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UNIVERS VIVANTChapitre 11 : LA GÉNÉTIQUE

1. Les responsables des caractères chez les êtres vivants 1.1 Les chromosomes1.2 L’ADN et les gènes1.3 Les protéines

La structure des protéines

2. Les principes de l’hérédité2.1 Les croisements 2.2 La présence d’allèles

Les homozygotes et les hétérozygotes La dominance et la récessivité des allèles

2.3 Le génotype et le phénotype2.4 La loi de la ségrégation des allèles2.5 La détermination des génotypes possibles et leur probabilité2.6 La loi de la répartition indépendante des caractères

3. Le clonage3.1 Le clonage naturel 3.2 Le clonage artificiel végétal 3.3 Le clonage animal3.4 Le clonage chez l’être humain3.5 Le clonage génique

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1. Les responsables des caractères chez les êtres vivants

Lorsque tu regardes deux oiseaux de la même espèce, tu remarques probablement qu’il se ressemble beaucoup :

Le plumage est semblable La forme de leur bec La position de leurs yeux Etc.

On peut observer ce même phénomène dans l’espèce humaine.

Les êtres humains ont plusieurs caractéristiques en commun, mais également plusieurs différences. Par exemple :

La couleur des yeux La couleur des cheveux Etc

Ces différences au sein d’une même espèce sont appelées des

« caractères »

Joe! Tu as un sale « caractère »

Qu’est-ce qu’un caractère?

C’est une propriété _____________________PHYSIQUE______, psychologique ou ___________PHYSIOLOGIQUE______ qui peut varier d’un individu à l’autre au sein d’une même ______________ESPÈCE______.

Pourquoi ces caractères varient-ils d’un individu à l’autre? Pour comprendre le tout, il

faut se rappeler les cours de Madame Niodoj (_ _ _ _ _ _) OU Drame (_ _ _ _ _ ) en secondaire 3. Il faut plonger à l’intérieur des cellules.

1.1 Les chromosomesLa plupart des cellules EUCARYOTES comprennent un noyau qui contient l’essentiel de l’information génétique d’un individu.

Les constituants de ce noyau sont : La chromatine

La chromatine est constituée d’une molécule d’ADN (acide désoxyribonucléique), mélangés à des protéines.

Voici à quoi ressemble la chromatine au microscope :

Qu’est-ce que la chromatine?

La chromatine est un amas d’__________D’ADN_____ et de _______PROTÉINES______ qu’on observe à l’intérieur du __________NOYAU____________ de la plupart des cellules qui ne sont pas en ________DIVISION_______.

Cependant, au moment où une cellule est sur le point de se diviser, pour se reproduire ou former des cellules sexuelles, la chromatine se condense afin de former des bâtonnets visibles ; les chromosomes.

Le nombre de chromosomes est constant chez chaque espèce animale. Chez l’être humain, par exemple, une cellule forme 46 chromosomes.

Définition :

Un chromosome est une structure visible au _________MICROSCOPE_______ , qui résulte de la condensation de la __________CHROMATINE____________.

Il est possible de classer les chromosomes dans une cellule d’après leur taille et leurs particularités. On observe alors que, pour chaque chromosome, on en trouve un autre qui a la même forme. Il s’agit de chromosomes ________HOMOLOGUES___________. Ainsi les 46 chromosomes de l’être humain forment _________23________ paires de chromosomes homologues. Il en va de même pour le cheval, le chat, le chien etc. (voir le tableau de la page précédente).

Lorsqu’on établit une représentation ordonnée des chromosomes d’un individu, on prépare le caryotype.

Définition :

Un caryotype est une représentation ordonnée des _______CHROMOSOMES_________ d’un individu obtenue par le regroupement de ceux-ci par ____PAIRES___ et en fonction de leur _____TAILLE________.

