Thème 1 : La Terre dans l`Univers, la vie et l`évolution du vivant

SECONDE 2011-2012 Fabien DUBOIS
Thème 1 : La Terre dans l'Univers, la vie et l'évolution du vivant.
Chapitre 3 : La vie des cellules, leur milieu de vie et l'information génétique.
SOMMAIRE
1- Les caractéristiques fonctionnelles des cellules :
1-1 : Le métabolisme cellulaire est contrôlé par les conditions du milieu (conditions environnementales) : :
Respiration cellulaire et fermentation alcoolique
1-2 : Le métabolisme cellulaire est contrôlé par le patrimoine génétique.
2- L'ADN est le support universel de l'information génétique :
2-1 : ADN et information génétique.
2-2 : La nature chimique et la structure de la molécule d'ADN : TP6
2-3 : La molécule d'ADN et la variation génétique : la notion de mutation.
1

SECONDE 2011-2012 Fabien DUBOIS
1- Les caractéristiques fonctionnelles des cellules :
Les cellules sont des unités de vie, c'est à dire un milieu intracellulaire dans lequel se déroulent des
réactions chimiques qui constituent le métabolisme cellulaire. Ces réactions biochimiques ne sont possibles qu'avec
des échanges réalisés avec le milieu environnant ou milieu extracellulaire.
Deux types de réactions chimiques caractérisent le métabolisme cellulaire :
- les réactions de synthèse (ou anabolisme) nécessitant une consommation d'énergie, comme par exemple la
synthèse d'une protéine.
- les réactions de dégradation (ou catabolisme) comme par exemple la dégradation du glucose par respiration en
dioxyde de carbone et en eau avec dégagement d'énergie.
1-1 : Le métabolisme cellulaire est contrôlé par les conditions du milieu extracellulaire :
Pasteur, en 1857, a montré que la levure de bière (Saccharomyces cerevisae) est un
organisme qui se développe en se multipliant dans une solution de glucose bien aérée. Ce
champignon absorbe du dioxygène et rejette du dioxyde de carbone, on dit que la levure
respire. C'est un organisme qui se développe en aérobiose.
Lorsque les conditions environnementales sont modifiées : milieu clos sans dioxygène
en présence de glucose, ces mêmes levures consomment le glucose tout en rejetant du
dioxyde de carbone et de l'alcool éthylique. On dit que la levure fermente et qu'elle se
développe en milieu anaérobie.
La levure, en fonction des conditions du milieu, a la capacité de respirer ou de fermenter. Le passage de la
respiration à la fermentation est réversible. En présence de dioxygène, la levure peut à nouveau respirer. Cette
alternance constitue l'effet Pasteur.
Organisme concerné Conditions du milieu Métabolisme
Saccharomyces cerevisae Glucose + dioxygène (milieu aérobie)
RESPIRATION
Consommation de dioxygène, du
glucose et production de matières
organiques et de CO2.
Saccharomyces cerevisae Glucose et absence de dioxygène
(milieu anaérobie)
FERMENTATION
Consommation de glucose et
production de CO2 et d'éthanol
(alcool)
Doc.1 : Tableau des résultats expérimentaux sur l'influence de l'environnement sur le métabolisme des
levures (Saccharomyces cerevisae)
Les conditions du milieu (ici présence ou absence de dioxygène) contrôlent le déroulement
des activités métaboliques (respiration ou fermentation) chez la levure (Saccharomyces
cerevisae)
2

SECONDE 2011-2012 Fabien DUBOIS
1-2 : Le métabolisme cellulaire est contrôlé par le patrimoine génétique :
Chez la Levure, on connaît des souches qui sont différentes par la couleur des colonies qu'elles forment en
milieu solide (sur de la gélose dans une boîte de Pétri) : ils existent des colonies blanches (colonies sauvages) et des
colonies rouges (colonies mutantes).
Doc.1 : Résultats de la mise en culture de levures sauvages et mutées
Cette différence de phénotype (ensemble des caractères observables d'un individu) macroscopique entre
les deux souches de levure est due à une différence biochimique en lien avec leur capacité de synthétiser ou non de
l'adénine à partir de précurseurs présents dans le milieu.
La chaîne de fabrication de l'adénine est complexe et comprend de nombreuses étapes que le schéma ci-dessous
résume.
Chaîne de biosynthèse de l'adénine pour les souches sauvages de couleur blanche :
3
Précurseurs
de l'adénine
Composé
intermédiaire
AIR coloré
Composé
intermédiaire
CLAIR coloré
Adénine
Colonies de
levures de
couleur blanche
Gène ADE2
normal
Enzyme 1

