Lycée Rotrou – Dreux (28) Seconde - B.BOCK

TP 7 : La structure de l’ADN et le codage de l’information génétique

Objectifs méthodologiques : - s’informer à partir d’un texte, d’une animation et d’un logiciel - Mettre en relation des informations - Construire un schéma bilan - TICE : Utiliser un logiciel permettant de visualiser des modèles moléculaires en 3D (initiation aux TP de bac).

Cours : Nous avons vu précédemment que le métabolisme des cellules, c’est à dire l’ensemble des réactions chimiques qui s’y déroulent, est contrôlé par le programme génétique et par les conditions de l’environnement. Par ailleurs, vous avez appris en 3ème que les chromosomes contenus dans le noyau des cellules sont le support du programme génétique et que ces chromosomes contiennent de l’ADN.

Introduction : La molécule d’ADN est trop petite pour que l’on puisse observer sa structure au microscope, même électronique. En 1953, deux scientifiques Watson et Crick ont utilisé une méthode indirecte, la diffraction au rayon X pour élucider sa structure. Aujourd’hui, on peut visualiser cette structure à l’aide de logiciels de modélisation moléculaire en 3D tels que le logiciel Rastop. Vous allez visualiser un petit fragment d’ADN provenant de l’intérieur d’un noyau d’une cellule pour déterminer l’organisation moléculaire de cette très grosse molécule.

Activité 1 : La structure globale de la molécule d’ADN. - Ouvrir le logiciel Rastop - Cliquer sur « fichier », puis « ouvrir » et sélectionner le document « ADN» : la molécule d’ADN s’affiche. - Aller dans « Liaison», « représentation », choisir « bâtonnets », « 10 ». Cliquer ensuite sur le carré bleu représentant une sorte d’haltère. Chaque boule représente un atome et chaque bâtonnet une liaison chimique entre chaque atome. Vous pouvez à tout moment : Faire tourner la molécule (clic gauche tout en déplaçant la souris) Zoomer ou s’éloigner de la molécule (shift + clic gauche + déplacement souris) - Aller dans « Atomes», choisir « Colorer > Chain». 1/ Recherchez la signification des lettres A.D.N. ......................................................................................................................................................

2/ Indiquez combien de chaînes composent la molécule d’ADN. ...................................................................................................................................................... ......................................................................................................................................................

3/ Justifiez le terme de « double hélice » utilisé pour caractériser l’ADN. ...................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................... ......................................................................................................................................................

- Retourner dans « Atomes », choisir « Colorer > CPK ». Survoler les atomes avec votre souris, leur nom s’affiche en bas d’écran. Sinon chaque type d’atome apparaît alors dans une couleur différente, selon le code ci-dessous :

Atome Couleur Atome Couleur Carbone Gris Chlore Vert Phosphore Orange Oxygène Rouge Hydrogène non représenté ou blanc Azote Bleu

4/ Déduisez-en quels sont les atomes qui composent la molécule d’ADN.

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Activité 2 : Les constituants de l’ADN et leur assemblage. L’ADN est constitué d’une succession de motifs de bases appelés nucléotides. Chaque nucléotide est composé de 3 parties reliées entre elles par des liaisons covalentes (= liaisons fortes) : 1 –Un acide phosphorique ou groupement phosphate.

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2 – Un sucre, le désoxyribose (glucide simple cyclique à 5 atomes de carbone, représentés par des angles).

3 – Une base azotée parmi les 4 existantes : l'adénine (A), la cytosine (C), la guanine (G) et la thymine (T) composées principalement d’atomes de carbone et d’azote.

Adénine Thymine Guanine Cytosine 1/ Repérez ces 3 parties sur les nucléotides ci-dessous et entourez-les (une couleur pour chaque partie). N’oubliez pas d’entourer aussi ceux du cadre précédent comme légende et donnez un nom à chaque nucléotide.

nom :

2/ Faites un schéma simplifié de chaque nucléotide en utilisant les figurés suivants : Désoxyribose :

Groupement phosphate : Base azotée : A, T, G ou C

Liaison covalente :

3/ Visualiser ces 4 types de nucléotides dans l’ADN - Retourner dans « Atomes », choisir « Colorer > Shapely ». Chaque type nucléotide apparaît alors dans une couleur différente. Pour les distinguer, toujours dans « Atomes » choisir « Labels» et « Résidus ». Une représentation en fil de fer permet de mieux voir les Labels. On a coloré tous les nucléotides à - Adénine en .................................... - Guanine en................................ - Thymine en ...................................- Cytosine en................................

P

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4/ Observez la molécule ainsi obtenue. Que remarquez vous quant à l’association des nucléotides des deux chaînes ? ...................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................... ......................................................................................................................................................

Les nucléotides d’une même chaîne sont liés les uns aux autres par des liaisons covalentes (= liaisons fortes) alors que les nucléotides d’une chaîne sont liés aux nucléotides de l’autre par des liaisons hydrogène (= liaisons faibles). Afficher ces liaisons faibles grâce aux commandes suivantes : « Liaisons», « liaisons hydrogènes > Afficher » 5/ Combien y a-t-il de liaisons hydrogène entre chaque paire de nucléotides ? ...................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................... ......................................................................................................................................................

Colorer à nouveau par type d’atomes en tapant « Atomes», puis en allant dans « colorer », « par CPK». Afficher les codes des nucléotides : « Atomes > Label > Résidus » 6/ À l’aide de l’ensemble des informations découvertes au cours du TP, réalisez (au verso de cette page) un schéma simplifié représentant la molécule d’ADN « à plat ». Pour cela, utilisez les mêmes figurés que dans la question 2 et représentez les liaisons hydrogène en pointillés. 7/ À l’aide du document 4 p 55 de votre livre (Belin-2010), calculez les rapports A/T et C/G en arrondissant vos résultats.

Espèce A/T C/G

Homme

Levure

Bactérie

Comment pouvez vous expliquez les résultats obtenus ? Qu’est ce qui pourrait être à l’origine de programmes génétiques différents selon les espèces ?

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N’oubliez pas de fermer tous les logiciels ouverts SANS enregistrer les modifications apportées.

Travail à la maison : La transgénèse base des OGM

1/ Expliquez succinctement le principe de l’expérience présentée dans ce document ci-dessous. Identifiez l’espèce donneuse, l’espèce receveuse, le gène transféré et le caractère nouveau obtenu chez le receveur.

2/ Comment s’appelle ce type d’expérience ? 3/ Quel nom donne-t-on aux organismes obtenus par cette technique ? 4/ D’après cette expérience, quelle définition du mot gène pouvez-vous donner ? 5/ On peut réaliser cette expérience avec toutes les espèces vivantes. Voyez le résultat en couleur chez d’autres êtres vivants dans votre livre (Belin 2010 doc 6 p. 53). En quoi ce type d’expérience permet-il d’affirmer que l’ADN est le support universel de l’information génétique ?

Document : Un exemple de transgénèse Source : Belin 2000