Les Membranes Cellulaires

Les OGM
1) Définition :
Un OGM est un organisme dans lequel on a introduit articiellement soit un gène étranger soit un
gène appartenant à l’espèce de l’organisme que l’on aurait manipulé. Ensuite l’ADN transformé sera
transmis à la descendance.
2) Historique :
On a commencé à produire les OGM dans les industries américaines dans les années ’80 ce qui
effraya l’Europe. À partir des années 95, l’Europe a augmenté sa production d’OGM. Les OGM sont
maintenant fort présents dans notre alimentation.
3) Méthodes :

OGM naturels : ils sont créés par hasard lors de la réplication génétique grâce à des erreurs 
= mutations. Le nouvel ADN sera transmis par transmission verticale (de manière héréditaire)
à la descendance. Comme la sélection naturelle favorise les plus adaptés, il peut apparaître de
nouvelles espèces. Mais les organismes vivants peuvent acquérir naturellement desgènes
venant d’autres espèces : c’est ce que l’on appelle la transmission horizontale. Celle-ci
s’effectue à l’aide des plasmides qui sont des molécules d’ADN circulaires qui se répliquent
indépendamment du chromosome bactérien et codent leur propre transfert d’une bactérie à
l’autre même entre espèces bactériennes non-apparentées. Les plasmides se conduisent
comme des virus qui transmettent leur matériel génétique à la cellule infectée mais sans la
tuer. C’est la conjugaison bactérienne.
 Exemple : dans le sol des bactéries fabriquent des antibiotiques et les antidotes pour s’en
protéger et ce gène permettant la création de cet antidote passe d’une bactérie à l’autre, même
celle d’une espèce voisine  nouvelle propriété pour ces bactéries.

OGM artificiels : le principe est donc d’introduire un ou plusieurs gènes dans une plante pour
modifier son ADN et lui permettre de produire de nouvelles protéines.
Il existe deux méthodes pour introduire le gène voulu dans un organisme :


Cette première méthode consiste à isoler le plasmide d’un pathogène injectant
naturellement la cellule et d’y incorporer le gène que l’on veut donner à la
cellule.
La seconde est la biolistique, on bombarde les cellules avec des particules
métalliques recouvertes d’ADN.
 avec ces deux méthodes, on se sait jamais où seront introduits les gènes
4) Avantages :
 Meilleure survie de certains fruits comme la tomate d’où l’on a éliminé le gène qui provoque
le gel et remplacé par un gène de poisson.
 Meilleurs rendements, le coton transgénique résiste aux herbicides et le maïs produit de
l’herbicide tuant ainsi les parasites
 Technique peu onéreuse
 En pharmaceutique, les OGM permettent la synthèse et la production de certaines enzymes et
de certaines substances
 Produire des combustibles et ainsi réduire l’utilisation des combustibles fossiles
 les antibiotiques ne sont plus efficaces
 des mauvaises herbes pourraient s’adapter et résister aux herbicides
 Sécurité :



Identifier tout le matériel génétique introduit
Evaluer le risque de transfert du transgène vers d’autres espèces
Evaluer la sécurité des produits du gène
5) Les dangers :
5 types de gênes :





