Chapitre 2 : L`expression du patrimoine génétique

Chapitre 2 : L’expression du patrimoine génétique
Acquis : L’ADN est le support universel de l’information génétique. Un gène est un fragment
séquencé d’ADN responsable d’une information spécifique à l’origine d’un caractère
héréditaire. Chaque être vivant possède les caractères de l’espèce à laquelle il appartient
(caractères spécifiques) mais aussi des caractères qui lui sont propres (caractères
individuels) faisant de lui un être unique et original.
 Problématique : Comment et sous quelle forme l’information génétique s’exprime-t-elle
en caractères héréditaires ?
 Problème 1 : Quels sont les différents niveaux d’étude des caractères d’un individu
ainsi que leur relation ?
I. Un caractère d’un individu peut se définir à différentes échelles de l’organisme
Activité 1 : Mise en évidence à partir de la drépanocytose
Bilan activité 1 : Le phénotype peut se définir à différents niveaux selon l’échelle à laquelle
se réalise l’observation. On distingue ainsi :
 Au niveau de l’individu, le phénotype macroscopique (Ex : les symptômes de la
drépanocytose) ;
 Au niveau cellulaire, le phénotype cellulaire (Ex : forme des hématies chez les
individus drépanocytaires)
 Au niveau moléculaire, le phénotype moléculaire (Ex la production de l’HbS
différente).
Le phénotype macroscopique découle du phénotype cellulaire qui découle lui-même du
phénotype moléculaire. Ainsi chez un individu atteint de drépanocytose, les molécules d’HbS
(phénotype moléculaire) s’unissent les unes aux autres formant des fibres (p 64 et 65) qui
déforment les hématies en faucille (phénotype cellulaire). Celles-ci plus fragiles subissent une
destruction importante d’où l’anémie de l’individu (phénotype macroscopique).
Le phénotype moléculaire correspond toujours à une protéine. Celle-ci est une séquence
(nature et ordre) d’acides aminés.
Constat : Les protéines sont des molécules organiques du vivant caractérisées par leur très
grande diversité à la fois dans leur structure et dans leur fonction (rôle bâtisseur, rôle
fonctionnement cellulaire) : anticorps, enzymes digestives, protéines de la membrane
plasmique, hormone insuline ou de croissance, collagène p 59.
 Problème 2: Les protéines sont-elles l’expression de l’information génétique ?
II. La nature de l’expression de l’information génétique
Activité 2 : Mise en évidence de la relation entre ADN et protéine
Bilan activité 2 :
Toute modification de la séquence d’un gène entraîne la modification de la séquence d’une
chaine protéique. La synthèse d’une chaîne protéique est donc gouvernée par un gène. Un
gène existe sous différentes versions ou allèles (suite à des mutations changeant la séquence
de nucléotides). Ces allèles différents gouvernent la synthèse de chaînes protéiques
différentes. Toutes les chaînes protéiques dont la synthèse est gouvernée par le même allèle
possèdent les mêmes acides aminés enchaînés dans le même ordre, ont la même séquence.
L’ensemble des allèles possédés par un individu constitue son génotype. Mais le mot génotype
est lui aussi employé dans un sens plus restreint et désigne le plus souvent l’ensemble des
allèles intervenant dans la réalisation d’un phénotype. (Ex : ensemble des allèles des gènes
intervenant dans la synthèse des substances responsables des groupes sanguins.
Schéma : génotype Pmol
P C PM
 Problème 3 : Comment l’information codée par la séquence des nucléotides d’un gène
détermine-t-elle la séquence d’acides aminés d’une chaîne protéique ?
III.
La synthèse des protéines
1. Nécessité d’un intermédiaire
P 38 doc 1
Des expériences utilisant des acides aminés radioactifs montrent que la fabrication des protéines a
toujours lieu dans le cytoplasme (même les protéines se trouvant dans le noyau comme par exemple
celle associées à l’ADN pour former les chromosomes sont synthétisées dans le cytoplasme puis
migrent ensuite dans le noyau.), or l’ADN détenant l’information est situé dans le noyau des cellules
eucaryotes et n’en sort pas.
Cette propriété implique l’existence d’un intermédiaire entre l’ADN du noyau et le cytoplasme, lieu
de fabrication des protéines, responsable d’un transfert de l’information génétique.
2. Le transfert de l’information génétique
a) Activité 3 : Détermination de l’intermédiaire assurant le transfert de
l’information génétique
Bilan : L’ARNm intermédiaire indispensable
Différentes expériences et observations ont montré que la molécule permettant le transfert de
l’information du noyau au cytoplasme est l’ARNm ou Acide RiboNucléique messager.
La molécule d’ARN est très comparable à l’ADN. Elle est constituée d’un enchaînement de nucléotides
(polymère de nucléotides) mais elle diffère par les faits suivants:
Elle n’est constituée que d’une seule chaîne
La base azotée Thymine y est remplacée par la base azotée Uracile
Le sucre des nucléotides est le ribose et non le désoxyribose
Une molécule d’ARN est beaucoup plus courte qu’une molécule d’ADN. Un ARNm ne correspond
qu’à un seul gène alors qu’une molécule d’ADN est le support de milliers de gènes.
 La durée de vie des ARN m est très courte (quelques minutes à quelques dizaines de minutes)

