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L'ADN, molécule universelle et variable

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​Introduction :

Les êtres vivants sont faits de cellules dont l’information génétique est contenue dans leur ADN. Certaines ont un noyau, ce sont des organismes eucaryotes, d'autres n'en ont pas et sont appelés procaryotes.
Chez certains, l'ADN est protégé par le noyau de la cellule, chez d'autres, il nage librement dans le cytop lasme. Dans ce cours, nous allons nous intéresser à la molécule d'ADN.

Dans un premier temps nous allons voir ensemble en quoi la molécule d'ADN est universelle. Nous nous intéresserons ensuite à sa structure et enfin nous verrons quelle est la nature du message qu'elle porte.

L'ADN, une molécule universelle

Définitions et vocabulaire

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Définition

Information génétique :

L'information génétique correspond aux informations qui commandent les actions relatives aux caractères héréditaires.

Par exemple, dans les cellules d'un fœtus issu de parents qui ont tous les deux les yeux bleus, l'information génétique commande la coloration des yeux en bleu.

L'information génétique est contenue dans le noyau des cellules eucaryotes sous forme de chromosomes qui sont visibles au moment de la division cellulaire. Le reste du temps, ils forment une grosse pelote : la chromatine.

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À retenir

Les chromosomes, ou la chromatine, sont constitués d'acide désoxyribonucléique dit ADN.

ADN ADN

L'ADN est une molécule composée de différents gènes situés à un endroit précis du chromosome. Ce sont les gènes qui vont coder pour des caractères particuliers.

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Définition

Gène :

Un gène est une portion de chromosomes et donc d'ADN.

Si on reprend l’exemple précédent, dans chaque cellule, on retrouve un gène particulier qui code pour la couleur des yeux d'un individu. Sur le schéma, on peut voir un chromosome sur lequel trois gènes sont localisés. Dans nos cellules, chaque chromosome porte des milliers de gènes différents qui codent pour des caractères.

Alt texte Un chromosome avec trois gènes

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À retenir

Les caractères qu'on transmet à sa descendance sont appelés caractères héréditaires.

Une preuve de l'universalité de l'ADN : la transgénèse

Les OGM sont des organismes génétiquement modifiés. Ce qui signifie qu'on a modifié le génome d'un organisme par manipulation scientifique, on appelle ce procédé la transgénèse.

On peut par exemple utiliser la transgénèse dans le but d'obtenir des plants de tomates résistants à un papillon nuisible. Au départ, il faut différents éléments pour faire un OGM :

  • un plan de tomate que l'on veut modifier. De cette plante, on va extraire une cellule ;
  • un donneur du gène qui code pour l'insecticide qui nous intéresse ; ici c'est une petite bactérie nommée Bacillus thuringiensis ;
  • un vecteur, c'est à dire une bactérie qui va fournir une partie de son ADN circulaire qui est appelé plasmide auquel on va ajouter le gène qui nous intéresse.

À partir du donneur, on va sélectionner, isoler et enfin extraire le gène qui code pour l'insecticide. Parallèlement, on va extraire le plasmide du vecteur. Le gène d'intérêt est intégré au plasmide qui est multiplié pour permettre de le transporter à l'intérieur de la cellule végétale (en quelque sorte, la bactérie va infecter l'ADN du receveur avec le gène du donneur).

Après multiplication de la cellule génétiquement modifiée, on obtient un plant de tomate génétiquement modifié qui produit l'insecticide.

Transgénèse, donneur, gène insecticide, vecteur, plasmide, receveur, cellule végétale Expérience partie 1

Transgénèse processus, obtention d’une tomate produisant son propre insecticide Expérience partie 2

De cette expérience, on peut déduire qu'une plante a la capacité de « lire » un gène venant d'une espèce très différente ; si c'est possible, c'est parce que les deux espèces ont un code commun : l'ADN.

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À retenir

L'ADN est le support universel de l'information génétique.

Structure de la molécule

Une molécule d'ADN est un assemblage de nucléotides.

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Définition

Nucléotides :

Les nucléotides sont des unités de construction résultant de l'assemblage :

  • d'un groupement phosphate ;
  • d'un sucre : le désoxyribose ;
  • d'une base azotée.

Ces trois constituants sont reliés entre eux par des liaisons chimiques.

Alt texte Liaisons chimiques d'un nucélotide

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À retenir

Il existe quatre bases azotées différentes :

  • l'adénine notée A ;
  • la thymine notée T ;
  • la cytosine notée C ;
  • la guanine notée G.

Les bases azotées sont complémentaires deux à deux : l'adénine est complémentaire de la thymine et la cytosine est complémentaire de la guanine.

Les deux bases azotées complémentaires sont reliées entre elles par une liaison hydrogène. Cette complémentarité permet d'obtenir une molécule d'ADN qui a une configuration en double hélice.

Alt texte La configuration en double hélice d'une molécule d'ADN

Variabilité de l'information génétique

Un gène code pour un caractère. Mais un gène est en fait une séquence de nucléotides, représentant le code de l'information génétique. Nous allons voir maintenant ce qui peut être source de variabilité de l'information génétique.

Les allèles

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Définition

Allèle :

On appelle allèle les différentes versions d'un gène.

Les différents allèles d'un gène ont des séquences de nucléotides très proches avec de faibles variations. Chaque individu possède deux allèles pour un gène donné : un sur chacun des deux chromosomes homologues.

Prenons l'exemple du gène qui code pour la couleur du pelage chez la souris. Admettons qu'il existe deux allèles pour ce gène :

  • l'allèle B code pour une couleur blanche du pelage ;
  • l'allèle N code pour la couleur noire du pelage.

Alt texte L'impact de différents allèles sur le pelage des souris

Si l'on compare les séquences de nucléotides des allèles B et N, on remarque qu'il y a peu de différences. Ici, seuls deux nucléotides diffèrent entre les deux séquences. Cela illustre bien le fait que les allèles d'un gène représentent une diversité génétique due à une faible différence des séquences de nucléotides.

Les mutations

Les mutations sont une autre source de variabilité de l'information génétique. Elles sont à l'origine de la multitude d'allèles que comportent les gènes.

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Définition

Mutation :

La mutation est la modification de la séquence des nucléotides d'un gène. Ces modifications résultent soit du hasard, soit de l'exposition de l'ADN à un agent mutagène qui augmente la fréquence des mutations.

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À retenir

Les modifications sont obtenues soit par :

  • substitution : un nucléotide est remplacé par un autre ;
  • délétion : un nucléotide est perdu ;
  • addition : un nucléotide est gagné.

Lors d'une mutation, le gène mutant peut alors coder pour une information tout à fait différente de son information initiale. Lorsqu'une mutation n'influe pas sur l'information génétique, on parle de mutation silencieuse.

​Conclusion :

Grâce à la transgénèse, on sait que l'information génétique est contenue dans la molécule d'ADN et qu'elle est universelle.

La molécule d'ADN, sous forme de double hélice, est composée d'un enchaînement de nucléotides, appelé séquence de nucléotides, qui code pour un caractère héréditaire. Des modifications dans cette séquence de nucléotides pour un gène donné permettent la diversité de l'information génétique.

Ces modifications résultent de mutations à l'origine des différents allèles d'un gène.