Résistances aux insectes  produit CRY1A, déjà utilisé dans les pesticides
Résistances aux herbicides  aucune crainte
Résistance aux antibiotiques
Stérilité du mâle  technologie Terminator  empêche d’avoir des lignées ( moins de risques)
Gène répresseur  sert à réduire d’autres gènes : on introduit en sens inverse (ex : les tomates ne
molissent plus)
Transgenèse
C.1. Cartographie du génome :
Avant de pratiquer la trangenèse, c.à.d. introduire un gène pour la synthèse d’une nouvelle protéine il
faut bien entendu connaître la fonction de ce gène. On procède à la cartographie du génome. Pour cela,
on peut pratiquer plusieurs méthodes, soit on apprend la fonction du gène après sa mutation soit en
réintroduisant ce gène dans une cellule ou un organisme après l’avoir muté, mais la manière la plus
simple est de bloquer l’action de ce gène grâce à l’ARN messager anti-sens. Qu’est-ce donc que cet
ARN messager anti-sens ?
L’ARN anti-sens : c’est en fait l’ARN complémentaire de l’ARN messager. Vous vous souvenez
certainement de la fonction de l’ARN messager comme l’a si bien expliqué Nicolas. (Explication du 1 er
schéma :) Un gène pour s’exprimer est transcrit en ARN messager qui lui est complémentaire grâce à la
complémentarité des bases (Phénomène de TRANSCRIPTION. Cet ARN messager quitte le noyau
pour se diriger vers un ribosome où il sera normalement traduit (traduction par l’ARN de transfert, etc..
C’est ici que l’ARN messager anti-sens rentre en action. Avant de pouvoir atteindre le ribosome,
l’ARN messager rencontrera son ARN messager anti-sens correspondant (qu’on aura bien sur injecté
dans la cellule. L’ARN messager anti-sens étant complémentaire de l’ARN messager, ils se lieront
pour former un composé stable. Il n’y a donc plus d’ARN messager qui parvient aux ribosomes et la
synthèse de la protéine correspondante est donc stoppée. On peut donc déceler la disparition de cette
protéine ainsi que tous ses effets secondaires.
Il faut utiliser de méthodes qui permette d’obtenir une expression durable du gène et
qui vont au-delà des problèmes que présent l’introduction d’un gène dans une cellule.
En effet, la cellule a tendance naturellement à rejeter tout organisme étranger et de
plus, la cellule contenant de l’ADN chargé négativement (l’ADN est constitué
principalement de phosphates) aura tendance, par l’action des forces électriques, à
repousser toute autre organisme chargé négativement, a priori dans notre cas , le
nouveau gène. Plusieurs méthodes s’offrent à nous, en voici un bref aperçu :
c. Fusion induite à l’aide d’un plasmide
Un liposome (schéma du liposome + fusion induite) est une vésicule limitée par une double couche
lipidique crée artificiellement. On peut mettre à l’intérieur de cette vésicule toutes les substances qu’on
désire faire rentrer dans la cellule, car cette vésicule va pratiquer ce qu’on appelle une fusion induite
avec la membrane de la cellule et le contenu de cette dernière peut ensuite pénétrer dans la cellule.
b. Micro-injection
On peut introduire à l’aide de micro pipettes de nombreuse copies du gène dans un œuf qui vient d’être
fécondé. Chez les mammifères, l’œuf est prélevé dans l’utérus directement après l’accouplement et on
injecte dès lors le gène dans le noyau. Ensuite il faut encore réimplanter l’embryon dans une mère
porteuse. Malheureusement le rendement est faible et on se sait pas toujours bien où le gène va
s’implanter et de quelle manière il va s’exprimer. Chez les oiseaux cette technique reste difficile car on
ne sait pas réimplanter l’embryon. De plus le développement complet in vitro n’est maîtrisé que
partiellement. Chez les amphibiens, malgré les facilités qu’apportent la fécondation et le
développement en milieu extérieur (grâce aux œufs), il faut transpercer la coque protectrice, ce qui
reste très délicat.
Transposon :
Il existe dans le patrimoine génétique des bactéries, levures, plantes et invertébrés. Il s’agit en fait de
gènes sauteurs ou baladeurs qui peuvent voyager d’un endroit à l’autre du génome et qui peuvent
s’insérer un peu partout, il est dès lors possible d’introduire dans le transposon le gène que l’on veut