CARYOTYPE

1.2 L’ADN et les gènes

Chaque chromosome est constitué d’ADN. L’ADN a la forme d’une échelle enroulée sur elle-même. C’est pourquoi on dit souvent aussi que l’ADN a la forme d’une ____________DOUBLE HÉLICE_____________. Elle est constitué d’une succession d’unités chimiques « nucléotides ». Chaque nucléotide comporte trois entités chimiques :

Un sucre, le désoxyribose; Un groupement phosphate Une base azotée parmi un choix de quatre, soit l’adénine (A), la thymine

(T), la guanine (G) ou la cytosine (C).

Comme le montre la figure suivante, dans une molécule d’ADN, les nucléotides se succèdent et sont réunis deux par deux. L’alternance des sucres et des groupements phosphate forme les montants de l’échelle qui représente l’ADN, alors que les bases azotées reliées par paires forment les barreaux.

L’appariement des bases azotées dans l’ADN ne se fait pas au hasard. Chaque base azotée se lie toujours à la même base azotée qui lui est complémentaire.

Ainsi l’appariement s’effectue toujours de cette façon :

L’adénine se lie toujours à la thymine et vice-versa, soit A – T ou T – A

La cytosine se lie toujours à la guanine et vice-versa, soit C – G ou G – C

Une succession progressive de ces bases constitue un gène. Un gène est donc un segment d’ADN et il contient sa propre succession de bases azotées, ce qui le différencie d’un autre gène. Tout comme la séquence de lettres nous permet de former des mots, la succession des bases azotées forme un gène précis.

Tous les gènes que nous recevons de notre père et de notre mère composent notre GÉNOME_________________. Dans nos cellules nous disposons de plusieurs milliers de gènes : ils fournissent les instructions nécessaires pour fabriquer les protéines. Ce sont ces protéines qui donnent, par exemple, les taches de rousseur, une peau mate, un nez plus pointu, etc.

Qu’est-ce qu’un gène?

Les gènes sont des ____SEGMENTS D’ADN CONTENANT L’INFORMATION POUR LA FABRICATION DES PROTÉINES_________________________________________

1.3 Les protéines

Les protéines déterminent les caractères d’un organisme. Ce sont donc ces molécules qui nous donnent notre apparence physique et qui permettent aussi à notre corps de fonctionner.

Qu’est-ce qu’une protéine?

Une PROTÉINE est une _MOLÉCULE ___________________ qui joue un rôle dans le ________FONCTIONNEMENT__________ d’un organisme et dans l’expression de ses __CARACTÈRE__________.

Chez l’être humain on trouve plus de 100 000 protéines différentes qui ont chacune un rôle précis dans l’organisme. Mais qu’est-ce qui détermine le rôle de chaque protéine?

La structure des protéines

Le rôle que devra jouer une protéine est déterminé par sa structure. En effet les protéines sont des molécules constituées d’une ou de plusieurs chaînes de petites unités que l’on appelle les « acides aminés ». C’est la succession des acides aminés dans une chaîne qui détermine la fonction que remplit une protéine. En tout, il existe dans la nature 20 acides aminés différents qui entrent dans la composition des protéines.

Qu’est-ce qu’un ACIDE AMINÉ? _UN ACIDE AMINÉ EST UNE MOLÉCULE QUI PEUT SE LIER À D’AUTRES ACIDES AMINÉS POUR FORMER DES PROTEINES_____________________________________________________________.

Comme certaines chaînes sont gigantesques, elles contiennent parfois plus de 600 acides aminés. Toutefois, les protéines comportent en moyenne de 100 à 200 acides aminés.

Comme on l’a vu, les gènes sont des segments d’ADN qui contiennent les instructions qui permettent de fabriquer les protéines. Or, la structure des protéines est très différente de celle de l’ADN.

Les protéines sont constituées d’acides aminés alors que l’ADN est fait de nucléotides. Comment la cellule peut-elle fabriquer des protéines à partir de l’ADN?

