cours de 2e chapitre 2.2 - Raymond Rodriguez SVTperso

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Universalité et variabilité de
la molécule d’ADN
► TP 1. Support moléculaire de l’information génétique
I. L’ADN est le support moléculaire universel de l’information génétique
A. Chaque chromosome contient UNE molécule d’ADN qui porte de nombreux gènes
► TP 2. Relation fonction structure dans la molécule d’ADN
B. L’ADN est formé de deux chaînes complémentaires de nucléotides
C. La séquence des nucléotides représente l’information génétique
D. L’universalité de l’ADN permet la transgenèse
► TP 3. Variabilité de la molécule d’ADN (mutations)
II . La molécule d’ADN peut varier
A. les mutations introduisent une variabilité dans la molécule d’ADN
B. Selon la cellule affectée, un mutation est héréditaire ou non
C. Le taux de mutation peut être augmenté par certains agents de l’environnement
OBJECTIF
 La diversité des individus entre espèces et au sein de l’espèce repose sur
la diversité de l’information génétique portée par les chromosomes.
 Les chromosomes sont essentiellement constitués d’une substance
caractéristique : l’acide acide désoxyribonucléique ou ADN.
 On cherche à établir comment une même molécule peut être à
l’origine de la diversité du vivant.
► TP 1. Support moléculaire de l’information génétique
I. L’ADN est le support moléculaire universel de
l’information génétique
A. Chaque chromosome contient UNE molécule d’ADN qui porte de
nombreux gènes
 Quel que soit l’organisme vivant (bactérie, algue, champignon, plante ou animal)
l’information génétique est portée par un ou plusieurs chromosomes.
Seconde
Chapitre
2.2
3 semaines

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 Chez les eucaryotes l’ADN des chromosomes est linéaire et associé à des protéines
(histones). Chez les procaryotes le chromosome est circulaire et on observe parfois des
plasmides.
 A l’issue d’une division cellulaire, chaque chromosome est formé d’une seule
molécule filamenteuse d’ADN (chromosome simple). Entre deux divisions
successives cette molécule est reproduite de sorte qu’un chromosome est formé
de deux molécules identiques d’ADN, juste avant une division (chromosome
double).
 On appelle gène une partie de molécule d’ADN qui constitue l’unité
d’information gouvernant la synthèse d’une molécule (protéine) fonctionnelle ou
structurale. Le nombre de gènes étant toujours largement supérieur au nombre de
chromosomes, chaque chromosome porte de nombreux gènes.
Chez l’Homme on observe 23 paires de chromosomes pour plus de 30 000 gènes.
Chaque chromosome porte donc plusieurs milliers de gènes.
 La position d’un gène sur un chromosome est appelée locus, elle est identique chez
tous les individus de la même espèce.
 On appelle génome l’ensemble des gènes d’un organisme (d’une espèce).
► TP 2. Relation fonction structure dans la molécule d’ADN
B. L’ADN est formé de deux chaînes complémentaires de nucléotides
 L'ADN est une macromolécule qui a une structure en double brins enroulés en
hélice : "la double hélice" (de 2 nm de diamètre).
► FIGURE 1. La double hélice d’ADN
► FIGURE 2. Les nucléotides de l’ADN
► FIGURE 3. Structure de l’ADN (nucléotides et brins)
► SCHEMA. Structure de l’ADN d’après le figure 3.
 Chaque brin d'ADN est formé d'une longue séquence de plusieurs millions de
nucléotides (c’est un polymère de nucléotides).
Chaque nucléotide est formé de :
- 1 acide phosphorique (P) ;
- 1 désoxyribose (D) (= sucre à 5 carbones = sucre en C5) ;
- 1 base azotée ;
qui sont réunis par des liaisons chimiques (covalentes).
 Il existe quatre bases azotées différentes, l'adénine (A), la guanine (G), la
cytosine (C) et la thymine (T). Il existe donc quatre nucléotides différents.
 La séquence des nucléotides d'un brin est complémentaire de la séquence des
nucléotides de l'autre brin car les bases s'associent deux à deux par l'intermédiaire
de liaisons de faible énergie (hydrogène), beaucoup plus fragiles que les liaisons
chimiques classiques (covalentes). L'adénine ne s'associe qu'à la thymine (A-T)
et la cytosine ne s'associe qu'à la guanine (C-G).
Les 46 chromosomes humains contiennent environ 6,5 milliards de paires de bases.
► FIGURE 4. Composition en bases de l'ADN (et calcul des rapports)
► FIGURE 5. Séquence des gènes de l’hémoglobine et de l’insuline dans
Hatier p. 197 .