insérer. L’avantage est que le gène est en copie unique et qu’il ne s’insère pas n’importe où,
malheureusement nous n’avons pas encore détecté de transposon dans le génome des vertébrés bien
serait possible de se servir de certaines partie du transposon des invertébrés.
Cellules embryonnaires souches (ou cellules souches pluripotentes) : (schéma)
D’où viennent-elles ? Elles proviennent en fait de la partie interne du blastocyste (qui est l’embryon au
stade de plus ou moins 40 cellules). Ce sont des cellules capables d’engendrer tous les tissus de
l’organisme (ce qui représente 200 types de cellules). Comment font-elles ? Vous vous rappelez que
dans ce blastocyste sont encore toutes identiques et c’est seulement par la suite se différencier pour
donner tel type ou tel autre type de cellule. Ces cellules souches ont deux avantages principaux : elles
peuvent être mises en culture car elles se reproduisent indéfiniment, et elles peuvent donner un grand
nombre de cellules. Comment va-t-on pratiquer la trangenèse avec elles ? On va d’abord pendant la
culture insérer le gène choisi à l’aide de diverses méthodes. On va ensuite développer ces cellules non
pas en réimplantant cette cellule dans l’embryon (car en effet les cellules embryonnaires souches ne
sont plus des embryons à part entière) mais bien en l’incorporant à un embryon qu’on réimplantera
chez une mère porteuse. On a ainsi un embryon chimère, c’est à dire un embryon où se confondent
deux types de cellules : l’un avec un génome quelconque et l’autre avec le génome de la cellule
embryonnaire. Etonnamment cela ne pose aucun problème, on a d’ailleurs beaucoup
d’exemples comme celui de la souris où on a un génome à poil blancs et le génome de la cellule
embryonnaire souche à poils noirs. On obtient un souris avec un mélange non uniforme de poils noirs
et blancs.
Cytologie
1.
Introduction :
Branche dela bio traitant la structure et les functions cellulaires  comprendre la structure et
les activités  expliquer le fonctionnement de l’organisme (ex: division cellulaire,
disfonctionnement cellulaire, hérédité,…)  place importante
2.
Organites cellulaires :
Propres aux eucaryotes (avec noyau)  se situent dans le cytoplame de la cellule 
accomplissent certaines fonctions synthèse, transformations, transport de substances et
déchetes intra-cellulaires.
a.
Réticulum Endoplasmique :
i.
Structure : tridimensionnelle de réseaux irréguliers limitée par une
membrane  réseaux de cavités applaties qui à l’intérieur de la
membrane constituent une zone de transport. Sur certaines
membranes il y a des ribosomes  rugueux
Rôle : - la plupart des composants membranaires y sont
synthétisés
- produire des sécrétions (matières  sortir cellule)
- chaîne acides aminés y acquiert sa structure tertiaire
Schéma : ???
ii.
iii.
b.
Appareil de Golgi :
i.
ii.
c.
Structure : constitué de dictyosomes qui sont constitué de
saccules limitées par des membranes simples
Rôle : sécrétion, reçoit les molécules fabriquées dans le Réti
endo. et les transformations. Les saccules sont empilées et
bourgeonnent pour former de petites vésicules qui accumulent
les produits qui seront ajoutés à l’extérieur de la cellule.
Noyau :
i.
ii.
Structure : le plus sensible, double membrane +/- sphérique de
5 micron de diamètre. Dans la membrane, y a des pores
nucléaires  échanges avec cytoplame. Le nucléole (région
spécialisée) assemble des particules contenant ARN +
protéines  ces particules migrent par les pores vers le
cytoplame où elles sont transformées en ribosomes.
Rôle : ADN, …
La respiration cellulaire
Formule :
C6 H12O6 (glucose)  6O2  6CO2  6 H 2O  E (atp)
 réaction exergonique (qui libère del’énergie)
 cf physiologique énergétique qui extrait des nutriments comme le glucose, l’énergie comprise dans
les molécules. Oxydation  récupère une grande partie e- stocké molécules à haut potentiel
énergétique.
3 étapes : glycolyse, dans le cytoplasme, glucose décomposée, dégradée en 2 acides ; cycle de Krebs ou
de l’acide critique ; chaine respiratoire.
Structure : organites mettant en réserve sous forme d’ ATP par oxydation enzymatique de molécules
nutritives.
Schéma :
Les Membranes Cellulaires



