TP 1.1 : la mitose
TP 1.1 : la mitose
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à partir de racines d'ail
Pourquoi la racine d'ail ?
La racine est un organe qui grandit au cours du temps pour puiser de l'eau et des minéraux dans le sol. Afin de pouvoir effectuer cette croissance, les cellules constitutives de la racine se multiplient par division cellulaire : c'est la mitose*.
cycle de vie de l'ail
cycle de vie de l'ail
*La mitose est une division cellulaire permettant de former deux nouvelles cellules "filles" identiques à partir d'une cellule "mère". Cette division se déroule au niveau des cellules somatiques (toutes les cellules de l'organisme exceptées les cellules reproductrices) pour augmenter le nombre de cellules (chez un organisme pluricellulaire).
Schémas des chromosomes en prophase (en haut) et télophase (en bas) dans une des 2 cellules filles.
Découverte de la mitose
En 1879, Walther Flemming (1843-1905) décrit pour la première fois une mitose. La mitose a déjà été observée 40 ans auparavant par Carl Nageli mais interprété comme une anomalie. La mitose est un phénomène continu (entre 1 et 3 heures).
Voici la définition de Flemming :
« Processus de division cellulaire ou chaque nouvelle cellule possède le même nombre de chromosomes que la cellule mère. Elle se compose de 4 phases + 1 :
- prophase (la plus longue) : les chromosomes bichromatidiens (= à 2 chromatides) deviennent visibles en se condensant. L'enveloppe nucléaire disparaît. On trouve 2 centrosomes de part et d’autre de la cellule. Les centrosomes émettent des microtubules qui vont constituer le fuseau de division, sorte de « guide » à la division.
- métaphase : les chromosomes bichromatidiens s’alignent sur le plan équatorial de la cellule grâce aux microtubules du fuseau de division et forment la plaque équatoriale.
- anaphase : les chromatides des chromosomes se séparent et migrent chacune vers un pôle de la cellule, en étant « capturés » puis entrainés par les microtubules du fuseau de division.
- télophase : décondensation des chromosomes monochromatidiens (= à 1 chromatide) et reformation de l’enveloppe nucléaire à chaque pôle cellulaire
- cytodiérèse : les deux cellules filles s’individualisent par la séparation des cytoplasmes. Les 2 cellules filles sont génétiquement identiques. On parle de clone.
La coloration à l'orcéine acétique des racines d'ail permet d'observer au microscope les chromosomes et donc les différentes étapes de la mitose (division cellulaire) dans la zone méristématique.
Protocole expérimental
Prélèvement : couper 2 extrémités (les 10 derniers millimètres) de jeunes racines d'ail en croissance.
Hydrolyse : placer les bouts de racine dans de l'acide chlorhydrique (HCl à 1 mol/L) pendant 2 à 3 minutes pour détruire le ciment pectique et séparer les cellules.
Rinçage : passer rapidement la racine dans de l'eau distillée.
Coloration : déposer les pointes sur une lame, ajouter quelques gouttes d'orcéine acétique (qui colore spécifiquement l'ADN et les chromosomes en rouge/violet) et laisser agir 1 à 2 minutes.
Écrasement : poser une lamelle en diagonale pour éviter les bulles d'air, puis écraser doucement et progressivement l'échantillon (par exemple en appuyant avec un bouchon ou le manche d'une pince) pour étaler les cellules en une seule couche.
Observation au microscope (voir photo ci-contre)
Chercher la zone méristématique (juste en arrière de la coiffe), où les cellules sont petites et jointives.
Utiliser les forts grossissements (objectif x40 ou x60) donc les grossissements x400 ou x600.
Présenter une phase identifiée (utiliser la lame de secours si la préparation ne le permet pas). Et les autres si vous en avez le temps...
Pour compléter...
Pour compléter...
Chercher des information sur la condensation de la chromatine en chromosome.
TP 1.2 : la méiose
TP 1.2 : la méiose
exemple de l'anthère de lys
Pourquoi la fleur de lys ?
Le lys est une plante à fleurs. Dans les fleurs, il y a des anthères qui sont des organes où se déroule la formation des cellules reproductrices mâles (le pollen) par un processus de division cellulaire appelée : méiose*.
*La méiose est une suite de deux divisions cellulaires permettant de former quatre cellules reproductrices différentes à partir d'une cellule germinale. Cette division se déroule dans les organes reproducteurs :
masculins (testicules chez l'humain, anthères chez les plantes à fleurs)
féminins (ovaires)
La méiose est constituée de 2 divisions successives :
1° division (= division réductionnelle) : elle se déroule par déplacement des chromosomes comme lors de la mitose* excepté en anaphase 1 où ce sont les chromosomes homologues qui se séparent et non les chromatides et donc une cellule à 2n=4 donne 2 cellules à n=2.
2° division (= division équationnelle) : elle se déroule comme la mitose mais à partir de cellules à n chromosomes.
La méiose permet la transmission de la moitié du matériel génétique via une cellule reproductrice.
*RAPPEL : la mitose se compose de 4 phases :
- prophase (première phase, la plus longue) où les chromosomes deviennent visibles. L'enveloppe nucléaire disparaît ;
- métaphase où les chromosomes s’alignent sur le plan équatorial de la cellule ;
- anaphase où les chromatides des chromosomes se séparent et migrent chacune vers un pôle de la cellule ;
- télophase (séparation des cytoplasmes) : les deux cellules filles s’individualisent et les enveloppes nucléaires se reforment.
