Thème 1 : La Terre dans l’Univers, la Vie et l’évolution du vivant

Partie 1 : Expression, stabilité et variation du patrimoine génétique

Chapitre 1 : La reproduction conforme de la cellule et la réplication de l’ADN

TP 3 : Influence d’une irradiation par les UV sur une culture de levure On se propose de rechercher l’effet de diverses expositions aux radiations ultraviolettes sur les levures (durée croissante : 0s, 15s, 30s, 45/60s et 90s). Matériel à disposition :

Deux tubes de suspensions de levures (souche rose ADE2) : suspensions A et B de concentrations différentes

Boîtes de pétri avec milieu de culture glosé stérile Râteaux et pipettes stériles Lampe à UV Eau de javel Bec bunsen

Culture en conditions stériles : Lorsque l’on travaille sur des cultures de microorganismes telles que les levures, il est indispensable de travailler en conditions stériles. Réalisez le protocole suivant :

Nettoyer la paillasse : sopalin, eau de javel Se laver les mains : penser à fermer le robinet avec le sopalin Disposer le matériel stérile sur la paillasse (javel à gauche pour les droitiers) Se relaver les mains S’installer : fermer la blouse, attacher les cheveux longs Allumer le bec bunsen (flamme bleue) et tracer un cercle qui matérialisera le champ de stérilité

autour du bec bunsen Identifier les boites sur le côté ou en dessous et laisser les boites ouvertes devant soi

Suspension B : Une boite témoin, notée t=0. Elle ne sera pas exposée aux UV. Penser également à indiquer les initiales du binôme pour retrouver la boîte facilement

Suspension A : 4 boites qui seront irradiées selon les durées indiquées. Noter au marqueur les boites (t=15, t=30, t=45/60 et t=90).

Pré-ouvrir le tube et le sachet compte goute à proximité de la flamme Les laisser dans le champ de stérilité Après agitation (mais sans retourner le tube) ouvrir le tube, sans toucher le bouchon (à

l’intérieur) Sortit pipette et râteau (toujours dans le champ de stérilité) Déposer deux gouttes dans la boite Refermer aussitôt le couvercle, placer la pipette dans l’eau de javel Passer le râteau dans la flamme : aller-retour rapide Pour chaque boite : ouvrir la boite (dans le champ stérile), étaler le prélèvement, avec le râteau

stérile, de façon uniforme sur le milieu gélosé afin de répartir le mieux possible le liquide sur le milieu (mouvement circulaire et répété comme pour faire des crêpes). Un râteau par solution (un pour la solution A, un pour la solution B), puis placer le râteau dans l’eau de javel

Fermer la boite tout de suite Retourner les boites Apporter les boites vers la lampe à UV pour les exposer aux radiations selon les indications

notées : allumer la lampe et lancer le chronomètre Placer les boites dans l’incubateur (28-30°C) pour une durée de 5 jours En fin de TP, décontaminer la paillasse à l’eau de javel

Résultats : Plus le temps d’exposition aux UV est important, moins il y a de colonies. Le taux de colonies blanches augmente en fonction du temps d’exposition aux UV. L’exposition aux UV tue les levures les moins résistantes d’où un nombre de colonies moindre lorsque la durée de l’irradiation augmente. L’apparition de colonies blanches est due à des mutations du matériel génétique des levures. Le nombre de colonies mutées augmente avec la durée d’irradiation. TP4 : Plusieurs versions d’un gène Rappels : la molécule d’ADN porte de nombreux gènes. A chaque gène correspond une information génétique différente, codée sous la forme d’une séquence, ou succession de nucléotides. Il peut aussi exister plusieurs versions d’un même gène appelées « allèles ». Quelle est l’origine des différentes versions d’un gène ?

1. Activité 1 : Différentes version d’un gène chez les levures

2. Activité 2 : Différentes versions d’un gène chez l’homme Dans le logiciel Anagène, on compare les différentes séquences des groupes sanguins ABO. Chez l’homme, ce sont ces séquences nucléotidiques qui permettent de déterminer le groupe sanguin. Elles sont situées toutes les trois sur un même emplacement du chromosome 9.

a) Comparer A et B : localiser et préciser les différences sur la séquence du gène de façon précise. Quelles sont les conséquences pour l’individu

C/G au nucléotide n°523 ; G/A au nucléotide n°700 ; C/A au nucléotide n°793 et G/C au nucléotide n°800. La conséquence pour l’individu est le groupe sanguin qui est différent.

b) Comparer A et O : A partir de quelle position se situent les différences sur les deux versions ? Ecrire les séquences de ces deux versions entre les positions 255 et 280. Emettre une hypothèse pour expliquer les différences entre les deux versions à partir de la position préalablement repérée. Observer la fin du gène ; l’hypothèse est-elle confirmée ?