Eucaryotess  membranes >< virus et prion sans membrane
Renouvellement constant, partie isolante
Membrane à la base de l’immunologie
 Structure : 2 parties hydrophobes  lipides ( 2 endroits : une partie), (lipides (phospho, galacto,
glycos ???) et une partie hydrophile.
 Fonctions : - perméabilité  s’oppose à la diffusion libre des ions d’un compratiment cellulaire à
un autre
- lien privilégié d’échanges entre compartiments intracellulaires (ou avec extérieur)
de matière et d’énergie
 échanges grâce aux protéines (de reconnaissance, clé-serrure)
L’hérédité
 Théorie chromosomique

La cellule diploïde comporte deux exemplaires de chaque gène. En effet, ils se trouvent sur
les deux chromosomes d’une même paire.

Les gamètes par contre sont haploïdes. Ils ne contiennent qu’un seul chromosome (un
exemplaire de chaque gène) de chaque paire.

Allèles : on appelle allèles les différentes formes que peut prendre un gène. Par exemple,
l’exemplaire du groupe sanguin peut voir trois allèles : A, B, O; ou encore dans les maladies,
il y a différents allèles : un (ou des) allèle(s) normal(maux) ou un allèle muté ( mucoviscidose).

Formules :

Cellule diploïde : on utilise deux lettres
Majuscule  caractère dominant (ex : normal = N)
Minuscule  caractère récessif (ex : mucoviscidose = m)
 la cellule peut être : a) homozygote  on a deux allèles identiques soit les deux
m
récessifs , soit les deux normaux.
m
b) hétérozygote  un allèle de chaque soit

N
. Il est appelé
m
transmetteur sain.
Cellule haploïde (gamète) : on utilise bien sûr une seule lettre
Ex : croisement 
N N
x
 gamètes N et m . . . N et m
m m
 On utilise un tableau à double entrées :
Gamètes
N
m
N
m
N
N
N
m
N
m
m
m
Ce tableau permet de faire des prévisions sur la descendance  prévoir la possibilité d’avoir un enfant
atteint lors d’une union de deux hétérozygotes.

Arbre généalogique :
G
F
?
m
m
On se demande quel sera le 4ème ? Il y a à nouveau une chance sur 4 qu’il soit atteint. Par contre, on
sait tout de suite que les deux parents sont hétérozygotes. On peut calculer la probabilité que les parents
1 1 1 1;
N
N
aient leurs trois enfants atteints ( x x = ). La fille par exemple peut être soit ou  il y a
4 4 4 4
N
m
N
m
une chance sur trois qu’elle soit ( pas malade 
)
N
m

Transmission de deux caractères (! Dans les données, il faut avoir beaucoup de cas  établir des
probabilités)
Question : lapins noirs à poils courts x lapins bruns à poils longs donnent 12 petits de couleur noire à
poils courts
Génération I :

N C
b
l
+ x
+
N C b
l
↳ (dominants car tous les lapineaux sont Noirs à poils Courts)
(Gène dominant au-dessus et en majuscule)
Génération II : 
?????????????????????
Tableau :
NC
Nl
bC
bl
N
C
NC
NC
NC
N l
NC
bC
NC
b l
Nl
NC
N l
Nl
Nl
NC
b l
Nl
bl
bC
NC
bC
NC
b l
bc
bc
bC
b l
bl
NC
b l
Nl
bl
bC
b l
bl
bl
 9 Noirs Courts
 3 Noirs longs
9:3:3:1
 3 bruns Courts
 1 bruns longs
Conclusion :
Quand on croise deux races, on doit regarder les proportions de la descendance. Mais pour avoir cette
proportion 9 : 3 : 3 : 1, il faut un grand nombre sinon on a +/- cette proportion.
Thomas Morgan  théorie chromosomique : genes disperses en séries linéaires sur les chromosomes.
Cellules haploides  paires de chromosomes homologues où les gènes homologues sont à la même
place  en méiose un seul est pris

