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Transcript

1

2

3

Partie A : une molécule intermédiaire

Partie B: Découverte du code génétique

Partie C : La traduction

La synthèse des protéines

Pour commencer, prendre une feuille de classeur, noter le titre du TD et le problème.

Tout au long du TD, tu rédigeras les réponses aux différentes questions sur ta feuille.

Problème : Comment la séquence des acides aminés d’une protéine est-elle déterminée et préservée?

A. Localisation et molécule à l’origine de la synthèse des protéines (1/4)

1) En consultant les livres de la bibliothèque, déterminer :

- où se déroule la synthèse des protéines

- à partir de quel type de molécule informative se fait la synthèse des protéines

Document 1 : La localisation de la synthèse protéique (source : Livre 1ère spécialité SVT bordas 2019)

Document 2 : L'enveloppe nucléaire

Document 3 : Résultats d'expérience de transgenèse

A. Localisation et molécule à l’origine de la synthèse des protéines (2/4)

2) A l’aide du logiciel en ligne genigen2 et de sa fiche technique, confirmer la nature de la molécule informative en comparant la séquence d’acides aminés et de nucléotides des chaines beta des hémoglobines HbA et HbS

Clique sur les mots en gras

L'hémoglobine, couramment symbolisée Hb, parfois Hgb, est un pigment respiratoire (de la famille moléculaire des métalloprotéines, ici contenant du fer) présent essentiellement dans le sang des vertébrés, au sein de leurs globules rouges, ainsi que dans les tissus de certains invertébrés. Elle a pour fonction de transporter l'oxygène O2 depuis l'appareil respiratoire (poumons, branchies) vers le reste de l'organisme. La quantité d'hémoglobine est un paramètre mesuré lors d'un hémogramme.

Représentation générique d'une molécule d'hémoglobine, montrant les quatre sous unités, identiques deux à deux, avec chacune une molécule d'hème insérée dans des cavités à l'intérieur des sous-unités.


Chez la plupart des vertébrés, la molécule d'hémoglobine est un assemblage de quatre sous-unités globulaires selon un arrangement grossièrement tétraédrique. Ces sous-unités sont maintenues ensemble par des liaisons hydrogène, par des liaisons ioniques et par effet hydrophobe. Chez l'Homme adulte, le type d'hémoglobine le plus courant est l'hémoglobine A, constituée de deux sous-unités α et deux sous-unités β, formées chacune de 141 et 146 résidus d'acides aminés respectivement. Cette structure est symbolisée par α2β2 .


Extrait de :

https://fr.wikipedia.org/wiki/H%C3%A9moglobine


Pour ce faire, dans la banque de séquences, rechercher « comparaison allèle HBB (drépanocytose) », sélectionner le pack et charger les séquences. Puis sélectionner les deux séquences et dans l’onglet « action », traduire ces séquences à partir du premier codon initiateur.


A. Localisation et molécule à l’origine de la synthèse des protéines (3/4)

3) Que constatez-vous ? Quel problème se pose pour la synthèse des protéines ?

Appelez le professeur pour proposer votre idée et obtenir le mot de passe.

A. Localisation et molécule à l’origine de la synthèse des protéines (3/4)

A partir de l'expérience et de l’application proposée :
- Déterminer la nature et la localisation de la molécule informative intermédiaire entre l’ADN et la synthèse des protéines. Justifier votre réponse.

-Donner les caractéristiques communes et différentes de la molécule d’ADN et cette molécule informative.

Clique sur les mots en gras

B. Le code génétique

Il existe 20 acides aminés différents.
Le nombre d'acides aminés d'une protéine et l'ordre suivant lequel ils sont assemblés caractérise cette protéine. Or il n'existe que 4 nucléotides formant la molécule d'ARNm.


Pb : Comment peut-on déterminer la structure primaire d'une protéine à 20 acides aminés, alors qu'on possède que 4 "lettres d'alphabet" ? Formuler une hypothèse

adénosine

uridine

cytosine

guanosine

B. Le code génétique

Pour répondre à cette question, écrire les différents arrangement possibles conrrespondant aux codages à un, deux et à trois nucléotides ( présenter chaque hypothèse sour la forme d'un tableau)

A combien de nucléotides de la molécule d'ARN messager doit correspondre un acide aminé sur la protéine ?

B. Le code génétique, une approche expérimentale

Afin de tester l'hypothèse d'une correspondance entre une séquence de nucléotides et une séquence d'acides aminés, Nirenberg et Matthaei (1965) ont réussi à synthétiser in vitro des ARNm de synthèse à partir de ribonucléotides libres: poly U, poly C, etc. Ils ont mis les ARNm de synthèse en présence d'extraits cellulaires contenant notamment des ribosomes et ont ajouté des acides aminés. Ils ont ainsi obtenu, in vitro, la synthèse de polypeptides dont ils ont déterminé la séquence.

A combien de nucléotides de la molécule d'ARN messager doit correspondre un acide aminé sur la protéine ?

