides) strictement semblable est liés l’un à l’autre au niveau du centromère. À retenir
L’interphase est l’étape du cycle cellulaire marquée par la réplication semi-conservative de l’ADN. Elle se compose de 3 phases (G1, S et G2) durant lesquelles les chromosomes sont décondensés et non observables au microscope optique. Les phases G1 et G2 sont des phases de croissance cellulaire. En G1, les chromosomes ont une chromatide. En S, chaque molécule d’ADN est répliquée de façon semi-conservative. A la fin de la phase S et pendant la phase G2, chaque chromosome est de nouveau constitué de deux chromatides.
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19 1ère leçon
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1ère Série
II - La réplication de l’ADN au cours de l’interphase (en S) Au cours de l’interphase (phase S dite de synthèse), il y a doublement ou duplication de l’ADN. La structure de l’ADN
L’ADN a été décrit par Watson et Crick en 1953 (Prix Nobel de Médecine 1962). L’ADN ou acide désoxyribonucléique est organisé en une succession de nucléotides agencés en deux chaines enroulées en double hélice. Chaque nucléotide est composé d’un pentose (sucre C5), le désoxyribose, d’un acide phosphorique et d’une base azotée : A (Adénine), T (Thymine), G (Guanine) et C (Cytosine). Les deux chaines sont associées au niveau des bases par les liaisons faibles (hydrogène). L’appariement de ces bases se fait toujours de manière associée : A est complémentaire de T et G de C. La succession des bases code une information : soit par exemple : AATTCAG est porteur d’un message différent de AACTATG. Au cours de l’interphase, nous avons vu qu’il y avait doublement ou duplication de l’ADN. Simultanément, tous les nucléofilaments s’ouvrent en différents points par rupture des liaisons faibles entre les deux chaines de nucléotides. Sous l’action d’un complexe enzymatique (l’ADN polymérase), en présence d’énergie (ATP), il se forme deux brins complémentaires donc deux molécules d’ADN identiques entre elles et identique à l’ADN initial. Chaque ADN ayant conservé une chaine de la molécule mère, la réplication est dite semi-conservatrice. Il y a donc conservation de l’information au cours de la mitose. La réplication (processus de copie de l’information génétique) permet le maintien quantitatif et qualitatif de l’ADN. La Mitose La mitose débute par la compaction de plus en plus marquée de tous les chromosomes.
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L’ADN ou acide désoxyribonucléique est organisé en une succession de nucléotides agencés en deux
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n L’ADN ou acide désoxyribonucléique est organisé en une succession de nucléotides agencés en deux chaines enroulées en double hélice. Chaque nucl
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n chaines enroulées en double hélice. Chaque nucldésoxyribose, d’un acide phosphorique et d’une base azotée
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Au cours de l’interphase, nous avons vu qu’il y avait doublement ou duplication de l’ADN. Simultanément, tous les nucléofilaments s’ouvrent en différents points par rupture des liaisons faibles Rep
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Simultanément, tous les nucléofilaments s’ouvrent en différents points par rupture des liaisons faibles entre les deux chaines de nucléotides. Sous l’action d’un complexe enzymatique (l’ADN polymérasRep
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entre les deux chaines de nucléotides. Sous l’action d’un complexe enzymatique (l’ADN polymérasen présence d’énergie (ATP), il se forme deux brins complémentaires donc deux molécules d’ADN Rep
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en présence d’énergie (ATP), il se forme deux brins complémentaires donc deux molécules d’ADN identiques entre elles et identique à l’ADN initial. Chaque ADN ayant conservéRep
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identiques entre elles et identique à l’ADN initial. Chaque ADN ayant conservéRep
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20 1ère leçon
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1ère Série
À la prophase, les chromosomes apparaissent et l’enveloppe nucléaire disparait. La métaphase voit la disposition en plaque équatoriale de chromosomes à deux chromatides. Grâce au fuseau de division, à l’anaphase, il y a séparation au niveau des centromères et migration à chaque pôle de la cellule d’un lot de chromosomes à une seule chromatide. À la télophase, les chromosomes se décondensent, la membrane plasmique sépare les deux cellules filles et l’enveloppe nucléaire réapparait. Les étapes sont visibles sur la photo suivante.
Étapes de la divis ion cel lulai re ou Mitose Anaphase Prophase Métaphase
Anaphase Noyau en interphase
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uctio
n
Reprod
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n
Reprod
uctio
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uctio
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uctio
n
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n
Reprod
uctio
n inte
rdite
Noyau en
interd
iteNoyau en interphase
interd
iteinterphase
interd
ite
interd
ite
interd
ite
21 1ère leçon
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1ère Série
Prophase Métaphase Anaphase Télophase
Pendant l’interphase, la quantité de matériel génétique double, et les chromosomes, à la fin de l’interphase ont alors deux chromatides.
Le filament d’ADN se double pour donner des chromosomes à deux chromatides Doublement de la quantité d’ADN en phase S. La quantité d’ADN double en phase S ou réplication. Puis à la division, à l’anaphase, les chromatides se séparent pour donner deux lots des chromosomes simples qui migrent à des pôles opposés de la cellule.
chromosomes « double »
à deux chromatides mitose chromosome simple à une
chromatide
Reprod
uctio
n Pendant l’interphase, la quantité de matériel génétique double, et les chromosomes
Reprod
uctio
n Pendant l’interphase, la quantité de matériel génétique double, et les chromosomes
Le filament d’ADN se double pour donner des chromosomes à deux chromatides
Reprod
uctio
n Le filament d’ADN se double pour donner des chromosomes à deux chromatides
ité d’ADN
Reprod
uctio
n ité d’ADN en phase S. La quantité d’ADN double en phase S ou réplication.
Reprod
uctio
n en phase S. La quantité d’ADN double en phase S ou réplication.
Puis à la division, à l’anaphase, les chromatides se séparent pour donner deux lots des chromosomes
Reprod
uctio
n
Puis à la division, à l’anaphase, les chromatides se séparent pour donner deux lots des chromosomes simples qui migrent à des pôles opposés de la cellule.
Reprod
uctio
n
simples qui migrent à des pôles opposés de la cellule.
Reprod
uctio
n
Reprod
uctio
n
Reprod
uctio
n
Reprod
uctio
n
Reprod
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n
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uctio
n
Reprod
uctio
n
Reprod
uctio
n
Reprod
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n inte
rdite
Pendant l’interphase, la quantité de matériel génétique double, et les chromosomesinterd
ite
Pendant l’interphase, la quantité de matériel génétique double, et les chromosomesinterd
ite
22 1ère leçon
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1ère Série
Le cycle cellulaire permet la division des cellules : une interphase avec la phase S (réplication de l’ADN) permet de doubler les chromosomes et une mitose ou les chromosomes se séparent en deux lots identiques de chromosomes simples.