Définitions :
1) Les différentes formes que présentent un gène portent le nom d’allèles.
 les gènes dominants sont représentés par une lettre majuscule M et les
récessifs par une minuscule
2 allèles identiques : formule  bb ou
2 allèles différentes : formule 
b
r
; rr ou
b
r
R
ou Rb
b
2) * Les cellules possédant deux allèles identiques pour un caractère sont dites
homozygotes pour ce caractère
* Phénotype : ensemble des caractères que l’on peut observer sur un individu
* Génotype : ensemble du patrimoine héréditaire correspondant à une combinaison
de gènes  3 génotypes RR, bb, RB, mais deux phénotypes Rouge et Blanc
3) Formule des gamètes : cellules homozygotes  tous gamètes ont le même allèle
cellules hétérozygotes  disjontion des chromosomes
homoloques en anaphase de méiose I  50/50
 tableau du croisement
Test de croisement  pour savoir si Rb ou RR, on fait un croisement avec bb  on compare les
tableaux
Codominance aussi
Exercices :
* Un homme atteint de surdité unilatérale, hétérozygote épouse une femme normale 
probabilité d’avoir : 1/ 1 enfant atteint
2/ 3 enfants tous atteints
3/ 3 enfants normaux
* Transmission de cécité totale aux couleurs. Un homme à vision normale hétérozygote dont la mère
est atteinte de cécité aux couleurs épouse une femme atteinte de la même affection.
 1/ 1 enfant atteint
2/ 3 enfants tous atteints de cécité totale
3/ 3 enfants normaux
Yohan Gregor Mendel



Fondateur de la génétique
Loi de transmission des caractères héréditaires  étude de la transmission des gènes
Etudes des plantes  caractères prononcés constants
 caractères sous deux aspects
 autopollinisation ou croisement
 facile à cultiver
 possibilité d’avoir des espèces différentes d’un caractère
Un groupe d’individus dont le stock génétique est similaire est considéré comme une lignée,
souche, variété, race. Si la reproduction entre des individus d’une même lignée fournit des
individus identiques entre eux et à leur parents, et ce pendant plusieurs générations  souche pure
Puis il effectue des reproductions entre souches pures  4ème générations
 Constatations :

Prédécesseurs : - tous les 1er enfants sont identiques à l’une des souches pures
- descendants, les caractères réaparraissent
Pourquoi réapparition ¼ ?
 A l’intérieur des graines, il doit y avoir des facteurs qui marquent
 Dès le début il se dit qu’il doit y avoir deux facteurs  1 caractère
 2 sortes de caractères : soit dominant soit récessif
Pourquoi deux facteurs ! ils viennent des cellules sexuelles où ils sont présents à l’état unique 
haploides
Pourquoi réussi



races pures
parents différent d’un caractère
travaux sur une grande quantité  statistiques
7324 graines  5474 L et 1850 R  ¼
Co-dominance  B + R  Rose
Lois de Mendel
Quand on croise deux races pures différentes l’une de l’autres par un caractère, les hybrids de
la première generation filiale sont tous semblables entre eux.
La seconde génération montre la disjonction des caractères parentaux, il en résulte que, si la
plante possède deux facteurs héréditaires pour chaque caractère, les gamètes ne possèdent
qu’un seul facteur héréditaire pour chaque caractère.
1.
2.
Le Dihybridisme
2 caractères  teste d’abord avec des races pures.
P:
J L vr
x
J L vr
Gamètes de P : JL x vr
 recroisement de F1
F1 :
J L J L
x
v r v r
doubles hétérozygotes
Gamètes de F1 : JL Jr x vL vr
F2 : 2 nouvelles races pures (tableau 9331)
 conclusion : - les 2 caractères sont indépendants
- chaque caractère % 2
- proportions
3ème : quand on croise deux races pures différent par 2 gènes, on voit apparaître à partir de la deuxième
génération des races différentes présentant des combinaisons manuelles des caractères existaient chez
les deux espèces de départ.
Caractères liés au chromosome X
Sexe déterminé par x ou y
x
femme  homozygote
x
x
homme  hétérozygote  2 gamètes : x ou y
y
Division de gamètes = méiose  chromosomes échangent des segments
Des séries de gènes se trouvent sur le x et pas le y
Garçon :
x
x
 gène défectueux
y
 rien pour compenser sur le y  garcon d’office atteint  hémophilie, daltonisme, myopathie
si h représente l’hémophilie, on note xhy pour savoir que c’est sur le chromosome x
Fille :
xhx  si épouse un homme atteint, ¼ de chance d’avoir fille atteinte
Origines de la vie sur terre