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
b) La fabrication de l’ARN m dans le noyau
1° Etape :La transcription
ADN
ARN pré-messager
P 41 doc 3 Transparent , film vidéo
Chez les eucaryotes, la transcription est la fabrication, dans le noyau, d’une molécule d’ARN
pré-messager, complémentaire du brin codant de l’ADN. Cette synthèse nécessite de
l’énergie et un complexe enzymatique : l’ARN polymérase.
2° Etape : La maturation de l’ARN pré-messager
(Faire au bureau la manip anagène livre p 46)
Constater que la longueur de l’ARN m mature est différente du brin codant de l’ADN.
Doc 3 p 49: En effet, un gène est constitué d’une alternance de portions codantes et de
portions non codantes. L’ARN pré-messager est une copie complète et complémentaire du
brin d’ADN.
Pendant sa maturation, l’ARN pré-messager subit un épissage : les séquences codantes sont
mises bout à bout de façon aléatoire tandis que les séquences non codantes sont éliminées.
Conséquence : Un gène pourra donc être à l’origine de plusieurs ARN m différent.
3. La traduction de l’information dans le cytoplasme
a)Le code génétique :
Activité 4 : Le décodage de l’ARN m
Bilan activité 4 : (transcripteur traducteur exe)
L’unité de code génétique ou codon est une séquence de 3 nucléotides d’un ARNm
correspondant à un acide aminé ou à un signal stop. La signification des codons est la même
chez tous les êtres vivants (à quelques rares exceptions) le code génétique est universel. Sur
64 codons, 3 correspondent à des codons stop qui provoquent l’arrêt de la synthèse du
polypeptide,61 correspondent à un acide aminé, donc plusieurs codons correspondent au même
acide aminé(ex : CUU ;CUC ;CUA ;CUG correspondent à la leucine).On dit que le code
génétique est redondant (ou dégénéré)


c) La traduction : L’assemblage des acides aminés ( tradu exe, adnarn exe)
Livre p 39 doc 4 : L’Arn m après sa synthèse sort du noyau par les pores
nucléaires.
Cet assemblage a lieu dans le cytoplasme et nécessite l’intervention de ribosomes (p
45 doc 2) petites particules cytoplasmiques formées de deux sous-unités (constitués
d’Arn ribosomal et de protéines) qui permettent la formation de la liaison entre les
acides aminés. La traduction comporte trois étapes (doc 3 p 45):
 l’initiation : correspond à la liaison du ribosome à un ARN m au niveau du codon
initiateur correspondant à l’acide aminé méthionine.
 l’élongation : correspond au déplacement du ribosome le long de la molécule d’ARN m de
codon en codon et à la formation de liaisons permettant l’allongement du polypeptide.
 la terminaison : correspond à l’arrivée du ribosome à un codon stop ; le ribosome se
détache de l’ARN m et la chaîne polypeptidique est libérée.
Le plus souvent plusieurs ribosomes commencent successivement la traduction de la
même molécule d’ARN m, ce qui forme un polyribosome (p 44 doc 1b et p 45 doc3a)
et permet la formation de plusieurs chaînes protéiques toutes identiques à partir d’une
seule molécule d’ARN m.
De plus, un même ARN pré-messager peut subir, suivant le contexte, des maturations

différentes et donc être à l’origine de plusieurs protéines différentes.
Bilan du chapitre : Schéma bilan p 51