Le cycle cellulaire.
http://mpronovost.ep.profweb.qc.ca/BIONP1/cell_cycle.jpg Évolut ion de la Quanti té Q d’ADN au cours d’un cycle cel lulai re de 24h 2Q Q
Temps 0 1h 12h 16h 18h 20h 24h
Reprod
uctio
n Le cycle cellulaire.
Reprod
uctio
n Le cycle cellulaire.
http://mpronovost.ep.profweb.qc.ca/BIONP1/cell_cycle.jpg
Reprod
uctio
n http://mpronovost.ep.profweb.qc.ca/BIONP1/cell_cycle.jpg
Reprod
uctio
n Évolution de la Quanti té Q d’ADN au cours d’un cycle c
Reprod
uctio
n Évolution de la Quanti té Q d’ADN au cours d’un cycle cel lulai re de 24h
Reprod
uctio
n el lulai re de 24h
Reprod
uctio
n
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n
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uctio
n
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Temps 0 1h 12h 16h 18h 20h 24hReprod
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n
0 1h 12h 16h 18h 20h 24hReprod
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n inte
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interd
ite
23 1ère leçon
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1ère Série
Chromosome Chromosome Chromosome à 1 chromatide à 2 chromatides à 1 chromatide
Exercice 1
QCM 1. Au cours du cycle cellulaire, les chromosomes : a) Possèdent deux chromatides en prophase. b) Possèdent une chromatide en phase G1. c) Possèdent deux chromatides en phase G1 2. Le cycle cellulaire : a) Est la succession de deux phases, la phase G1 et la phase M. b) Est de durée constante entre toutes les cellules. c) Permet à une cellule d’en donner deux identiques. 3. La mitose comprend : a) Trois interphases. b) Une anatase. c) Des chromosomes avec une ou deux chromatides selon les phases. 4. La mitose se décompose dans l’ordre, en : a) anaphase, prophase, métaphase, télophase. b) prophase, télophase, anaphase, métaphase. c) prophase, métaphase, anaphase, télophase.
Reprod
uctio
n
cours du cycle cellulaire, les chromosomes
Reprod
uctio
n
cours du cycle cellulaire, les chromosomesPossèdent deux
Reprod
uctio
n
Possèdent deux chromatide
Reprod
uctio
n
chromatides
Reprod
uctio
n
s en prophase.
Reprod
uctio
n
en prophase.Possèdent une chromatide en phase G
Reprod
uctio
n
Possèdent une chromatide en phase GPossèdent deux chromatides en phase G
Reprod
uctio
n
Possèdent deux chromatides en phase G
2. Le cycle cellulaire
Reprod
uctio
n
2. Le cycle cellulaire :
Reprod
uctio
n
: Est la succession de deux phases, la phase G
Reprod
uctio
n
Est la succession de deux phases, la phase Gb)
Reprod
uctio
n
b) Est de
Reprod
uctio
n
Est de durée constante entre toutes les cellules.
Reprod
uctio
n
durée constante entre toutes les cellules.c) Rep
roduc
tion
c) Permet à une cellule d’en donner deux identiques.Reprod
uctio
n
Permet à une cellule d’en donner deux identiques.Reprod
uctio
n
3. La mitose comprendReprod
uctio
n
3. La mitose comprendTrois interphases.Rep
roduc
tion
Trois interphases.
interd
iteà 1 chromatide
interd
iteà 1 chromatide
interd
ite
interd
ite
24 1ère leçon
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1ère Série
Exercice 2 Restitution de connaissances Titrez chaque photo :
Dessinez les étapes
État des chromosomes :
Reprod
uctio
n
Reprod
uctio
n inte
rdite
interd
ite
interd
ite
interd
ite
interd
ite
interd
ite
interd
ite
25 1ère leçon
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1ère Série
Exercice 3 Étude de documents En 1957, Taylor cultive des plantes (Bellevalia) sur des milieux contenant de la thymine et observe des cellules de leur racine afin de comprendre le mécanisme de la duplication du matériel génétique qui précède la mitose. Il utilise notamment de la thymine tritiée (contenant du tritium, isotope radioactif de l’hydrogène), qui lui permet de visualiser, par autoradiographie, l’ADN ayant incorporé ces isotopes. Dans ses cultures, Taylor utilise de la colchicine, alcaloïde qui bloque la formation du fuseau mitotique (fuseau de division) et empêche donc la séparation des chromosomes en fin de métaphase sans empêcher leur duplication : l’ensemble des chromosomes reste donc dans la même cellule à l’issue de la mitose (d’où un doublement du nombre de chromosomes à chaque cycle). Le protocole et les résultats de l’expérience sont schématisés ci-dessous.
Pr
otoc
ole
Milieu de culture n°1 contenant de la thymidine radioactive et de la colchicine.
Les racines sont soigneusement rincées Milieu de culture n°2 contenant de la thymidine non radioactive et de la colchicine.
Résu
ltats
Après 1 cycle cellulaire :
Chromosomes observés lors de la 1ère métaphase.
Après 1 cycle cellulaire supplémentaire :
Chromosomes observés lors de la 2ème métaphase. Une seule chromatide par chromosome est radioactive
Après 1 cycle cellulaire supplémentaire:
Chromosomes observés lors de la 3ème métaphase. Des chromosomes sont complètement radioactifs et d’autres n’ont qu’une chromatide de radioactive.
Expérience de Taylor
À partir de la comparaison des résultats obtenus à chaque cycle cellulaire, montrez que ceux-ci sont conformes à la théorie de la réplication semi-conservative de l’ADN. Vous illustrerez vos propos en fournissant une interprétation moléculaire, au niveau de l’ADN, des résultats observés (l’ADN radioactif sera représenté en rouge et l’ADN non radioactif en bleu). ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________
Reprod
uctio
n
Reprod
uctio
n cycle cellulaire
Reprod
uctio
n cycle cellulaire supplémentaire
Reprod
uctio
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Reprod
uctio
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Reprod
uctio
n
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Reprod
uctio
n
Reprod
uctio
n
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uctio
n
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Reprod
uctio
n
Chromosomes observés lors de métaphase.
Reprod
uctio
n
métaphase.
