Les Sciences de la Vie et de la Terre
par Jacques Florimont

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Première S

Thème 1: Expression, stabilité et variation du patrimoine génétique

Chapitre 3: L'expression du patrimoine génétique

Le Corrigé du TP n°4: La découverte des relations entre protéine et ADN.

  1. Quelle est la structure de l'Hémoglobine?
  2. Remarques:
    Les globules rouges ou érythrocytes, sont de loin les cellules sanguines les plus nombreuses. Leur nombre est en moyenne de 4 à 5 millions de globules rouges par mm3 de sang. Sur les 7 litres de sang, les globules rouges occupent 2 à 3 litres.
    Un globule rouge contient 250 millions de molécules d'hémoglobine, donc transporte environ 1 milliard de molécules de dioxygène (Chaque chaîne fixe une molécule d'O2).
    Les globules rouges qui sont des cellules sans noyau sont des cellules mourantes , leur durée moyenne de survie est de 120 jours.

    Une ou deux copies d'écran étaient attendue ( il est préférable de mettre un fond blanc), chacune devait posséder son titre et être correctement légendée.

    Les légendes attendues: Les différents atomes constitutifs de l'hémoglobine (souvenirs du seconde sur les molécules organiques!)
    Acide aminé, il était possible d'en colorier quelques uns pour les faire apparaître.
    Les 4 chaînes (certains n'avaient que 2 chaînes sur leur molécule, donc en fait une demi molécule d'hémoglobine).

    Et bien sur, comme toujours, il faut y ajouter un petit commentaire. Comme toutes les molécules organiques l'hémoglobine contient du carbone, de l'oxygène et de l'hydrogène.
    Elle contient également de l'azote , comme tous les protides, il s'agit donc bien d'une protéine. Il y a également du soufre (acides aminés cystéines), responsable des ponts disulfure qui permettent à la protéines d'avoir une forme bien précise.
    Et l'hémoglobine contient également du fer rouillé (ion Fe3+) qui est responsable de la couleur rouge de la molécule d'hémoglobine.

    La séquence d'au moins une chaine d'acides aminés était attendue:
    Par exemple la chaîne alpha 1 de l’hémoglobine humaine VLSPADKTNVKAAWGKVGAHAGEYGAEALERMFLSFPTTKTYF PHFDLSHGSAQVKGHGKKVADALTNAVAHVDDMPNALSALSDL HAHKLRVDPVNFKLLSHCLLVTLAAHLPAEFTPAVHASLDKFL ASVSTVLTSKYR

    Cette séquence d'acides aminés est toujours la même, les protéines sont codées en séquence d'acides aminés.

    Nous pouvons établir un tableau de comparaison entre l'ADN et les protéines

    ADN PROTEINE
    Molécule unitaire constitutive Nucléotides
    Il en existe 4 sortes: A, C, G, T.
    Acides Aminés
    Il en existe 20 sortes.
    CODAGE La molécule d'ADN est codée en séquence de nucléotides. Les protéines sont codées en séquences d'Acides Aminés.

    Problème: Existe-t-il une relation entre la séquence des nucléotides de l'ADN et la séquence des acides aminés d'une protéine?
  3. Analyse d'une expérience historique.
  4. Plusieurs élèves ont eu du mal à faire cet exercice, je pense que la cause vient du fait que vous ne lisez pas assez attentivement le sujet avant de commencer. Un élève qui a lu avec assez d'attention devait avoir compris 4 choses (C'est de la saisie d'informations).

    Le document nous précise que les protéines remplissent de nombreuses fonctions dans l'organisme, certaines sont des protéines de structure (protéines musculaires) d'autres sont des hormones (insuline) d'autres des transporteurs (hémoglobine), d'autres enfin sont des enzymes (amylase salivaire)

    Neurospora crassa est un champignon qui a besoin de molécules organiques pour croître. Il est normalement capable de se développer sur un milieu minimum avec du glutamate.

    La synthèse de l'arginine se fait en trois étapes et nécessite 3 enzymes. Cette synthèse peut se faire à partir du glutamate présent dans le milieu minimum.

    Les souches mutées de Neurospora sont incapables de fabriquer l'arginine, elles ne peuvent plus se développer sur un milieu minimum avec glutamate, et il faut leur apporter un supplément.

    Cela devait lui poser le problème suivant: Pourquoi certains champignons ne sont-ils plus capable de croître sur un milieu minimum?

    La souche mutante 2 ne se développe pas sur le milieu minimum
    elle a donc une ou plusieurs enzymes qui ne fonctionnent pas et ne permettent pas les réctions chimiques;
    donc un ou plusieurs gènes qui codent ces enzymes sont mutés.