1.4 La synthèse des protéines

Les cellules ont la capacité de fabriquer elles-mêmes les protéines dont elles ont besoin. Les gènes qui contiennent les instructions pour leur fabrication se trouvent dans le noyau de la cellule, alors que cette production s’effectue plutôt à l’aide de ribosomes, situés à l’extérieur du noyau. Lorsqu’il est question de fabrication de protéines, on parle plutôt de « synthèse des protéines ».

Qu’est-ce que la synthèse des protéines?

La synthèse des protéines est ______La fabrication d’une protéine par la cellule_______.

Comme l’ADN ne peut quitter le noyau, un messager doit transporter l’information de l’ADN vers le ribosome. Ce messager est en fait une molécule d’ARN ou acide ribonucléique. La structure d’une molécule d’ARN est très semblable à celle d’une molécule d’ADN, mais comporte tout de même quelles différences. Voici ces différences :

Deux types d’ARN sont impliqués dans la synthèse des protéines;

Les ARN messagers, ou ARNm qui comme leur nom l’indique, agissent en tant que messagers pour transporter les instructions du gène vers le ribosome.

Les ARN de transfert, ou ARNt , qui vont transférer les aciddes aminés se trouvannt dans le cytoplasme de la cellule vers les ribosomes pour fabriquer les protéines.

Maintenant, voyons comment, à partir d’un gène dans le noyau, on peut fabriquer une protéine à l’aide d’un ribosome.

2.0 Les principes de l’hérédité

Il existe des traits communs entre les êtres vivants et leur descendance. Généralement, un enfant ressemble à ses parents. Toutefois, comment expliquer certaines différences évidentes? En effet, pourquoi, par exemple, certains enfants ont les yeux bleus quand les deux parents ont les yeux bruns? C’est la façon dont se transmettent les caractères des parents qui expliquent les ressemblances, mais aussi les différences entre les individus d’une même famille. Ce phénomène de transmission se nomme « l’hérédité ».

Qu’est-ce que l’hérédité ?

___L’HÉRÉDITÉ EST LA TRANSMISSION DES CARACTÈRES DES PARENTS À LEURS DESCENDANTS. _______

Lorsqu’on dit d’un caractère qu’il est héréditaire, cela signifie qu’il peut se transmettre des parents à leurs descendants.

Exemples :

La couleur des yeux La couleur des fleurs chez les plants de pois Etc.

2.1 Les croisements

C’est le scientifique Gregor Mendel qui fut le premier à comprendre comment les caractères sont transmis d’une génération à l’autre lors de la REPRODUCTION SEXUÉE. Grâce à des croisements qu’il a effectués avec des plants de pois, il réussit à définir les bases de l’hérédité.

À partir de plants de pois de « lignée pure », Mendel a étudié un caractère particulier, la couleur des fleurs. Il choisit des plants aux fleurs blanches et des plants aux fleurs violettes et il effectua des croisements, c'est-à-dire un échange de gamètes entre les plants.

Une Lignée pure est un groupe d’individus d’une même espèce qui, pour un caractère particulier, n’engendre que des descendants ayant le même caractère de variation.

Qu’est-ce qu’un croisement?

____UN CROISEMENT EST UN ÉCHANGE DE GAMÈTE ENTRE DEUX INDIVIDUS DIFFÉRENTS QUI SE RÉALISE LORS DE LA REPRODUCTION SEXUÉE.__________.

Qu’est-ce qu’un hybride?

______UN HYBRIDE EST UN INDIVIDU OBTENU À LA SUITE DU CROISEMENT DE DEUX INDIVIDUS GÉNÉTIQUEMENT DIFFÉRENTS.______

Qu’est-ce qu’une génération?

_______UNE GÉNÉRATION EST L’ENSEMBLE DES INDIVIDUS QUI SONT LES DESCENDANTS DES MÊMES INDIVIDUS.________

Mendel constata que la couleur blanche pour les fleurs réapparut à la troisième génération. En effet sur les 929 plants obtenus à la troisième génération, 705 présentaient des fleurs violettes alors que 224 présentaient des fleurs blanches. Donc, il y avait trois fois plus de plants aux fleurs violettes que de plants aux fleurs blanches.