Reprod
uctio
n
Reprod
uctio
n
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uctio
n
Reprod
uctio
n
Reprod
uctio
n
Reprod
uctio
n
À partir de la comparaison des résultats obtenus à chaque cycle cellulaire, montrez que ceuxReprod
uctio
n
À partir de la comparaison des résultats obtenus à chaque cycle cellulaire, montrez que ceuxconformes à la théorie de la réplication semiRep
roduc
tion
conformes à la théorie de la réplication semiVous illustrerez vos propos en fournissant une interprétation moléculaire, au niveau de l’ADN, des Rep
roduc
tion
Vous illustrerez vos propos en fournissant une interprétation moléculaire, au niveau de l’ADN, des
interd
ite
interd
iteIl utilise notamment de la thymine tritiée (contenant du tritium, isotope radioactif de l’hydrogène), qui
interd
iteIl utilise notamment de la thymine tritiée (contenant du tritium, isotope radioactif de l’hydrogène), qui
ylor utilise de la colchicine, alcaloïde qui bloque la formation du fuseau mitotique
interd
iteylor utilise de la colchicine, alcaloïde qui bloque la formation du fuseau mitotique
(fuseau de division) et empêche donc la séparation des chromosomes en fin de métaphase sans
interd
ite(fuseau de division) et empêche donc la séparation des chromosomes en fin de métaphase sans : l’ensemble des chromosomes reste donc dans la même
interd
ite: l’ensemble des chromosomes reste donc dans la même cellule à l’issue de
interd
itecellule à l’issue de
Les racines sont soigneusement rincées
interd
iteLes racines sont soigneusement rincées
Milieu de culture n°2 contenant de la
interd
iteMilieu de culture n°2 contenant de la
non radioactive
interd
itenon radioactive et de la
interd
iteet de la
interd
ite
26 1ère leçon
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1ère Série
___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ Exercice 4 L'observation d'une culture d'amibes, organismes unicellulaires de grande taille, montre, à tout moment, des cellules en division tandis que d'autres sont en croissance. Une cellule d'un poisson est observée au microscope optique. Toutes les amibes de la culture se trouvant dans les mêmes conditions extérieures, on se demande quel est le (ou les) facteur interne qui provoque, à un moment donné, l'entrée en division : 1. Les amibes supportant très bien toute intervention de microchirurgie, on réalise l'expérience suivante : 15 heures après la fin d'une division, on ampute l'amibe d'une partie de son cytoplasme puis on la laisse croître à nouveau. Dès que le volume cellulaire atteint la valeur qu'il avait avant l'amputation, on l'ampute à nouveau et ainsi de suite … On constate alors que l'amibe ne se divise pas. Quelle hypothèse explicative peut-on donner à cette expérience ? (soyez logique : attention au style de phrase) ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ Rep
roduc
tion
moment, des cellules en division tandis que d'autres sont en croissance. Une cellule d'un poisson est
Reprod
uctio
n moment, des cellules en division tandis que d'autres sont en croissance. Une cellule d'un poisson est observée au microscope optique. Toutes les amibes de la culture se trouvant dans les mêmes
Reprod
uctio
n observée au microscope optique. Toutes les amibes de la culture se trouvant dans les mêmes conditions extérieures, on se demande quel est le (ou les) facteur interne qui provoque, à un
Reprod
uctio
n conditions extérieures, on se demande quel est le (ou les) facteur interne qui provoque, à un
Les amibes supportant très bien toute intervention de microchirurgie, on réalise l'expérience
Reprod
uctio
n Les amibes supportant très bien toute intervention de microchirurgie, on réalise l'expérience
suivante : 15 heures après la fin d'une division, on ampute l'amibe d'une partie de son cytoplasme
Reprod
uctio
n suivante : 15 heures après la fin d'une division, on ampute l'amibe d'une partie de son cytoplasme
uveau. Dès que le volume cellulaire atteint la valeur qu'il avait avant
Reprod
uctio
n uveau. Dès que le volume cellulaire atteint la valeur qu'il avait avant
l'amputation, on l'ampute à nouveau et ainsi de suite … On constate alors que l'amibe ne se divise
Reprod
uctio
n l'amputation, on l'ampute à nouveau et ainsi de suite … On constate alors que l'amibe ne se divise
Quelle hypothèse explicative peut
Reprod
uctio
n Quelle hypothèse explicative peut-
Reprod
uctio
n -on donner à cette expérience ? (
Reprod
uctio
n on donner à cette expérience ? (
___________________________________________________________________________________
Reprod
uctio
n
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uctio
n
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n
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n
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n
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uctio
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interd
iteL'observation d'une culture d'amibes, organismes unicellulaires de grande taille, montre, à tout int
erdite
L'observation d'une culture d'amibes, organismes unicellulaires de grande taille, montre, à tout moment, des cellules en division tandis que d'autres sont en croissance. Une cellule d'un poisson est int
erdite
moment, des cellules en division tandis que d'autres sont en croissance. Une cellule d'un poisson est observée au microscope optique. Toutes les amibes de la culture se trouvant dans les mêmes int
erdite
observée au microscope optique. Toutes les amibes de la culture se trouvant dans les mêmes
27 1ère leçon
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1ère Série
Une technique permet de mesurer le volume cellulaire et le volume nucléaire de tels organismes. On peut ainsi suivre leur croissance entre deux divisions. Les résultats sont donnés par le graphique suivant : Volume cellulaire Volume nucléaire en 10-3 µm3 en 10-3 µm3
temps en heures fin d'une mitose début de la mitose suivante
2. Décrivez méthodiquement ce graphique. ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ 3. L'hypothèse émise au 1 était-elle fondée ? ___________________________________________________________________________________ 4. Quelle autre hypothèse peut-on émettre en observant l'évolution de ces courbes, surtout pendant les quelques heures qui précèdent la mitose ? ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ Rep
roduc
tion
temps en heures
Reprod
uctio
n temps en heures
Décrivez méthodiquement ce graphique.
Reprod
uctio
n Décrivez méthodiquement ce graphique.
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Reprod
uctio
n ___________________________________________________________________________________
Reprod
uctio
n ___________________________________________________________________________________
Reprod
uctio
n ___________________________________________________________________________________
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uctio
n ___________________________________________________________________________________
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uctio
n ___________________________________________________________________________________
Reprod
uctio
n
L'hypothèse émise au 1
Reprod
uctio
n
L'hypothèse émise au 1 était
Reprod
uctio
n
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Reprod
uctio
n
-elle fondée ?
Reprod
uctio
n
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Reprod
uctio
n
___________________________________________________________________________________
Reprod
uctio
n
Quelle autre hypothèse peut
Reprod
uctio
n
Quelle autre hypothèse peut
Reprod
uctio
n
les quelques heures qui précèdent la mitose ?