SECONDE 2011-2012 Fabien DUBOIS
Chaîne de biosynthèse de l'adénine pour les souches sauvages de couleur rouge :
Chez la souche mutante, la chaîne de réaction est bloquée à une étape où le produit intermédiaire formé
'AIR) est de teinte rose (en milieu aérobie). C'est son accumulation dans une cellule de levure qui confère à celle-ci
une couleur légèrement rose (la couleur rouge de la colonie est due à un effet de masse). C'est une mutation du
gène ADE2 qui est à l'origine de cet arrêt de synthèse de l'adénine et de l'accumulation du composé coloré.
Pour en savoir plus : http://www.didier-pol.net/4MUT-LEV.html
Les séquences de l'allèle sauvage et d'allèles mutés du gène Ade2 ont été établies, le tableau ci-dessous
résume les différences observées :
Organisme concerné Couleur de la
colonie
Séquence du gène Ade2 Position et nature du
changement
Saccharomyces cerevisae Blanche …..GGTAATACTAGATGCTGAAAATTCTCCC..
..
Le nucléotide 102 est une
Guanine
Saccharomyces cerevisae Rouge …...GGTAATACTAGATGCTTAAAATTCTCCC.
...
Le nucléotide 102 est une
Thymine
Doc.2 : Comparaison des séquences d'une portion du gène Ade2 chez une souche sauvage et une souche
mutante de Levure.
La levure (saccharomyces cerevisae) a la capacité d'utiliser ou non les précurseurs de
l'adénine dans le milieu en fonction de son patrimoine génétique. Cet exemple montre le
rôle du patrimoine génétique sur le métabolisme cellulaire.
4
Précurseurs
de l'adénine
Composé
intermédiaire
AIR coloré
Composé
intermédiaire
CLAIR coloré
Adénine
Colonies de
levures de
couleur rouge
Gène ADE2
mutant
Enzyme 2

SECONDE 2011-2012 Fabien DUBOIS
2- L'ADN est le support universel de l'information génétique :
2-1 : Les expériences de transgenèse confirment l'universalité de la molécule d'ADN :
La transgenèse animale a été réalisée avec succès pour la première fois il y a 18 ans, lorsqu'en 1982 R.D.
Palmiter, R.L. Brinster et leurs collègues obtenaient des souris transgéniques exprimant très intensément le gène
d'hormone de croissance de rat, jusqu'au point de devenir géantes : un transgène (gène d'une espèce transféré
chez une autre espèce) pouvait très bien fonctionner chez son hôte et modifier très significativement sa
physiologie. A l'inverse des plantes, les animaux ne peuvent être régénérés à partir seulement d'une cellule
somatique. L'embryon est donc un passage obligé à un moment ou à un autre si l'expérimentateur souhaite obtenir
une lignée d'animaux transgéniques.
Pour en savoir plus sur la transgenèse animale et ses techniques :
D’après http://www.inrp.fr/Acces/biotic//biomol/transgen/html/transan.htm
Pour en savoir plus sur la transgenèse végétale :
http://www.inrp.fr/Acces/biotic//biomol/transgen/html/transveg.htm
Étude d'un cas de transgenèse :
Lorsque cette méduse ( Aequorea victoria ) normalement incolore est éclairée
par une lumière ultraviolette (UV), elle émet une couleur verte fluorescente. Cette
particularité est liée à l'existence d'une protéine que les chercheurs ont appelé
GFP pour « Green Fluorescent Protein ». cette protéine est produite dans les
cellules de la méduse à partir d'un gène appelé aussi gène GFP.
Remarque : La protéine fluorescente verte GFP est depuis quelques décennies "le
microscope" des biochimistes, biologistes et autres chercheurs dans le domaine
médical ; la forte couleur verte de la GFP apparaissant sous lumière bleue ou UV.
Ainsi dans les applications directes, la GFP permet d'illuminer la croissance des
tumeurs cancéreuses, le développement de la maladie d'Alzheimer ou l'évolution de bactéries pathogènes . En
couplant la protéine GFP (facilement traçable de par sa fluorescence verte) à une de ces protéines cellulaires, les
chercheurs peuvent à présent suivre son comportement, ses mouvements et ses interactions.
Pour en savoir plus : http://www.snv.jussieu.fr/vie/dossiers/gfp/gfp.html
Le document ci-dessous schématise quelques-unes des étapes permettant d'insérer le gène GFP, prélevé
chez un organisme donneur (la méduse), dans les cellules d'un autre organisme (ici une souris). Cette technique de
transfert de gènes s'appelle la transgenèse. Les individus ayant reçu le gène sont des OGM ou Organismes
Génétiquement Modifiés. Le gène transféré s'exprime normalement, ce qui démontre l'universalité de
l'information génétique et donc de l'universalité de la molécule d'ADN.
5