Pour expliquer la réapparition de la couleur blanche des fleurs chez le plant de pois, Mendel supposa qu’il y avait dans nos cellules des informations qui se transmettent d’une génération à l’autre.

2.2 La présence d’allèles

Mendel ne connaissait pas à son époque l’existence des chromosomes et des gènes, il parlait plutôt de « facteurs héréditaires » comme étant responsable de l’expression des caractères chez les êtres vivants. Nous savons aujourd’hui que ces « facteurs héréditaires » étaient des gènes. Pour expliquer pourquoi il est possible d’avoir plus d’une version pour un caractère donné, Mendel supposa qu’il devait y avoir plusieurs variantes possibles pour chacun des gènes responsables de chacun des caractères. Ces variantes sont appelées les « allèles » d’un gène.

Qu’est-ce qu’un ALLÈLE?

______UN ALLÈLE EST UNE VARIANTE POSSIBLE D’UN GÈNE. LA SÉQUENCE DES NUCLÉOTIDES DE DEUX ALLÈLES DIFFÉRENTS N’EST PAS LA MÊME. ___________

Les homozygotes et les hétérozygotes

Le caryotype d’un être humain contient 23 paires de chromosomes homologues. Ces chromosomes homologues, dont un vient du père et l’autre de la mère, portent tous les deux les gènes qui déterminent les mêmes caractères. Par exemple, sur un des chromosomes du père on trouve le gène de la couleur des yeux et aura aussi ce gène sur le chromosome provenant de la mère.

Comme ces gènes peuvent avoir différents allèles (Brun, bleu, etc.), il est possible qu’un individu possède deux allèles différents pour le même caractère.

Lorsque les deux allèles pour un caractère sont identiques chez un individu, on le dit _______HOMOZYGOTE______ pour ce caractère. Par contre, lorsque les deux allèles sont différents, on dit alors que l’individu est ______HÉTÉROZYGOTE______. Pour ce caractère.

Qu’est-ce qu’un HOMOZYGOTE? ____UN HOMOZYGOTE EST UN INDIVIDU QUI POSSÈDE DEUX ALLÈLES IDENTIQUES POUR UN CARACTÈRE DONNÉ.__________

Qu’est-ce qu’un HÉTÉROZYGOTE? ______ UN HÉTÉROZYGOTE EST UN INDIVIDU QUI POSSÈDE DEUX ALLÈLES DIFFÉRENTS POUR UN CARACTÈRE DONNÉ._____________

Exemple avec les plants de pois le gène de la couleur des fleurs peut avoir deux allèles:

Allèle de la couleur violette Allèle de la couleur blanche

Un plant homozygote peut donc avoir des fleurs blanches ou violettes. Et un plan hétérozygote aura des fleurs uniquement violettes, parce que l’allèle des fleurs violettes est dominant alors que l’allèle des fleurs blanches est récessif.

LA DOMINANCE ET LA RÉCESSIVITÉ DES ALLÈLES

Mendel a découvert que certains allèles sont dominants alors que d’autres sont récessifs. Lorsque chez un individu, les deux allèles sont différents, celui qui s’exprime est considéré comme dominant. L’individu porteur d’un allèle dominant exprime le caractère dominant. L’individu peut alors être homozygote ou hétérozygote pour se caractère.

Qu’est-ce qu’un allèle dominant?

______UN ALLÈLE DOMINANT EST UN ALLÈLE QUI S’EXPRIME LORSQUE L’INDIVIDU POSSÈDE DEUX ALLÈLES DIFFÉRENTS POUR UN GÈNE.

Qu’est-ce qu’un allèle récessif?