Reprod
uctio
n
les quelques heures qui précèdent la mitose ?___________________________________________________________________________________
Reprod
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___________________________________________________________________________________
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n
___________________________________________________________________________________Reprod
uctio
n
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n
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n
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débuinterd
ite
débuinterd
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28 2ème leçon
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1ère Série
DEUXIÈME LEÇON
L’expression du patrimoine génétique Les cellules, à la fin de la mitose vont croitre, grâce à la synthèse de tous les constituants. Cette synthèse s’effectue en fonction des instructions contenues dans les gènes. C’est cette expression qui détermine les caractéristiques de l’organisme : son phénotype. Objectif : Comprendre la croissance de la cellule. La relation génotype-phénotype et la synthèse des protéines. I - La liaison phénotype-génotype L’ensemble des protéines présentes dans une cellule constitue son phénotype moléculaire. Ce dernier dépend du génotype de la cellule (c’est-à-dire l’ensemble des allèles). Ainsi, toutes les cellules d’un organisme possèdent le même génotype mais pas forcément le même phénotype moléculaire. Prenons l’exemple de la réalisation du phénotype qui correspond au gène de l’hémoglobine. En Afrique, de nombreux individus sont atteints d’anémie chronique, ayant pour origine, la drépanocytose. Cette maladie génétique entraîne une déformation des hématies (globules rouges) en forme de faucille. Il existe deux formes de l’hémoglobine : l’Hb Normale dite Hb A et l’HB S. L’hémoglobine S responsable de la maladie a tendance à s’agglutiner pour donner à la cellule sa forme caractéristique, avec pour conséquence l’obstruction capillaires sanguins, la dégénérescence de certains tissus et enfin la mort de l’individu. On définit ici: - Un phénotype macroscopique (au niveau de l’organisme) : individu sain ou malade… - Un phénotype cellulaire : hématie normale ou hématie falciforme - Un phénotype moléculaire : Protéine Normale ou protéine S drépanocytaire. Le 6e acide aminé
de la ß-globine, constitutive de l’hémoglobine, est une valine (Val) au lieu d’un acide glutamique (Glu).
Comment comprendre ce phénotype moléculaire ? II - Expression des gènes et transcription. La spécificité des protéines est déterminée par la séquence des acides aminés qui les constituent (liaison peptidique CO-NH) et par la structure spatiale des molécules. Le seul rôle d’un gène est de coder la nature et l’ordre des acides aminés d’un polypeptide. La synthèse d’une chaîne polypeptidique ne s’effectue pas dans le noyau mais dans le cytoplasme, où se trouvent les organites acteurs de la synthèse : les ribosomes. Nous avons vu que les gènes, ADN des chromosomes restent toujours dans le noyau. La synthèse d’une chaine polypeptidique exige donc un transfert d’information du noyau vers le cytoplasme. Ce
Reprod
uctio
n Prenons l’exemple de la réalisation du phénotype qui corre
Reprod
uctio
n Prenons l’exemple de la réalisation du phénotype qui correspond au gène de l’hémoglobine.
Reprod
uctio
n spond au gène de l’hémoglobine.
atteint
Reprod
uctio
n atteints
Reprod
uctio
n s d’anémie chronique, ayant pour ori
Reprod
uctio
n d’anémie chronique, ayant pour oridrépanocytose. Cette maladie génétique entraîne une déformation des hématies (g
Reprod
uctio
n drépanocytose. Cette maladie génétique entraîne une déformation des hématies (g
: l’Hb Normale
Reprod
uctio
n : l’Hb Normale dite Hb A
Reprod
uctio
n dite Hb A
L’hémoglobine S responsable de la maladie a tendance à s’agglutiner pour donner à la cellule sa forme
Reprod
uctio
n L’hémoglobine S responsable de la maladie a tendance à s’agglutiner pour donner à la cellule sa forme caractéristique, avec pour conséquence l’obstruction capillaires sanguins, la dégénérescence de
Reprod
uctio
n caractéristique, avec pour conséquence l’obstruction capillaires sanguins, la dégénérescence de
Reprod
uctio
n certains tissus et enfin la mort de l’individu.
Reprod
uctio
n certains tissus et enfin la mort de l’individu.
Un phénotype macroscopique (au niveau de l’or
Reprod
uctio
n
Un phénotype macroscopique (au niveau de l’orUn phénotype cellulaire
Reprod
uctio
n
Un phénotype cellulaire : hématie normale ou hématie falciforme
Reprod
uctio
n
: hématie normale ou hématie falciformeUn phénotype moléculaire
Reprod
uctio
n
Un phénotype moléculaire : Protéine Normale o
Reprod
uctio
n
: Protéine Normale oglobine, constitutive de l’hémoglobine, est un
Reprod
uctio
n
globine, constitutive de l’hémoglobine, est un
Comment comprendre ce phénotype moléculaire
Reprod
uctio
n
Comment comprendre ce phénotype moléculaire
Reprod
uctio
n
II Reprod
uctio
n
II - Reprod
uctio
n
- Expression des gènes et transcription.Reprod
uctio
n
Expression des gènes et transcription.
La spécificité des protéines est déterminée par la séquence des acides aminés qui les constituent Reprod
uctio
n
La spécificité des protéines est déterminée par la séquence des acides aminés qui les constituent (liaison peptidiRep
roduc
tion
(liaison peptidi
interd
itephénotype et la
interd
itephénotype et la
dans une cellule constitue son
interd
itedans une cellule constitue son phénotype moléculaire. Ce dernier
interd
itephénotype moléculaire. Ce dernier
interd
itedire l’ensemble des allèles). Ainsi, toutes les cellules d’un
interd
itedire l’ensemble des allèles). Ainsi, toutes les cellules d’un
le même phénotype moléculaire. interd
itele même phénotype moléculaire.
spond au gène de l’hémoglobine.interd
ite
spond au gène de l’hémoglobine.
d’anémie chronique, ayant pour oriinterd
ite
d’anémie chronique, ayant pour ori
29 2ème leçon
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1ère Série
transfert d’information est assuré par une molécule : l’ARN messager (ARNm). ARN signifie acide ribonucléique car son sucre est le ribose et non pas le désoxyribose comme l’ADN.
Par transcription de l’ADN du noyau, l’ARN messager est fabriqué à partir du brin d’ADN transcrit, en présence d’enzymes (ARN polymérase) et de nucléotides. L’ARNm est donc l’expression de l’information portée par l’ADN. L’ARN est donc constitué par un enchainement de nucléotides dont la séquence détermine l’information génétique. Parmi les nucléotides, on retrouve ceux à guanine, à adénine, à cytosine mais pas ceux à thymine qui sont remplacés par des nucléotides à uracile (base complémentaire de l’adénine de l’ADN).
À la différence de l’ADN, l’ARN est constitué d’un seul brin et est plus court que la molécule d’ADN. L’association de 3 nucléotides successifs de l’ARNm correspond d’après le code génétique à un acide aminé : c’est un codon. Le code génétique est universel. Différents codons correspondent parfois à un même acide aminé. On qualifie ces codons de redondant. Il y a aussi un codon de début de lecture et des codons de fin de message. Le message est donc ponctué. À retenir : l’ARN messager. • Point de départ : l'ADN. • En s'ouvrant, les deux hélices permettent à une longue hélice d'ARN de s'immiscer dans cet
espace. • Cette molécule d'ARN s'interpose en face d'une des hélices de l'ADN et lui présente sa série
nucléotides aux bases azotées complémentaires. • Cet ARN est mobile et sera porteur d'un « message » informationnel. • L'ARN messager quitte le noyau, se dirige vers le cytoplasme où va se réaliser le montage des
acides aminés pour donner la protéine P, codée par l'ADN de départ. Reprod
uctio
n la différence de l’ADN, l’ARN est constitué d’un seul brin et
Reprod
uctio
n la différence de l’ADN, l’ARN est constitué d’un seul brin et
L’association de 3 nucléotides successifs de
Reprod
uctio
n L’association de 3 nucléotides successifs de l’ARN
Reprod
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n l’ARNm
Reprod
uctio
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Reprod
uctio
n correspond d’après le code génétique à
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Reprod
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n code génétique est
Reprod
uctio
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Reprod
uctio
n universel. Différents codons correspondent parfois à
Reprod
uctio
n versel. Différents codons correspondent parfois à
iné. On qualifie ce
Reprod
uctio
n iné. On qualifie ces
Reprod
uctio
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Reprod
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n codons
Reprod
uctio
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Reprod
uctio
n de redondant. Il y a aussi un codon de début de lecture et
des codons de fin de message. L
Reprod
uctio
n
des codons de fin de message. Le
Reprod
uctio
n
e message est donc ponctué.