Complexe qui synthétise les protéines

1) Quelles hypothèses cette expérience permet-elle d'infirmer ? de confirmer? Justifier votre réponse

2) Représenter dans un tableau les éléments du code génétique qui peuvent être déduits des résultats de l'expérience ci-dessus.

B. Le code génétique : réalisez le

A partir du logiciel Anagène (logiciel de l'ordinateur) > à partir de l’icône thèmes d’études ouvrir le fichier « Expression de l’information génétique »/ « Globine alpha »/ gène et ARNm codant.


- On veut étudier l’ARNm et la protéine correspondante.
Pour ce faire : Sélectionner cette séquence, puis demander la conversion de celle-ci en séquence peptidique (icône Convertir). (cocher la case résultats dans la fenêtre affichage/édition)
- Réaliser la même opération pour la globine bêta.

Compléter dans le tableau de la question précédente les éléments du code génétique qui peuvent être déduits des comparaisons des séquences de nucléotides et d’acides aminées proposés.

- Dans le menu Fichier, cliquer sur Créer. Créer une séquence d’ARNm simple de quelques nucléotides et demander la conversion en acides aminés. Créer différentes séquences (judicieusement choisies) pour trouver les éléments manquant de votre tableau.
Que remarquez-vous ?

Conclusion :

A partir de vos observations, donner les caractéristiques du code génétique.

Le nombre de préotéines différentes produites par un organisme humain, constituant ce qu'on appelle sont protéome, est estimé à plusieurs centraines de milliers, voire plusieurs millions. Pourtant le génome humain ne comporte que 20 000 à 25 000 gènes (selon les estimations).

Comment expliquer cette différence entre le nombre de protéines et le nombre de gènes ?

1. Formuler une hypothèse

De l'ARN à la protéine

Tout au long de l'étude, tu rédigeras les réponses aux différentes questions sur ta feuille pour garder une trace de ton travail et faciliter la rédaction de ton compte-rendu final.

Clique sur les mots en gras tout au long des pages!!

Expériences :

2) Observer et interpréter les résultats de l'expérience ci-dessus. Vérifiez votre hypothèse de départ et affinez la si nécessaire

Stratégie de résolution ( 10 min)

A partir des outils suivants mis à votre disposition, proposez une stratégie pour vérifier votre hypothèse :

Logiciel Anagène / géniegen
Séquence d'un gène
Séquence de l'ARNm
Séquence de la protéine

Dans les cellules de la thyroide, le gène CGRP (Calcitonin Gene Related Product) gouverne la synthèse d'une hormone protéique, la cacitonine, intervenant dans la régulation de la quantité de calcium dans le sang ( calcémie). Dans de nombreux neurones du système nerveux, ce même gène commande la synthèse d'une protéine permettant la communication entre neurones, le neurotransmetteur CGRP.

Les résultats, vos observations et interprétations sont à remettre sous la forme d'un compte rendu numérique que vous imprimerez en classe.

Thyroïde: glande endocrine présente chez les vertébrés et produisant plusieurs types d'hormones.

Neurotransmetteur : molécule qui assure la transmission du message nerveux entre un neurone et une autre cellule au niveau d'une synapse

Les photographies ci-contre ont été obtenues par une technique de coloration qui met en évidence (couleur marron) les protéines résultants de l'expression du gène CGRP.

Pour vérifier votre hypothèse :

1) Ouvrir geniegen2 et charger la séquence "CGRP.edi"( voir pearltrees) que vous aurez préalablement téléchargée.
Des séquences apparaissent :





Glisse la souris sur le nom

2) Comparer la longueur des différentes séquences d'acides nucléiques d'une part et protéiques d'autres part. Que constatez vous? Que pouvez-vous en déduire?

3) Comparer les ARNm1 et 2 à l'ARN prémessager. Pour cela, réaliser un dotplot

4) Réalisez des captures d'écrans pertinentes et mettez les en forme pour votre compte-rendu. Vous imprimerez en classe la mise en forme de vos résultats. Vous rédigerez l'interprétation à la main.



Glisse la souris sur le nom des séquences

FT

Le gène

ARN obtenu après transcription localisé dans le noyau

ARN obtenu après transcription localisé dans le cytoplasme et qui code pour l'hormone CGRP

ARN obtenu après transcription localisé dans le cytoplasme et qui code pour l'hormone calcitonine

Séquence codante c'est-à-dire uniquement les nucléotides responsables de la séquence en acides aminés de la protéine

Séquence protéique



6) Pour interpréter vos résultats, comparer les 2 dots plots vous réaliserez un schéma sur ce modèle

7) Conclure





Chez les eucaryotes, il existe des différences entre l'ARN messager utilisé dans le cytoplasme pour la traduction et l'ARN initial, directement issu de la transcription de l'ADN. Ce dernier est qualifié d'ARN pré-messager. Cet ARN subit une maturation ou un épissage


Un dotplot est un graphique de ressemblance. Dans un tel graphique, la séquence la plus longue est placée horizontalement, l'autre séquence verticalement. Le dotplot présente une vue globale des similitudes et différences : les portions qui sont identiques dans les deux séquences apparaissent sous formes de lignes .