    Cette même souche mutante n°2 ne pousse pas sur un milieu complémenté avec de l'ornithine
    Il est possible d'en déduire que c'est
    soit l'enzyme b qui n'est pas fonctionnelle
    soit l'enzyme c qui n'est pas fonctionnelle
    soit les enzymes b ou c qui ne sont pas fonctionnelles

    Cette même souche mutante n°2 ne pousse pas sur un milieu complémenté avec de la citrulline.
    Il est possible d'en déduire que l'enzyme c n'est pas fonctionnelle

    La comparaison de ces trois résultats montre que l'enzyme c n'est pas fonctionnelle, par contre il est impossible de savoir si les enzymez a et b fonctionnent ou pas

    Il est possible d'en déduire que le gène codant l'enzyme c est muté c-, par contre il n'est pas possible de savoir si les gènes a et b codant les enzymes a et b sont mutés, 4 génotypes sont donc possibles pour la souche 2.
    a-b-c-
    a-b+c-
    a+b-c-
    ou a+b+c-

    Avec le même raisonnement on montrerait que la souche 3 a l'enzyme c qui fonctionne et que son enzyme b ne fonctionne pas. Cette souche peut avoir 2 génotypes possibles:
    a-b-c+ ou a+b-c+

    Avec le même raisonnement on montrerait que la souche ' a l'enzyme a qui ne fonctionne pas. Cette souche a comme génotype
    a-b+c+

    Ce champignon n'a qu'un seul chromosome de chaque paire (il est haploïde), si l'on admet que chaque gène est porté par un chromosome ( gènes indépendants), il est possible de schématiser ses trois chromosomes de la manière suivante:

    Ces expériences de Beadle et Tatum montrent que:
    Le gène "a" code l'enzyme "a" qui est fonctionnelle.
    Une mutation au niveau du gène "a" a comme conséquence une absence (ou un non fonctionnement) de cette enzyme "a".
    De même le gène "b" code l'enzyme "b", et le gène "c" code l'enzyme "c".
    Il est possible d'en déduire que chaque mutation d'un gène a comme conséquence la perte de fonction d'une enzyme, d'où la relation un gène une enzyme.
    Ce concept, que l'on résume aujourd'hui par l'aphorisme « un gène-une enzyme », vaudra à Beadle et Tatum d'être récompensés par le prix Nobel de physiologie ou médecine en 1958.

  5. La correspondance gène protéine.
  6. La comparaison des séquences de l'ADN de la GFP et de la BFP montre que sur les 717 nucléotides de ces gènes, un seul nucléotide est différent: en position 196 il y a un nucléotide à Thymine pour la GFP et un nucléotide à cytosine pour la BFP.
    Il s'agit d'une mutation par substitution.
    Cette mutation a comme conséquence le remplacement de acide aminé n°66 Tyrosine (Y) de la GFP par Histidine (H) pour la BFP.
    C'est cette toute petite différence dans la séquence des acides aminés de ces protéines qui induit un changement dans la fluorescence.

    Plusieurs codons ( triplet de nucléotides peuvent coder le même acide aminés, le code génétique est dit redondant. Il y a donc plusieurs séquences d'ADN qui peuvent coder cette séquence protéique.
    Protéine P V P W P T L V T T F S Y G V Q
    codon (ADN) CCT GTT CCA TGG CCA ACA CTT GTC ACT ACT TTC TCT TAT GGT GTT CAA
    Autres codons 4 4 4 1 4 4 6 4 4 4 2 6 2 4 4 2
    Ce petit tableau montre qu'au total il y a 410 x 23 x 62 = 301 989 888 possibilités d' encoder cette petite séquence protéique

    Le stockage sur ADN, disque dur du futur ?
    ( bon sujet de TPE!)
    A l'ère du big data, il devient de plus en plus compliqué de stocker les informations, et cela coute fort cher, et demande de la puissance, et il en faut énormément. En moyenne, un data center consomme 30 mégawatts. Paris 5 d'Interxion en consomme 32, soit l'équivalent d'une ville de 25 000 habitants.
    Chaque fois que vous envoyez un selfie avec snapshot vous participez donc au réchauffement climatique; mais vous pensez que vous êtes écolos!
    L'avenir ce sera de stocker les informations sous forme d'ADN de synthèse:
    George Church a choisi de coder son propre ouvrage sur la biologie de synthèse, contenant quelque 53.000 mots et 11 images au format JPEG. Soit, une fois numérisée, une masse d'informations lourde de 5,27 millions de bits (mégabits).
    Moins d'un milliardième de gramme d'ADN a été nécessaire pour encoder le contenu du livre.

  7. METHODE.
  8. Je maîtrise les outils numérique; je suis un futur citoyen préparé à vivre dans une société dont l’environnement technologique évolue constamment.
    Je le montre en rendant un compte rendu réalisé avec un traitement de textes.

    Je suis les consignes habituelles de présentation (les relire pour ceux qui sont atteints de la maladie d'Alzheimer),
    Je suis rigoureux et capable de rendre un travail propre qui donne envie de lire ma copie.

    Je suis capable de faire un raisonnement scientifique correct, en particulier je fais la différence entre une saisie d'information et une conclusion.
    Il n'y a donc jamais de car dans ma copie.

    J'ai compris la différence entre un schéma et un dessin.

    Mes phrases sont scientifiquement et grammaticalement correctes

Dernière modification le Mercredi 12 Novembre 2014 à 14:44.