Reprod
uctio
n
message est donc ponctué.
: l’ARN messager.
Reprod
uctio
n
: l’ARN messager.Point de départ
Reprod
uctio
n
Point de départ : l'ADN.
Reprod
uctio
n
: l'ADN. En s'ouvrant, les deux hélices permettent à une longue
Reprod
uctio
n
En s'ouvrant, les deux hélices permettent à une longueespace.
Reprod
uctio
n
espace. Cette molécule d'ARN s'interpose en face d'une des hélices de l'ADN et lui présente sa série
Reprod
uctio
n
Cette molécule d'ARN s'interpose en face d'une des hélices de l'ADN et lui présente sa série nucléotides aux
Reprod
uctio
n
nucléotides aux bases azotées complémentaires.
Reprod
uctio
n
bases azotées complémentaires.Cet ARN est mobile et sera porteur d'un « message » informationnel.
Reprod
uctio
n
Cet ARN est mobile et sera porteur d'un « message » informationnel. • Rep
roduc
tion
• LReprod
uctio
n
L'ARN messager quitte le noyau, se dirige vers le cytoplasme où va se réaliser le montage des Reprod
uctio
n
'ARN messager quitte le noyau, se dirige vers le cytoplasme où va se réaliser le montage des acides aminés pour donner la protéine P, codée par l'ADN de départ. Rep
roduc
tion
acides aminés pour donner la protéine P, codée par l'ADN de départ. Reprod
uctio
n inte
rdite
adénine, à cytosine mais pas ceux à thymine qui sont remplacés par des nucléotides à uracile (base
interd
iteadénine, à cytosine mais pas ceux à thymine qui sont remplacés par des nucléotides à uracile (base
interd
ite
30 2ème leçon
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1ère Série
Une molécule d’’ADN en cours de
transcription
Brin non transcrit
Brin transcrit
ADN non transcrit
ARN m en cours de synthèse
U
Nucléotides libres
ARN polymérase
(enzyme)
Sens de déplacement de l’ARN polymérase
G
C
Appariements stricts des bases
azotées au niveaude l’ADN
Appariement strict
Adénine/Uracile lors de la
synthèse de l’ARNm
G
T
C
A
U
1
2
Début de la transcription
Progression de la transcription
Le mécanisme de la transcription de l’ADN en ARN messager au niveau du noyau
A
U
A
T
U
C
C
AC
UC AA C GC
AGG
A
C CT T
G
G G
C CGC AG A C
UC
C
GG
A
U ACGC A
AA
TACATC
G
CA
C CT TT
GG
G G
G A CU
GGA UUC
U
U
C
C
G
G
C TCGC A G
ARN m en cours de synthèse
D’après le site : svt.lycée-oiselet.fr Plus précisément : Chez les Eucaryotes, un gène comporte des régions codantes (exons) et des régions non codantes (introns). Seule l’information contenue dans les exons sert à la synthèse du polypeptide (macromolécule formée par l’association d’acides aminés).
Reprod
uctio
n
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n Sens de déplacement de
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n Sens de déplacement de
l’ARN polymérase
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n l’ARN polymérase
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n inte
rdite
interd
ite
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ite
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iteBrin non transcrit
interd
iteBrin non transcrit
interd
ite
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ite
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ite
31 2ème leçon
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1ère Série
Au cours de la transcription, l’ensemble du gène (exons et introns) est transcrit en ARN, qui est appelé ARN pré-messager. Dans le noyau, l’ARN pré-messager subit une maturation en ARN messager : on parle d’épissage. L’opération consiste en la suppression des introns de l’ARN pré-messager et au raccordement des exons. C’est cet ARN messager mature qui passe dans le cytoplasme où il sera traduit. III - La traduction
La traduction assure la création, dans le cytoplasme, à partir de l’information génétique portée par l’ARNm (d’une durée de vie limitée), en séquence d’acides aminés. Elle s’effectue au niveau du ribosome et nécessite des enzymes et un apport d’énergie. Les ribosomes sont des organites complexes composés de nombreuses protéines. Ils assurent la lecture de l’ARNm.
Les acteurs de la traduction sont l’ARNm, un ribosome, des ARN de transfert porteurs d’un acide aminé. La synthèse commence toujours au niveau d’un codon AUG initiateur qui correspond à la méthionine. Le ribosome se déplace le long de l’ARNm et permet l’allongement de la chaine d’acides aminés. Reliés par des liaisons peptidiques selon l’ordre des codons. En arrivant sur un codon stop, le ribosome termine la traduction et se décroche de l’ARNm L’ARN de transfert (ARNt) possède un anticodon. Il y a correspondance entre les codons de l’ARN et les anticodons de l’ARNt (A-U, U-A, G-C et C-G). Le début de la traduction ou initiation est suivie d’une élongation de la chaine polypeptidique puis d’une terminaison de la traduction. Comme l’ARNm est constitué de 4 nucléotides, symbolisés A, C, G, et U. Un codon code lui pour un acide aminé. Il existe donc 4x4x4 = 64 combinaisons possibles de triplets de nucléotides ou codons. Ces derniers ont été établis dans le tableau suivant, qui donne le code génétique.
Reprod
uctio
n
Les acteurs de la traduction sont l’ARN
Reprod
uctio
n
Les acteurs de la traduction sont l’ARNaminé. La synthèse commence toujours au niveau d’un codon AUG initiateur qui correspond à la
Reprod
uctio
n
aminé. La synthèse commence toujours au niveau d’un codon AUG initiateur qui correspond à la méthionine.
Reprod
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n
méthionine.
