Composition chimique des chromosomes

Thème : Cellule, ADN et Unité du vivant
Chap. 3 : Universalité et variabilité de l’ADN
TP 7 – Le support moléculaire de l’information génétique
Dans le TP 6, on a vu que les chromosomes étaient localisés dans le noyau des cellules et constitués le
support de l’information génétique. Après une coloration spécifique (dite de « Feulgen »), il était possible de
les visualiser.
Problème :
o De quoi sont constitués les chromosomes ?
Activité 1 : Composition chimique des chromosomes
Les chromosomes sont visibles, uniquement au cours d’un moment spécifique : La division cellulaire. A ce
moment-là, il est plus facile de les étudier.
Le microscope électronique permet de visualiser les différentes molécules qui les constituent et ainsi
préciser leur organisation.
Suite à différents traitements, on obtient ce qu’on appelle un fantôme de chromosome, comme nous le
montre le cliché ci-dessous :
Q1- Quel type de microscope a-t’on utilisé pour obtenir ce cliché ?
Le microscope utilisé ici est un microscope électronique à transmission (on ne voit pas en 3D, donc ce n’est
pas le MEB et par contre, on voit bien en détail donc ce n’est pas le microscope optique)
Q2- Décrire le document.
On bloque des cellules à un moment où les chromosomes sont visibles. On les traite alors avec des enzymes,
des protéases, qui vont éliminer la plupart des molécules protéiques.
Après ce traitement, on peut voir que le chromosome est formé d’un « squelette » en forme de X et
qu’autour de ce squelette, il y a de nombreuses boucles.
Q3- Quelle conclusion peut-on faire sur les constituants chimiques des chromosomes ?
Les chromosomes sont donc formés d’un squelette qui est de nature protéique qui n’est pas détruit par les
protéases. Autour de ce squelette, est enroulé de l’ADN grâce à des protéines qui sont quant à elles
détruites par ces enzymes.
Activité 2 : Extraction de l’ADN
Il est possible d’extraire l’ADN du noyau (ADN = Acide Désoxyribo-Nucléique). Ce sont des expériences
d’extraction de l’ADN.
Q1- Réaliser le protocole d’extraction proposé à partir du matériel disponible sur votre table.
Q2- Que peut-on en conclure concernant les différentes expériences d’extraction de l’ADN ?
Dans tous les échantillons testés, il est possible d’extraire de l’ADN. Ainsi on retrouve cette molécule dans
toutes les cellules (qu’elles soient animales ou végétales…)
L’ADN est donc une molécule universelle présente dans toutes les cellules : elle forme l’unité du vivant.
Activité 3 : Structure de l’ADN
L’information génétique est donc codée par l’ADN, qui constitue les chromosomes, présents dans le noyau de
chaque cellule. Afin de connaître la structure de l’ADN, on utilise un logiciel Rasmol/Rastop. Ce logiciel
permet de connaître la structure de cette molécule.
Q1- Réaliser le protocole proposé.
Q2- Etude de la structure de la molécule d’ADN :
1. Etape 1 : Donner la composition en éléments chimiques de la molécule d’ADN.
La molécule d’ADN est constituée de plusieurs éléments chimiques : du carbone, de l’azote, de
l’oxygène et d’hydrogène ainsi que du phosphore.
2. Etape 2 : Nommer la disposition des atomes mise en évidence par les rubans. Justifier : « La
molécule d’ADN est une double hélice »
En utilisant la fonction « ruban », on peut voir que l’ADN est constitué de 2 chaînes spiralées qui
s’enroulent l’une à l’autre. Cette disposition montre que la molécule possède des chaînes qui
s’enroulent sur elles-mêmes et s’enroulent l’une à l’autre, elle a donc une forme de double hélice.
3. Etape 3 : Expliquer « La molécule d’ADN est un polymère de nucléotides » et « Il y a
complémentarité entre les bases des nucléotides »
On peut voir qu’une chaîne correspond à un enchaînement de 4 nucléotides, agencé dans un ordre
quelconque. L’ADN est donc constitué de l’enchaînement de nucléotides, c’est un polymère formé
avec 4 nucléotides différents.
De plus, on remarque que ces 4 nucléotides ne s’associent pas au hasard dans les 2 chaînes. La
guanine s’associe toujours avec la cytosine ; l’adénine avec la thymine. De cette association, on
peut en déduire que ces nucléotides sont complémentaires.
Bilan : Réaliser un texte regroupant les diverses informations concernant le support moléculaire de
l’information génétique.
L’information génétique est contenue dans le noyau sous forme de chromosomes. Ces chromosomes sont
constitués principalement de protéines et d’ADN. Cette molécule se retrouve dans tous les êtres vivants.
L’ADN est donc le support moléculaire de l’information génétique.