ACOD : GGTGACCCCTTGGCTGGCTCCCATTG OCOD : GGTACCCCTTGGCTGGCTCCCATTGT Hypothèse : Il y a peut-être un décalage de la séquence. Vérification de l’hypothèse : La mutation porte sur un nucléotide de l’allèle A, la Guanine en position 258, qui a été supprimé sur l’allèle O. Du coup, toute la séquence se trouve décalée d’un nucléotide à partir du nucléotide 258. En fin de gêne, on constate que l’allèle O possède un nucléotide de moins que l’allèle A. L’hypothèse semble donc confirmée. Si on décale la séquence de l’allèle O d’un nucléotide vers la droite à l’aide du logiciel, ou en effectuant une comparaison par alignement, on constate que les séquences sont de nouveau identiques à partir de la position 259 jusqu’à la fin du gène. L’hypothèse est confirmée. BILAN : Une mutation est la modification de la séquence des nucléotides d’un gène par addition, substitution ou délétion. Les conséquences peuvent être : apparition de malformations chez les descendants, cancers, maladies génétiques, mais aussi apparition de nouveaux caractères. Une mutation n’est héréditaire que si elle touche les cellules germinales des gamètes (elle n’est pas héréditaire si elle ne touche que d’autres cellules). Les mutations sont à l’origine des allèles.

COURS :

I- La division cellulaire La division cellulaire, ou mitose, est le processus par lequel une cellule, appelée cellule mère, donne naissance à deux cellules filles qui possèderont le même nombre de chromosomes qu’elle. La mitose comprend quatre phases au cours desquelles l’organisation des chromosomes est modifiée. Ces quatre phases sont :

La prophase : Les chromosomes, présents dans la chromatine du noyau sous forme décondensée, sont constitués de deux chromatides. Ils se condensent progressivement et deviennent observables au microscope optique. L’enveloppe nucléaire (l’enveloppe du noyau) se désorganise et disparait.

La métaphase : Les chromosomes (leurs centromères) s’alignent sur un même plan au centre de la cellule ; le plan équatorial.

L’anaphase : Les chromatides de chaque chromosome se séparent, chaque chromatide étant tirée vers l’un des pôles de la cellule.

La télophase : Les chromosomes à une chromatide se décondensent à chaque pôle cellulaire. L’enveloppe nucléaire se reconstitue autour d’eux. Le cytoplasme se divise pour constituer les deux cellules filles.

Une cellule mère possédant n paires de chromosomes à deux chromatides, en début de mitose, donnera deux cellules filles possédant n paires de chromosomes homologues mais à une seule chromatide (chromosomes simples). La mitose permet donc le partage égal des chromatides sœurs entre les deux cellules filles (voir schéma à la fin du cours).

II- Le mécanisme de la mitose 1) L’expérience de Meselson et Stahl

Elle a permis de comprendre le mode de réplication de l’ADN. Dans les conditions de l’expérience, si la réplication se fait selon le mode conservatif, on attend uniquement de l’ADN de densité élevée (1,80) et de l’ADN de densité faible (1,65), après transfert des bactéries dur un milieu contenant de l’azote 14N. Or ce n’est pas le cas. Si la réplication se fait selon le mode dispersif, on s’attend à obtenir uniquement de l’ADN de densités intermédiaires. Ce n’est pas le cas non plus. Seule la réplication semi-conservative permet d’expliquer les résultats obtenus : de l’ADN de densité intermédiaires et de l’ADN de densités faibles en proportions croissantes à chaque génération.

2) La réplication de l’ADN

Les deux brins de la double hélice se séparent. Chaque brin sert de modèle pour la synthèse d’un nouveau brin d’ADN. Cette synthèse est effectuée par l’ADN polymérase, une enzyme qui associe un nucléotide complémentaire en face de chaque nuclotide du brin ancien. La molécule mère d’ADN est ainsi copiée en deux molécules filles, de séquences nucléotidiques identiques à celle de la molécule mère.

III- Le cycle cellulaire Le cycle cellulaire est la succession d’une mitose et d’une interphase, constituée des phases G1, S et G2.

Phase S : Synthèse d’ADN, la quantité d’ADN double dans la cellule ; chaque gène est duplique en deux copies présentes sur chaque chromatide sœur. Au cours de la mitose, les chromatides sœurs sont réparties de façon égale entre les deux cellules filles. Les cellules filles possèdent donc une information génétique identique à celle de la cellule mère : la mitose est donc une reproduction cellulaire conforme.