Le ribosome se déplace le long de l’ARN
Reprod
uctio
n
Le ribosome se déplace le long de l’ARNpar des liaisons peptidiques selon l’ordre des codons. En arrivant sur un codon stop, le ribosome Rep
roduc
tion
par des liaisons peptidiques selon l’ordre des codons. En arrivant sur un codon stop, le ribosome termine la traduction et se décroche de l’ARNRep
roduc
tion
termine la traduction et se décroche de l’ARN
L’ARN deReprod
uctio
n
L’ARN de transfert (ARNReprod
uctio
n
transfert (ARNles anticodons de l’ARNRep
roduc
tion
les anticodons de l’ARNRep
roduc
tion i
nterdi
tede l’information génétique portée par
interd
itede l’information génétique portée par (d’une durée de vie limitée), en séquence d’acides aminés. Elle s’effectue au niveau du
interd
ite(d’une durée de vie limitée), en séquence d’acides aminés. Elle s’effectue au niveau du apport d’énergie. Les ribosomes sont des organites
interd
iteapport d’énergie. Les ribosomes sont des organites
complexes composés de nombreuses protéines. Ils assurent la lecture de l’ARN
interd
itecomplexes composés de nombreuses protéines. Ils assurent la lecture de l’ARNm.
interd
item.
interd
ite
32 2ème leçon
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1ère Série
IV - Génotype, phénotype et environnement.
Nous avons vu qu’un gène est une unité structurale (fragment d’ADN) localisée en un point précis (locus) d’un chromosome. L’équipement génétique constitue le génotype. L’expression des gènes à l’origine de l’apparence d’un individu constitue le phénotype. Seulement, la relation génotype - phénotype peut être plus complexe. Un gène présente plusieurs formes ou allèles. L’œuf (zygote) reçoit de chaque parent une information. L’organisme qui en est issu a 2n chromosomes. Pour chaque gène, il y a deux allèles, l’un provenant de son père et l’autre de sa mère. Lorsque les 2 allèles du gène sont identiques, l’individu est homozygote pour ce gène :
A/A ; a/a… Lorsque les 2 allèles du gène sont différents, on dit que l’individu est hétérozygote pour ce gène (A/a…) Pour ces deux allèles différents d’un même gène, il se peut qu’un allèle domine sur l’autre et impose son phénotype. L’allèle est dit dominant et l’autre est donc récessif.
A>a : (A/a) → le phénotype est alors le suivant : [A] Si le phénotype exprime la potentialité des deux allèles, on parle de codominance.
A = A’. Un même phénotype peut correspondre à des génotypes différents. Chaque personne possède un génotype qui le rend unique. Le gène, dirigeant la synthèse protéinique est une unité fonctionnelle. Si certaines protéines sont intracellulaires, d’autres sont situées sur les membranes des cellules. Ce sont les marqueurs du soi. Le rôle de l’environnement -L’environnement peut agir en stimulant ou en réprimant l’expression du gène. L’activité sportive change la vitesse de synthèse des protéines musculaires. - L’environnement peut agir sur les propriétés du phénotype moléculaire. (ex : une dépigmentation de la peau qui varie selon que les parties du corps sont plus ou moins exposées au froid). L’environnement agit sur le phénotype macroscopique en modifiant l’activité du phénotype moléculaire. - L’environnement peut agir directement sur le phénotype macroscopique. Certains enfants sont incapables de digérer le lactose car ils possèdent deux allèles du gène de la lactose qui codent une enzyme inefficace. La maladie a donc une origine génétique. Rep
roduc
tion
le phénotype est alors le suivant
Reprod
uctio
n le phénotype est alors le suivant
Si le phénotype exprime la potentialité des deux allèles, on parle de codominance.
Reprod
uctio
n Si le phénotype exprime la potentialité des deux allèles, on parle de codominance.A = A’.
Reprod
uctio
n A = A’.
Un même phénotype peut correspondre à des génotypes différents.
Reprod
uctio
n Un même phénotype peut correspondre à des génotypes différents.
Chaque personne possède un génotype qui le rend unique
Reprod
uctio
n Chaque personne possède un génotype qui le rend uniqueest une unité fonctionnelle. Si certaines protéines sont intracellulaires, d’autres sont situées sur les
Reprod
uctio
n est une unité fonctionnelle. Si certaines protéines sont intracellulaires, d’autres sont situées sur les
Reprod
uctio
n membranes des cellules. Ce sont les marqueurs du soi.
Reprod
uctio
n membranes des cellules. Ce sont les marqueurs du soi.
Le rôle de l’environnement
Reprod
uctio
n
Le rôle de l’environnement
L’environnement peut
Reprod
uctio
n
L’environnement peut agir en stimulant ou en réprimant l’expression du gène. L’activité sportive
Reprod
uctio
n
agir en stimulant ou en réprimant l’expression du gène. L’activité sportive change la vitesse de synthèse des protéines musculaires.
Reprod
uctio
n
change la vitesse de synthèse des protéines musculaires.
L’environnement peut agir sur les propriétés du phénotype moléculaire. (ex
Reprod
uctio
n
L’environnement peut agir sur les propriétés du phénotype moléculaire. (exla peau qui varie s
Reprod
uctio
n
la peau qui varie selon que les parties du corps sont plus ou moins exposées au froid).
Reprod
uctio
n
elon que les parties du corps sont plus ou moins exposées au froid).
Reprod
uctio
n
L’environnement agit sur le phénotype macroscopique en modifiant l’activité du phénotype
Reprod
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n
L’environnement agit sur le phénotype macroscopique en modifiant l’activité du phénotype moléculaire.
Reprod
uctio
n
moléculaire.
L’environnement peut agir directement sur le phénotype macroscopique. Certains enReprod
uctio
n
L’environnement peut agir directement sur le phénotype macroscopique. Certains enincapables de digérer le lactose car ils possèdent deux allèles du gène de la lactose qui codent une Rep
roduc
tion
incapables de digérer le lactose car ils possèdent deux allèles du gène de la lactose qui codent une enzyme inefficace. La maladie a donc une origine génétique. Rep
roduc
tion
enzyme inefficace. La maladie a donc une origine génétique.
interd
iteUn gène présente plusieurs formes ou allèles. L’œuf (zygote) reçoit de chaque parent une in
interd
iteUn gène présente plusieurs formes ou allèles. L’œuf (zygote) reçoit de chaque parent une information.
interd
iteformation.