_____UN ALLÈLE RÉCESSIF EST UN ALLÈLE QUI NE S’EXPRIME PAS LORSQUE LES DEUX ALLÈLES SONT DIFFÉRENTS.____________

2.3 Le génotype et le phénotype

Les phénomènes de dominance et de récessivité des allèles font en sorte que tous les allèles que porte un individu peuvent ne pas s’exprimer, ce qui signifie qu’il ne change rien pour un individu, même s’ils les possèdent. Voir l’exemple des deux sœurs :

Celle qui n’est pas albinos porte peut-être le gène de l’albinos sans en être atteinte.

Les scientifiques font une distinction entre le phénotype d’un individu et son génotype.

Qu’est-ce que le GÉNOTYPE ?_______LE GÉNOTYPE EST LE PATRIMOINE GÉNÉTIQUE D’UN INDIVIDU. IL DÉCRIT L’ENSEMBLE DES ALLÈLES D’UN INDIVIDU POUR CERTAINS GÈNES._______. Qu’est-ce que le PHÉNOTYPE ?_______LE PHÉNOTYPE EST LA FAÇON DONT LE GÉNOTYPE SE MANIFESTE. IL DÉCRIT DONC L’APPARENCE OU L’ÉTAT D’UN INDIVIDU POUR UN OU PLUSIEURS CARACTÈRES. _____

On représente le génotype d’un individu par les règles suivantes :

Les allèles sont représentés par une lettre. Habituellement, on utilise la première lettre du caractère dominant. Ex. : V pour la couleur violette des fleurs des plants de pois.

L’allèle dominant est représenté par une lettre majuscule, alors que l’allèle récessif est représenté par la même lettre en minuscule.

Voici les caractères des plants de pois étudiés par Mendel :

2.4 La loi de la ségrégation des allèles

Lors de la reproduction sexuée, il y a formation de gamètes grâce à un phénomène de division cellulaire qui s’appelle la « méiose ». On obtient alors des gamètes qui contiennent la moitié des chromosomes. Ainsi dans les gamètes, plutôt que d’avoir des paires de chromosomes, on ne trouve qu’un seul chromosome de chaque paire. On ne retrouve donc qu’un seul allèle.

Lors de la reproduction le gamète du père se fusionne avec le gamète de la mère.

Mendel avait compris à l’époque que deux allèles pour un même caractère se séparent lors de la formation des gamètes, ainsi 50% des gamètes obtiennent l’un des deux allèles et 50 % obtiennent l’autre. C’est la loi de la ségrégation des allèles.

Exemple :

2.5 La détermination des génotypes possibles et leur probabilité

Lors de la reproduction, la fusion des gamètes se fait au hasard. Donc on peut obtenir différentes combinaisons d’allèles. Une grille a été élaborée pour étudier tous les génotypes possibles. Cette grille se nomme « Grille de Punnett ».

Pour l’utiliser, on :

Détermine le génotype des parents. On trouve tous les génotypes possibles pour les gamètes de chacun des parents

et on inscrit ces génotypes dans des cercles qui représentent les gamètes. On place ensuite les gamètes d’un parent au-dessus d’une grille de Punnett et

les gamètes possibles de l’autre parent à gauche de la même grille. On représente dans la grille de Punnett toutes les possibilités et on inscrit le

génotype et le phénotype obtenus.

Ex. :

Les résultats montrent qu’il y a 50% des chances d’avoir des plants aux fleurs violettes et 50% des chances d’avoir des plants aux fleurs blanches.

2.6 La loi de la répartition indépendante des caractères.

Lorsqu’on considère plus d’un caractère.

3.0

Le clonage (PAS CETTE ANNÉE)VOUS POUVEZ FAIRE LA LECTURE DES PAGES 369 À 373 POUR EN SAVOIR DAVANTAGE.

3.1 Le clonage naturel

3.2Le clonage artificiel végétal

3.3Le clonage animal

3.4Le clonage chez l’être humain

3.5Le clonage génique