Chapitre 2: Universalité et variabilité de la molécule d'ADN

Problèmes : Quel est le support de l'information génétique et quelles sont ses caractéristiques? L'unité et la diversité du vivant se retrouvent-elles à l'échelle moléculaire?

I- L'ADN: une molécule universelle

1- L'ADN: une molécule présente chez tous les êtres vivants

  èTP6: Le support de l'information génétique.
Dans le chapitre précédent, nous avons vu que le fonctionnement cellulaire est contrôlé par le matériel génétique qui se trouve dans le noyau. 

Problème: Quel est le support de l'information génétique et sous quelle(s) forme(s) le trouve-ton?
Hypothèse: L'ADN est le support de l'information génétique.

Nous avons extrait et mis en évidence l'ADN de différents tissus végétaux et animaux (banane, kiwi, oignon, oeufs de truite, foie) : la manipulation a conduit à l'obtention d'une "méduse" correspondant à l'ADN des cellules.

L'ADN apparait comme une longue molécule filamenteuse.

*Le réactif de Schiff prend une coloration fuschia au contact de l’ADN. La coloration de Feulgen est une coloration spécifique de l’ADN qui utilise le réactif de Schiff.

Nous avons ensuite localisé l'ADN dans le noyau des cellules et au niveau des chromosomes en observant des cellules de racines de Jacinthe ,colorées par coloration de Feulgen, au microscope optique. Nous pouvons localisé l'ADN dans la cellule grâce à sa coloration fuschia :



L'ADN, support de l'information génétique,  est une molécule présente dans toutes les cellules de tous les êtres vivants: la molécule d'ADN est universelle. L'ADN se présente sous forme de filaments enchevétrés dans le noyau. Au moment de la division cellulaire, chaque filement d'ADN se condense et forme un chromosome.


2- L'ADN: une structure universelle et informative

   èTP7: La structure et la composition de la molécule d'ADN.

Problèmes: Comment la molécule d'ADN est-elle organisée? Comment la molécule d'ADN peut-elle porter l'information génétique?

Deux logiciels, dont ont été extraites les photographies ci dessous, ont été utilisé pour répondre à ces deux problèmes.

a) La structure de la molécule d'ADN:




La molécule d'ADN est constituée de deux chaînes organisées en double hélice. Chaque chaîne est composée de quatres sous-unités appelés nucléotides. Un nucléotide est constitué d'un sucre, d'un phosphate et d'une base azotée (Adénine, Thymine, Guanine, Cytosine).  Ils sont symbolisé par les lettre A, T, G et C (initiale de la base azotée du nucléotide). Chaque nucléotide d'une chaîne est toujours associé à un nucléotide spécifique de l'autre chaîne par des liaisons hydrogène: A-T et G-C; on dit que les chaîne de la molécule d'ADN sont complémentaires.
La structure et la de la molécule d'ADN sont identiques chez tous les êtres vivants.


b) : une molécule informative

Un gène est une séquence d'ADN, donc une séquence de nucléotides, portant une information responsable d'un caractère. Les chromosomes portent de nombreux gènes qui se succédent sur leur molécule d'ADN: les individus d'une même espèce possèdent les mêmes gènes donc des caractères communs.

*béta-globine = constituant de l’hémoglobine contenue dans les globules rouges (gène porté par le chromosome 11).

*tyrosinase = enzyme responsable de la pigmentation de la peau (gène porté par le chromosome 11).

                                                  Comparaison de la séquence de nucléotides de deux gènes.

L'information est représentée par la séquence de nucléotides: elle dépend de l'ordre et du nombre de ceux-ci.


3- L'ADN: une information lisible par tous les êtres vivants 

La transgénèse a mis en évidence qu'un gène d'une espèce peut s'exprimer chez une autre espèce et donc lui donner un nouveau caractère. Par exemple, le transfert d'un gène humain à une bactérie permet à celle-ci de produire de l'insuline alors qu'elle n'en produisait pas avant le transfert.

La transgénèse repose sur l'universalité de la molécule d'ADN en tant que support de l'information génétique.


II- L'ADN: une molécule variable

1- La variabilité de l'ADN

  èTP8: La variabilité de l'information génétique portée par la molécule d'ADN.
Les individus d'une même espèce possèdent les mêmes gènes pourtant, ils sont tous différents les uns des autres. Cela s'explique par le fait que pour chaque gène ils n'ont pas forcément les mêmes allèles (versions d'un gène).
C'est le cas par exemple du gène responsable du caractère "groupe sanguin" qui possède trois allèles: l'allèle A, l'allèle B et l'allèle O. Les différentes combinaisons de ces allèles sont responsables des différents groupes sanguins: groupe A (AA ou AO), groupe B (BB ou BO), groupe AB (AB) et groupe O (OO).

Problème: Comment expliquer les variations d'un caractère entre des individus d'une même espèce?

A l'aide d'un logiciel, nous avons comparé les séquences de nucléotides des trois allèles A, B et O du gène responsable du caractère "groupe sanguin":


Si l'on compare rapidement les séquences, nous pouvons dire que les allèles A et B sont semblables : ordre et nombre des nucléotides similaires. La séquence de l'allèle O possède un nucléotide de moins, sa séquence parait similaire à celle des deux autres allèles mais décalée.Grâce à une fonction du logiciel, nous avons pu comparer plus finement les séquences:


Les allèles A et B ont une séquence de 1062 nucléotides et sur ces 1062 nucléotides, 4 sont différents (voir tableau TP).
La séquence de l'allèle O est composée de 1061 nucléotides: il y a eu disparition du G en position 258. Tous les autres nucléotides sont identiques à ceux de l'allèle A, c'est ce qui explique le décalage observé lors de la comparaison rapide.
Ces différences, correspondant à des modifications de la séquence de nucléotides, ont pour origine des mutations de l'ADN. 

Des mutations modifient la séquence de nucléotides des gènes ce qui entraine la formation de différents allèles. Les mutations provoquent une variabilité de l'information génétique et par conséquent une variabilité des caractères entre individus d'une même espèce.

                                                     

Les mutations peuvent survenir de manière spontannée mais sont amplifiées par des agents mutagènes comme les UV et la radioactivité.

2-Les conséquence des mutations

Type de mutation	Niveau de transmission	Conséquences
Mutation affectant une cellule somatique	Transmission aux cellules somatiques issues de la division de la cellule somatique mutée.	-Modification du fonctionnement cellulaire -Multiplication cellulaire anormale : apparition de cancers.
Mutation affectant une cellule germinale	Transmission à la cellule-œuf donc à la descendance de l’individu.	-Diversité génétique des individus. -Transmission de maladies génétiques.

Bilan:

La molécule d’ADN, constituant essentiel des chromosomes, est le support de l’information génétique chez tous les êtres vivants. Toutes les molécules d’ADN de tous les êtres vivants ont la même structure : on dit que l’ADN est une molécule universelle.

Un gène, fragment d’une molécule d’ADN, est responsable d’un caractère. Des mutations peuvent modifier la séquence des gènes : ainsi se forment les différents allèles d’un gène. L’existence de ces allèles est à la base de la diversité génétique des individus.