L’organisme qui en est issu a 2n chromosomes. Pour chaque gène, il y a deux allèles, l’un provenant
interd
iteL’organisme qui en est issu a 2n chromosomes. Pour chaque gène, il y a deux allèles, l’un provenant
pour ce gène
interd
itepour ce gène :
interd
ite:
les 2 allèles du gène sont différents, on dit que l’individu est
interd
iteles 2 allèles du gène sont différents, on dit que l’individu est hétérozygote
interd
itehétérozygote
interd
itePour ces deux allèles différents d’un même gène, il se peut qu’un allèle domine sur l’autre et impose int
erdite
Pour ces deux allèles différents d’un même gène, il se peut qu’un allèle domine sur l’autre et impose donc récessif. int
erdite
donc récessif. le phénotype est alors le suivantint
erdite
le phénotype est alors le suivant
33 2ème leçon
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1ère Série
Exercice 5 QCM : 1. Dans la cellule, on trouve des ARN complets : a) dans le cytoplasme. b) Dans le noyau c) Dans les ribosomes d) Dans la membrane de la cellule. 2. La transcription : a) Permet la synthèse d’ARN b) Réalise la synthèse des protéines. c) Se déroule dans le cytoplasme. d) Se réalise seulement dans les cellules de la peau. 3. Les ribosomes : a) Participent à la transcription b) Participent à la traduction c) Sont présents dans le noyau. d) Sont présents dans le noyau et le cytoplasme. 4. L’épissage : a) Est une modification de l’ADN b) Est une modification des ARN messager. c) Est une modification d’une protéine. d) Est une modification des ARN pré-messager. 5. Une protéine : a) Est synthétisée dans le cytoplasme. b) Est synthétisée dans le noyau. c) Est un assemblage de nucléotides. d) A une séquence de 20 acides aminés. 6. Le phénotype moléculaire d’une cellule : a) Est le même pour toutes les cellules de l’organisme. b) Dépend de la température. c) Est le même tout au long de la vie. d) Peut varier sous l’influence de facteurs externes. 7. Le phénotype macroscopique : a) Résulte de l’expression du génotype. b) Détermine le génotype. c) Peut dépendre de facteurs sociaux. d) Dépend du phénotype cellulaire lui-même induit par le phénotype moléculaire. Rep
roduc
tion
messager.
Reprod
uctio
n messager.
Est synthétisée dans le cytoplasme.
Reprod
uctio
n Est synthétisée dans le cytoplasme.Est synthétisée dans le noyau.
Reprod
uctio
n Est synthétisée dans le noyau.st un assemblage de nucléotides
Reprod
uctio
n st un assemblage de nucléotides.
Reprod
uctio
n .
A une séquence de 20 acides aminés.
Reprod
uctio
n A une séquence de 20 acides aminés.
Le phénotype moléculaire d’une cellule
Reprod
uctio
n
Le phénotype moléculaire d’une celluleEst le même pour toutes les
Reprod
uctio
n
Est le même pour toutes les cellules de l’organisme.
Reprod
uctio
n
cellules de l’organisme.Dépend de la température.
Reprod
uctio
n
Dépend de la température.Est le même tout au long de la vie.
Reprod
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n
Est le même tout au long de la vie.Peut varier sous l’influence de facteurs externes.
Reprod
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n
Peut varier sous l’influence de facteurs externes.
Le phénotype macroscopique
Reprod
uctio
n
Le phénotype macroscopiqueRésulte de l’expression du génotype.
Reprod
uctio
n
Résulte de l’expression du génotype.b) Rep
roduc
tion
b) Reprod
uctio
n
Détermine le génotype.Reprod
uctio
n
Détermine le génotype.c) Rep
roduc
tion
c) Peut dépendre de facteursReprod
uctio
n
Peut dépendre de facteursDépend du phénotype cellulaire luiRep
roduc
tion
Dépend du phénotype cellulaire lui
interd
ite
34 2ème leçon
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1ère Série
Exercice 6 Étude de documents La mucoviscidose est la maladie héréditaire la plus répandue en Europe : elle touche un enfant sur 2 500. Les différents symptômes de la maladie sont dus au dysfonctionnement d'une protéine particulière appelée CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane Conductance Regulator). Chez les sujets atteints de mucoviscidose, les protéines CFTR synthétisées sont anormales et détruites. Le document 3 présente la séquence en acides aminés de la protéine CFTR chez une personne saine et une personne atteinte de mucoviscidose.
Document 1 : Quelques troubles cliniques associés à la mucoviscidose
Organe Dysfonctionnement Trouble
Bronches et poumons
Voies respiratoires obstruées Infections qui détériorent lentement les poumons (cause principale de décès)
Foie Canaux biliaires bouchés limitant l'écoulement de la bile dans le tube digestif.
Perturbations digestives
Pancréas Obstruction des canaux pancréatiques limitant l'écoulement des sucs pancréatiques dans le tube digestif
Perturbations digestives
Intestin Bouchon intestinal Arrêt du transit intestinal
Document 2 : Protéine CFTR et Mucus
La protéine CFTR forme un canal perméable aux ions chlorure dans la membrane plasmique des cellules, dites épithéliales, qui tapissent la lumière des bronches, des canaux pancréatiques, des intestins, etc. Ces cellules sécrètent une substance : le mucus. Le bon fonctionnement de la protéine CFTR est nécessaire à la fluidité du mucus. Le mucus a un rôle protecteur. Ainsi, dans les bronches, le mucus piège les corps étrangers (bactéries, etc.). Il est ensuite expulsé vers l'extérieur grâce aux mouvements rythmiques des cils qui recouvrent la lumière des bronches.
Document 3 : Portion de la séquence de la protéine CFTR chez une saine et chez une personne atteinte de mucoviscidose.
Individu sain
… Lys - Glu - Asn - Ile - Ile - Phe - Gly - Val - Ser - Tyr - Asp - Glu - Tyr… Individu atteint de mucoviscidose
…Lys - Glu - Asn - Ile - Ile - Gly - Val - Ser - Tyr -Asp - Glu - Tyr - Tyr … Les autres acides aminés sont identiques chez les 2 personnes.
Reprod
uctio
n ques limitant
Reprod
uctio
n ques limitant l'écoulement des sucs pancréatiques dans le tube
Reprod
uctio
n l'écoulement des sucs pancréatiques dans le tube
Reprod
uctio
n
Reprod
uctio
n
Reprod
uctio
n
Reprod
uctio
n Document 2 : Protéine CFTR et Mucus
Reprod
uctio
n Document 2 : Protéine CFTR et Mucus
La protéine CFTR forme un canal perméable aux ions chlorure dan
Reprod
uctio
n La protéine CFTR forme un canal perméable aux ions chlorure dancellules, dites épithéliales, qui tapissent la lumière des bronches, des canaux pancréatiques, des
Reprod
uctio
n
cellules, dites épithéliales, qui tapissent la lumière des bronches, des canaux pancréatiques, des intestins, etc. Ces cellules sécrètent une substance
Reprod
uctio
n
intestins, etc. Ces cellules sécrètent une substanceCFTR est nécessaire à la fl
Reprod
uctio
n
CFTR est nécessaire à la fluidité du mucus. Le mucus a un rôle protecteur. Ainsi, dans les bronches, le
Reprod
uctio
n
uidité du mucus. Le mucus a un rôle protecteur. Ainsi, dans les bronches, le mucus piège les corps étrangers (bactéries, etc.). Il est ensuite expulsé vers l'extérieur grâce aux
Reprod
uctio
n
mucus piège les corps étrangers (bactéries, etc.). Il est ensuite expulsé vers l'extérieur grâce aux
Reprod
uctio
n
mouvements rythmiques des cils qui recouvrent la lumière des bronches.