Cette molécule est un polymère de nucléotides (A, T, G, C) formant 2 chaînes, enroulées l’une à l’autre grâce
à la complémentarité des bases.
Extraction de l’ADN
Protocole 1
1. Prélever ou découper en fins morceaux votre échantillon
2. Dans un mortier, broyer à peu près 10 g de l’échantillon
3. Rajouter une bonne pincée (environ 2 g) de gros sel et finir le broyage jusqu'à l'obtention d'un
mélange pâteux homogène.
4. Mettre le broyat dans un morceau de gaze (10 x 10 cm) ; bien presser sur le sachet de gaze pour
en faire sortir 1 à 2 mL de filtrat qui sera collecté, grâce à un entonnoir, dans un tube à essai.
5. Rajouter au moins 2 volumes d'éthanol (ou d'alcool à brûler) dans le tube à essai
6. Agiter légèrement et laisser remonter le précipité blanc d'ADN vers la surface du tube.
Protocole 2
1. Découper votre échantillon en morceaux fins
2. Préparer le liquide d’extraction : Mettre dans un bécher (250ml) 2 g de sel de cuisine et 2ml de
liquide vaisselle.
3. Ajouter les morceaux de l’échantillon.
4. Recouvrir d’eau distillée
5. Plonger le bécher dans un bain-marie thermostat 60°C, pendant 15 min sans mélanger
6. Mélanger le tout dans le bain-marie pendant encore 10 min
7. Placer le bécher dans de la glace et continuer à mélanger le contenu pendant 5 à 10 min
8. Verser dans un mixer le contenu du bécher et mixer pendant 15 sec.
9. Filtrer et recueillir le filtrat.
10. Prélever 10 ml de filtrat, les mettre dans un tube à essai, ajouter quelques gouttes d’une
solution de pancréatine et attendre quelques sec.
11. Verser doucement dans le tube 6 ml d’éthanol.
12. Observer la formation d’une méduse.
Utilisation de Rastop
1.
Ouvrir le logiciel RasTop
Cascade
Nouveau
Palette
Ouvrir
Boules et
Batonnets
Eléments
Rubans
Nouvelle sélection
2. Sur Ouvrir
, aller dans moladn et charger adn-hum1.pdb
Attention : Pour afficher toutes les molécules, il faut mettre l’extension du type all files.
Etape 1 : Organisation générale de la molécule d’ADN
3. Ouvrir 2 fenêtres du logiciel en cliquant de nouveau sur Nouveau
.
Pour les mettre cote à cote cliquer sur Cascade
et dans cette nouvelle fenêtre ouvrir la même
molécule d’ADN.
4. Cliquer alors sur Boules et Bâtonnets
5. Lorsque la fenêtre est sélectionnée, vous pouvez alors les faire tourner avec la souris.
En appuyant en même temps sur la touche Maj, vous pouvez zoomer.
En appuyant sur Pivoter, la molécule d’ADN s’anime.
Etape 2 : Structure spatiale de l’ADN
6. Pour chaque molécule, matérialiser les liaisons hydrogène en cliquant sur Liaisons puis Liaisons
hydrogène et Afficher
7. Dans la fenêtre de gauche : cliquer sur Rubans puis sur Afficher ou sur l’icône
Dans la fenêtre de droite : cliquer sur Atomes puis sur Colorer par et chaines
Etape 3 : ADN et nucléotides
Les différents atomes qui constituent l’ADN sont regroupés en assemblages moléculaires réunis en de
longues chaînes. Ces assemblages au nombre de 4 et appelés nucléotides, sont eux-mêmes constitués de
3 molécules : une molécule acide (acide phosphorique), un sucre (désoxyribose) et une molécule
possédant de nombreux atomes d’azote (base azotée). Chacun des nucléotides diffère des 3 autres par
sa base azotée et sont notés ainsi A, C, T, G.
8. En cliquant avec la souris sur différents points de la molécule, vous lisez « au bas de l’écran » de
quel atome, de quel nucléotide et de quelle chaîne il s’agit.
9. Dans la fenêtre de gauche, colorer les nucléotides d’une chaîne : Adénine en vert ; Cytosine en bleu ;
Guanine en jaune ; Thymine en rouge.
Pour cela, cliquer sur Palette
puis dans la liste déroulante Eléments choisir A, T, C ou G et
lui attribuer la couleur correspondante. Appuyer sur le bouton Nouvelle sélection
pour confirmer
le choix. Renouveler l’opération autant de fois que nécessaire.
10. Dans celle de droite, colorer ceux qui se « font face »
Pour cela, cliquer sur Palette
puis dans la liste déroulante Eléments choisir A+T, C +G et lui
attribuer la couleur correspondante. Appuyer sur le bouton Nouvelle sélection
pour confirmer le
choix. Renouveler l’opération autant de fois que nécessaire.