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C. La séquence des nucléotides représente l’information génétique
 Deux molécules d’ADN ne diffèrent que par le nombre et l’ordre de succession
des nucléotides.
 Chaque gène est constitué par une séquence donnée de nucléotides.
 L’ensemble des gènes d’un individu constitue son programme génétique (=
génome).
 La séquence des nucléotides d’un gène détermine (= code) la séquence des acides
aminés d’une protéine.
► FIGURE 6. Une technique de transgénèse dans Hatier p. 182.
► FIGURE 7. Résultat d’une transgénèse chez la souris dans Nathan p. p. 110
et 111.
D. L’universalité de l’ADN permet la transgenèse
 La transgenèse consiste à introduire un nouveau gène, ou transgène,
appartenant à n’importe quelle espèce, dans le patrimoine génétique d’un
individu. On obtient alors un organisme génétiquement modifié (OGM)
capable d’exprimer et de transmettre à sa descendance l’information génétique du
donneur.
 La technique est rapide mais ne permet de transférer qu’un nombre réduit de gènes.
Les gènes doivent être transférés dans une cellule ayant la possibilité d’être à l’origine
d’un organisme entier (gamète ou cellule œuf pour un animal, cellule somatique chez un
végétal [totipotence]). Le gène est transféré soit par un vecteur viral (Agrobactérium
tuméfaciens) soit par bombardement direct. Le taux de transfert de gène est faible. C’est
pour cette raison qu’on a parfois utilisé, associé au transgène, un gène de résistance à un
antibiotique donné de manière à pouvoir sélectionner, en présence de l’antibiotique, les
cellules transformées.
 La transgenèse est possible car :
- l’ADN est le support de l’information génétique ;
- le codage de l’information génétique est le même chez tous les êtres vivants.
► TP 3. Variabilité de la molécule d’ADN (mutations)
Livre nécessaire au prochain TP (223tp1)
II . La molécule d’ADN peut varier
► FIGURE 8. Séquences du gène ade 2 de la levure dans Hatier p. 201.
► FIGURE 9a, 9b. Séquence des gènes de l’hémoglobine et de l’anémie
falciforme dans Hatier p. 199 et p. 201.
A. les mutations introduisent une variabilité dans la molécule d’ADN
 On appelle mutation, une modification au hasard de la séquence des nucléotides
de l’ADN constituant un gène (remplacement (= substitution), ajout (= insertion)
ou perte (= délétion) d’un ou plusieurs nucléotides).
 Un gène muté code une molécule qui a la même fonction que le gène non muté
correspondant. Une mutation n’est donc pas à l’origine d’un nouveau gène, mais
d’une nouvelle version de ce gène, on parle d’allèle. Pour une espèce donnée, il
existe souvent plusieurs allèles pour un même gène.

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 Puisque nous possédons chaque chromosome en deux exemplaires (paires de
chromosomes homologues) nous possédons chaque gène en deux exemplaires, sous la
même forme allélique ou sous deux formes alléliques différentes. Cette garniture
allélique est appelée le génotype de l’individu.
 On appelle phénotype l’ensemble des caractères observables d’un individu et
résultant de l’expression des allèles qu’il porte. Le terme est souvent employé de
manière restrictive et s’applique à un seul caractère anatomique, cellulaire ou même
moléculaire.
 Une espèce est définie par un ensemble de gènes.
 Un individu se définit par la nature des allèles qu’il porte pour chacun des gènes de
l’espèce (= son génotype).
 Les mutations sont à l’origine de la diversité des individus (= polymorphisme)
observée au sein de l’espèce.
 Quelle que soit le cellule concernée, une mutation peut apparaître entre deux
divisions cellulaires quand il y a production d’ADN, c’est à dire quand les
chromosomes passent de la forme simple (une molécule d’ADN = chromosome
monochromatidien) à la forme double (deux molécules d’ADN identiques =
chromosome bichromatidien). Puisque presque toutes les cellules se divisent en
permanence, une mutation peut apparaître à tout moment dans la vie d’un
individu.
On estime qu’il y a une mutation pour un million de divisions.
B. Selon la cellule affectée, un mutation est héréditaire ou non
 Dans un organisme pluricellulaire, on distingue deux catégories de cellules :
- les cellules germinales, localisées dans les gonades (= glandes reproductrices)
et qui sont à l’origine des gamètes (= cellules reproductrices) ;
- les cellules somatiques, qui constituent le reste de l’organisme.
 Les mutations qui touchent la lignée des cellules germinales n’ont aucune
conséquence chez l’individu où apparaît la mutation mais elles sont
transmissibles à la descendance par l’intermédiaire des gamètes porteurs de la
mutation. En général elles ne se traduisent alors par aucune modification
phénotypique mais sont parfois à l’origine de maladies géniques plus ou moins
graves.
► FIGURE 9a, 9b. Séquence des gènes de l’hémoglobine et de l’anémie
falciforme dans Hatier p. 199 et p. 201.
 Les mutations qui affectent les cellules somatiques ne sont pas transmissibles à la
descendance car les gamètes en sont indemnes. Elles touchent seulement
l’individu chez lequel elles apparaissent. Elles conduisent généralement à une
variabilité génétique non pathologique. Dans certains cas elles peuvent conduire
à des cancers (= une prolifération incontrôlée de cellules qui forment des
tumeurs.)
 Chez un organisme unicellulaire, toute mutation est automatiquement transmise à la
descendance quand l’organisme se multiplie par reproduction conforme.
► FIGURE 10. Causes et proportions des cancers dans Didier 2° p. 181.
► FIGURE 11. Nombre de cigarettes fumées et cancer du poumon dans
Hachette p. 211.
► FIGURE 12. Evolution d’un mélanome dans Hachette p. 212.

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C. Le taux de mutation peut être augmenté par certains agents de
l’environnement
 Les rayons ultra-violets du Soleil (en particulier les UVB) sont mutagènes. Ils
provoquent des lésions de l’ADN qui sont responsables de la plupart des cancers
de la peau. L’ozone stratosphérique constitue la meilleure protection face aux UV
(voir chapitre 1.1. III. C).
 Parmi les agents mutagènes on distingue aussi les rayons X, les substances
radioactives, certains composés du tabac, certains virus…
CONCLUSION
● La molécule d’ADN est universelle car, chez tous le êtres vivants, elle a
la même structure générale et la même fonction de support de l’information
génétique.
● Il en résulte que tout organisme a la possibilité d’exprimer une information
génétique d’un autre organisme, c’est la transgenèse (intra ou
interspécifique).
● Pourtant, au sein même de l’espèce, les mutations modifient la séquence
des nucléotides de l’ADN. Il en résulte que l’information génétique varie
sensiblement d’un individu à l’autre ce qui entraîne une grande diversité des
individus au sein de l’espèce.