Reprod
uctio
n
mouvements rythmiques des cils qui recouvrent la lumière des bronches.
Docum
Reprod
uctio
n
Document 3 : Portion de la séquence de la protéine CFTR chez une saine et chez une
Reprod
uctio
n
ent 3 : Portion de la séquence de la protéine CFTR chez une saine et chez une
Individu sainReprod
uctio
n
Individu sain
interd
iterésente la séquence en acides aminés de la protéine CFTR chez une personne saine
interd
iterésente la séquence en acides aminés de la protéine CFTR chez une personne saine
Document 1 : Quelques troubles cliniques associés à la mucoviscidose
interd
iteDocument 1 : Quelques troubles cliniques associés à la mucoviscidose
Trouble
interd
iteTrouble
interd
ite
interd
iteInfections qui détériorent
interd
iteInfections qui détériorent lentement les poumons (cause
interd
itelentement les poumons (cause principale de décès)
interd
iteprincipale de décès)
interd
ite
interd
iteCanaux biliaires bouchés limitant l'écoulement de int
erdite
Canaux biliaires bouchés limitant l'écoulement de Perturbations digestivesinterd
itePerturbations digestivesint
erdite
interd
ite
interd
ite
interd
ite
Perturbations digestivesinterd
ite
Perturbations digestivesinterd
ite
interd
ite
35 2ème leçon
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1ère Série
Questions : 1. Quelles sont les manifestations de la mucoviscidose aux différentes échelles phénotypiques ? ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________
2. Comment expliquer que chez une personne atteinte de mucoviscidose, la protéine CFTR soit non fonctionnelle ? ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ Exercice 7 Autre étude de document : Il existe de nombreuses variétés d’hortensias qui diffèrent notamment par la couleur des fleurs : rose, blanc, rouge, carmin, violet, bleu foncé, bleu pâle. Cependant, la couleur des fleurs d’hortensia semble bien capricieuse : - Un pied d’hortensia d’une véritable variété bleue d’origine reste toujours bleu, mais s’il est planté
dans un sol calcaire (pH > 7), la couleur a tendance à être moins soutenue. - Un hortensia rose, planté dans un sol de pH < 6, devient bleu et dans ce même sol, une variété
rouge devient mauve foncé. Questions : 1. D’après ces informations, indiquez l’origine de la couleur des fleurs d’hortensia.
___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________
Reprod
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n ___________________________________________________________________________________
Reprod
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n ___________________________________________________________________________________
Reprod
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n
Reprod
uctio
n ___________________________________________________________________________________
Reprod
uctio
n ___________________________________________________________________________________
Reprod
uctio
n
Reprod
uctio
n Il existe de nombreuses variétés d’hortensias qui diffèrent notamment par la couleur des fleurs
Reprod
uctio
n Il existe de nombreuses variétés d’hortensias qui diffèrent notamment par la couleur des fleursblanc, rouge, carmin, violet, bleu foncé, bleu pâle. Cependant, la couleur des fleurs d’hortensia semble
Reprod
uctio
n blanc, rouge, carmin, violet, bleu foncé, bleu pâle. Cependant, la couleur des fleurs d’hortensia semble
Un pied d’hortensia d’une véritable variété bleue d’origine reste toujours bleu, mais s’il est planté
Reprod
uctio
n
Un pied d’hortensia d’une véritable variété bleue d’origine reste toujours bleu, mais s’il est planté dans un sol calcaire (pH
Reprod
uctio
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dans un sol calcaire (pH >
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7), la couleur a tendance à Un hortensia rose, planté dans un sol de pH
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Un hortensia rose, planté dans un sol de pH rouge devient mauve foncé.
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rouge devient mauve foncé.
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D’après ces informations, indiquez l’origine de la couleur des fleurs d’hortensia.
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D’après ces informations, indiquez l’origine de la couleur des fleurs d’hortensia.
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36 2ème leçon
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1ère Série
2. Comment expliquez-vous la couleur des fleurs du pied d’hortensia ci-dessous ?
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37 3ème leçon
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1ère Série
TROISIÈME LEÇON
Variabilité génétique et mutation de l’ADN Les molécules d’ADN sont extrêmement stables, comme le montre la transmission des mêmes allèles de génération cellulaire en génération cellulaire. Cependant, elles peuvent subir un changement de la séquence de nucléotides, appelé mutation, notamment au moment de leur réplication. Ces mutations sont à l’origine de la biodiversité. Il ne faut pas confondre mutation et erreur de transcription qui peuvent avoir les mêmes conséquences sur la fonction de la protéine mais qui n’ont pas la même origine. Les mutations affectant un gène créent de nouveaux allèles. I - Mutations somatiques et mutations germinales La mutation est un phénomène cellulaire, elle peut toucher toutes les cellules car elles ont souvent pour origine une erreur lors de la réplication de l’ADN. Les cellules qui ne participent pas à la formation des cellules reproductrices sont appelées cellules somatiques. Les mutations qui affectent ces cellules, dites mutations somatiques, ne se transmettent pas à la descendance de l’individu concerné. Mais, en se multipliant, toutes les cellules qui possèdent la mutation, peuvent former un clone. (Ces mutations sont par exemple à l’origine du cancer). Si la mutation affecte une cellule à l’origine d’un ovule ou d’un spermatozoïde, c’est-à-dire une cellule germinale, l’allèle muté (mutation germinale) pourra être transmis à la cellule œuf. II - Diversité des mutations et de leurs conséquences phénotypiques Ces modifications de l’ADN peuvent affecter des régions codantes comme non codantes. Dans les mutations qui affectent les séquences codantes, on distingue notamment les mutations ponctuelles et celles de grandes ampleurs. 1. Les mutations ponctuelles. Ce sont les mutations affectant un point du gène, c’est-à-dire une ou plusieurs paires de nucléotides. Pour nommer une mutation ponctuelle, il est nécessaire de regarder ses conséquences sur la séquence et la fonction du polypeptide formé. 2. Les mutations par substitution Une paire de nucléotide de la molécule d’ADN est remplacée par une autre : Mutation silencieuse : Le codon de l’ARNm est modifié mais l’acide aminé est inchangé. Mutation faux-sens : Le codon est modifié et l’acide aminé est changé. Mutations non-sens : Le codon modifié devient un codon stop, le polypeptide est écourté. 3. Les mutations décalantes Mutation par insertion : Insertion d’un ou plusieurs nucléotides dans la séquence d’ADN → décalage du cadre de lecture. Mutation par délétion : Suppression d’un ou plusieurs nucléotides dans la séquence d’ADN → décalage du cadre de lecture.
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n la mutation, peuvent former un clone. (Ces mutations sont par exemple à l’
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n la mutation, peuvent former un clone. (Ces mutations sont par exemple à l’Si la mutation affecte une cellule à l’origine d’un ovule ou d’un spermatozoïde, c’est
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celles de grandes ampleurs.
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