1.
2.
Introduction :
Louis Pasteur : démontre que la génération spontanée n’existe pas, tout être vivant, même les
micro-organisme, sont issus de « parents » auxquels ils ressemblent
Charles Darwin et Alfred Russel Wallace proposèrent que certaines différences présentées par les
individus d’une population sont héréditaires. Elles sont soumises à une pression de
l’environnement.
 sélection naturelle
Au fil des générations, la sélection naturelle s’effectue et des organismes simples finissent par devenir
des organismes complexes. Donc, on peut supposer que toutes les formes actuelles de vie peuvent être
issues d’un précurseur  ancêtre commun.

Comment s’effectue la transition de l’inanimé vers l’animé ?
Les premiers vivants devaient posséder :



Quelques infos génétiques, des instructions héréditaires qui assuraient son
fonctionnement et reproduction
Un système de réplication du matériel génétique permettant quelques variations des
caractérisques héréditaires afin que de nouvelles caractéristiques puissent apparaître et
former ainsi de nouvelles espèces.
Caractéristiques de l’ancêtre commun :
Après étude des organismes d’aujourd’hui, les scientifiques ont pu tirer diverses conclusions :

Les caractéristiques complexes communes à toutes les formes modernes de vie étaient
vraissemblable et présentes chez l’ancêtres commun. Les organismes vivants sont tous
constitués de composés riches en carbone et leurs protéines sont toutes fabriquées à partir
des 20 acides aminés (les enzymes sont indispensables à la survie et à la reproduction.
 L’information génétique des organismes actuels est stockée sous forme d’acide nucléique
(ARN et ADNà qui détermine la composition de toutes les protéines. Le code génétique
est quasi identique pour tous
 le dernier ancêtre commun stockait l’info génétique sous acide nucléique qui
spécifiait la composition de toutes les espèces nécessaires à la survie.

Par quelles réactions chimiques les acides nucléiques et les protéines sont-ils apparus ?


Acides nucléqieus synthétisés par les protéines
Celles-ci sont synthétisées à partir de séquence appropriées de nucléotides
 les protéines et les acides nucléiques (à structure complexe) sont apparus au même
moment et au même endroit. De plus, ces deux formes chimiques sont indissociables.
Donc pas ce n’est pas de ce côté qu’il faut chercher les origines de la vie.

Solutions :
ARN qui serait apparus en premier et aurait créé « le monde des ARN » où l’ARN catalysait toutes
réactions nécessaires à la survie et à la réplication. Ce scénario est possible à condition que l’ARN
prébiotique (existant avant l’apparition de la vie) qit eu deux propriétés qui semblent avoir disparus : 1/
se répliquer sans l’aide de protéine
2/ catalyser toutes les étapes de la synthèse protéique

Comment ces fameux ARN sont-ils apparus ?
La soupe pré-biotique :
Composés organiques indispensables à la vie auraient pas pu se former sur terre  riche
eb O2  atmosphère était pauvre en O2.
 Création en labo d’une atmosphère semblable à celle des débuts de la Terre. Résultats :
10% du C avait été transformé en un petit nombre de composés organiques connus et 2%
de ce carbone présent dans les acides aminés qui constituent aujourd’hui les protéines.
 les acides aminés nécessaires à la construction des protéines auraient été abondants sur la
Terre primitives.

OU
La vie pourrait venir de l’espace, riche en composés de ce type (météorites, astéroïdes, …)