demarche d`investigation-clg

Christian Le Guillou
Août 2012
structure de l’ADN
et
nature du message codé
Thème 1 – La Terre dans l’Univers, la vie et
l’évolution du vivant : une planète habitée
La nature du vivant
. Les êtres vivants sont constitués d’éléments chimiques disponibles sur le globe
terrestre. Leurs proportions sont différentes dans le monde inerte et dans le
monde vivant. Ces éléments chimiques se répartissent dans les diverses
molécules constitutives des êtres vivants.
Les êtres vivants se caractérisent par leur matière carbonée et leur richesse en
eau.
L’unité chimique des êtres vivants est un indice de leur parenté.
. De nombreuses transformations chimiques se déroulent à l’intérieur de la cellule
: elles constituent le métabolisme. Il est contrôlé par les conditions du milieu
et par le patrimoine génétique.
La cellule est un espace limité par une membrane qui échange de la matière et
de l’énergie avec son environnement.
Cette unité structurale et fonctionnelle commune à tous les êtres vivants est
un indice de leur parenté.
.  La transgenèse montre que l’information génétique est contenue dans la
molécule d’ADN et qu’elle y est inscrite dans un langage universel.
La variation génétique repose sur la variabilité de la molécule d’ADN (mutation).
L’universalité du rôle de l’ADN est un indice de la parenté des êtres vivants.
 Trois notions visées…
- molécule d’ADN
- ADN, molécule codée
- universalité de la molécule d’ADN
 …en partie construites en
classe de Troisième
Diversité et unité des êtres humains
Chaque chromosome est constitué d’ADN.
L’ADN est une molécule qui peut se pelotonner lors de la division cellulaire, ce qui
rend visibles les chromosomes.
Chaque chromosome contient de nombreux gènes. Chaque gène est porteur
d’une information génétique. Les gènes déterminent les caractères héréditaires.
Un gène peut exister sous des versions différentes appelées allèles.
Les cellules de l'organisme, à l'exception des cellules reproductrices, possèdent
la même information génétique que la cellule-œuf dont elles proviennent par
divisions successives.
En Troisième, l’ADN est présenté comme la molécule constitutive
des chromosomes, présentant différents états, pelotonné
(condensé) pendant la division cellulaire (chromosomes
observables) et débobiné entre deux divisions cellulaires.
L’ADN est une molécule informative qui gouverne l’expression des
caractères. Les unités d’information sont appelées gènes
(information génétique) et à un même gène peut correspondre
plusieurs versions (allèles).
Lors de la division cellulaire, l’ADN se réplique (copie) pour donner
deux molécules identiques qui se sépareront lors de la division
cellulaire.
La mise en problème
 Situation-problème ancrée dans la
confrontation du réel biochimique
avec une œuvre d’art
photographie de
l’escalier à double
révolution du
château de
Chambord.
image de la molécule
d’ADN, obtenue par
diffraction des
rayons X par
Rosalind Franklin
(1920-1958) en 1951.
Images saisissantes de deux objets issus
d’univers que tout oppose, et pourtant si proches.
Ressemblance fortuite ou relevant d’une analogie
structurale à découvrir?
Exercice

Exercice
Travail coopératif : 5 personnes
Durée du travail : ¼ d’heure
Esquissez une stratégie résolutive, tenant compte des pré-requis de la
classe de Troisième.
Une proposition
de démarche
La résolution du problème
Proposition d’une démarche résolutive (parmi d’autres possibles)
Mon but : Élucider la structure de la molécule d’ADN pour rechercher dans
celle-ci des explications à ses propriétés réplicatives
Ce que je sais : La molécule d’ADN, constitutive des chromosomes a
probablement, à l’instar de l’escalier à double révolution du château de
Chambord, une structure en double hélice.
Ce que je dois faire : Vérifier l’exactitude de cette affirmation et identifier les
molécules constitutives, celles qui forment les rampes et les marches
Les moyens dont je dispose :
• Le texte complet en Anglais ou un extrait en Français, de l’article publié par
Watson et Crick en 1953 dans la revue Nature
• un logiciel de visualisation moléculaire comme RASTOP, RASMOL ou Jmol
• un site en ligne :
http://www.umass.edu/molvis/bme3d/materials/jtat_080510/exploringdna/cont
ents/contents.htm
La consigne de travail :
Réalisez un schéma structural simplifié de la molécule d’ADN rendant compte
de sa propriété d’autoréplication.
J.D. Watson et F.H. Crick
Medical Research Council Unit for the Study of the Molecular Structure of
Biological Systems, Cavendish Laboratory, Cambridge
Article soumis le 2 avril 1953, publié le 25 avril 1953 (Nature 171, page 737)
Traduction : G. Furelaud, avril 2003
« Nous souhaitons suggérer une structure pour [...] l'acide
désoxyribonucléique (ADN). Cette structure présente de nouvelles
caractéristiques qui sont d'un intérêt biologique considérable.
Une structure pour l'acide nucléique a déjà été proposée par Pauling et
Corey. [...] À notre avis, cette structure n'est pas satisfaisante. [...]
Nous souhaitons proposer une structure radicalement différente pour [...]
l'acide désoxyribonucléique. Cette structure a deux chaînes hélicoïdales
enroulées chacune autour du même axe. [...] Les deux chaînes suivent des
hélices dextres, mais [...] de directions opposées. [...] Les bases sont à
l'intérieur de l'hélice et les phosphates à l'extérieur. [...] Il y a un résidu sur
chaque chaîne tous les 3,4 Angström (10-10 m) selon l'axe z. Nous supposons
un angle de 36°entre les résidus adjacents d'une même chaîne, de manière à
ce que la structure se répète après 10 résidus sur chaque chaîne, c'est à dire
après 34 Angström. [...]
La nouvelle caractéristique de cette structure est la manière dont les deux
chaînes sont maintenues assemblées par les bases puriques et pyrimidiques.
Les plans des bases sont perpendiculaires à l'axe de la fibre.
Elles sont regroupées en paires, une unique base d'une chaîne étant reliée
par des liaisons hydrogènes à une unique base de l'autre chaîne, de manière
à ce que les deux [bases] se trouvent côte à côte [...]. Une des bases de cette
paire doit être une purine et l'autre une pyrimidine pour que les liaisons
[hydrogènes] soient présentes. [...]
Les paires [de bases azotées] sont : adénine (purine) avec thymine
(pyrimidine), et guanine (purine) avec cytosine (pyrimidine).
En d'autres termes, si une adénine constitue un membre d'une paire, sur
n'importe quelle chaîne, alors selon ces hypothèses l'autre membre doit être
une thymine; il en est de même pour la guanine et la cytosine. La séquence
des bases sur une simple chaîne n'apparaît aucunement restreinte.
Il a été trouvé expérimentalement que le rapport entre les quantités d'adénine
et de
thymine, et le rapport entre guanine et cytosine, sont toujours très proches
de l'unité dans l'acide désoxyribonucléique. [...] »
nucléotide à adénine
nucléotide à thymine
nucléotide à cytosine
nucléotide à guanine
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