Vérifier, compléter ses schémas.
Vérifier, compléter ses schémas.
Observer une coupe à la recherche des différentes phases.
Construire un tableau des 8 phases de la méiose : photos annotées.
TP 1.3 : la réplication
TP 1.3 : la réplication
voir le site de ma collègue, Mme Defer
TP 1.4 : la sélection naturelle des allèles mutés
TP 1.4 : la sélection naturelle des allèles mutés
TP type ECE (Epreuve de Compétences Expérimentales) : la génétique de l’intolérance au lactose
Au niveau mondial, 80 % de la population de plus de 7 ans est intolérante au lactose.
En France, le chiffre est plus faible, car l’Europe du Nord a bénéficié d’une mutation génétique, mais on dénombre quand même 20 % d’intolérants.
Qu’est-ce que cela veut dire ?
Mise en situation et recherche à mener
Monsieur X consulte un médecin suite à l’apparition chez son jeune fils de troubles digestifs (ballonnements, diarrhées, douleurs abdominales) qui apparaissent systématiquement après l’ingestion de lait.
Le médecin soupçonne une intolérance au lactose, qui correspond à une incapacité à digérer le lactose présent dans le lait.
On cherche à vérifier si l’enfant de Monsieur X est effectivement intolérant au lactose et à l’expliquer génétiquement.
Vous devez écrire une lettre explicative (illustrée) à Monsieur X.
Documents ressources
Le lactose est un glucide présent dans les produits laitiers, composé de glucose et de galactose. Le galactose est hydrolysé pour être absorbable.
Le lactose est un disaccharide car il est composé de deux molécules glucidiques simples (appelées monosaccharides). L’hydrolyse du lactose est catalysée par une enzyme, la lactase.
Quelques réactifs utilisés pour mettre en évidence des molécules organiques
Vous devez proposer un protocole expérimental pour tester la présence de lactase dans l'organisme de l'enfant de M. X. Sans oublier les témoins négatifs et positifs.
Fichiers disponibles pour GenieGen (en ligne)
Entrer dans la banque de séquences et taper LNP pour trouver ces fichiers.
Réaliser des comparaisons judicieuses d'allèles.
Les adultes humains se répartissent en deux phénotypes en ce qui concerne l’aptitude à digérer le lactose.
Les uns n’ont qu’une aptitude très faible à digérer le lactose car ils ne produisent plus de lactase (ou très peu). Ils sont dits « lactase non persistants » (LNP) ou intolérants au lactose.
Les autres dits « lactase persistants » (LP) gardent l’aptitude à digérer le lactose durant toute leur vie car leurs cellules intestinales continuent à produire de la lactase.
Chez les individus au phénotype LNP, les manifestations d’intolérance au lactose débutent généralement vers 3-5 ans et se traduisent par un ballonnement, des douleurs abdominales, des borborygmes et, dans les cas les plus nets, des diarrhées.
Les études familiales ont montré que les différences phénotypiques sont héréditaires et dues à un seul gène qui code la lactase.
Le gène de la lactase humaine (gène LCT), situé sur le chromosome 2, comporte 17 exons et code pour un polypeptide de 1927 acides aminés.
Le phénotype lactase persistante est dominant.
On peut comparer les séquences de la région strictement codante du gène de la lactase chez les membres de la famille étudiée.
La plupart d'entre-vous, le travail s'arrêtera ici.
Les curieux, rapides, pourront explorer les documents suivants pour compléter la réponse et aborder, découvrir, des informations pour la suite du programme.
Régulation de l’expression du gène de la lactase
ll faut donc rechercher une autre explication au phénotype LNP puisque ce n’est donc pas une différence au niveau de la région codante du gène qui explique la différence phénotypique LP/LNP.
Puisque la lactase est produite pendant les premières années puis cesse de l’être, c’est donc qu’il y a eu un changement dans l’expression du gène.
A partir des connaissances sur les modalités de l’expression des gènes, on peut émettre deux hypothèses :
– changement au niveau de la transcription ;
– changement au niveau de la traduction.
Pour tester la première hypothèse, les chercheurs, à partir de biopsies intestinales, ont recherché les ARN messagers du gène de la lactase chez des individus « lactase persistants » et «lactase non persistants ». Chez les premiers ils ont mis en évidence l’ARNm du gène de la lactase alors qu’il était absent chez les seconds. La différence phénotypique est donc due à une différence dans l’expression du gène et plus précisément dans sa transcription. Chez les « lactase non persistants », le gène s’exprime à la naissance mais cesse de s’exprimer à partir de 3-5 ans ; chez les « lactase persistants », il continue à s’exprimer durant toute la vie.
Si on constate en Europe une excellente corrélation entre la distribution du phénotype LP et celle de l’allèle -13910T, il n’en n’est pas de même en Afrique et au Moyen-Orient.
Autrement dit, l’allèle -13910T ne semble pas l’agent causal du phénotype LP dans ces régions.
Une explication possible est que ce sont d’autres allèles de la séquence régulatrice du gène de la lactase qui sont à l’origine du phénotype LP chez les africains.
En 2007, Tishkoff et al rapportent avoir mis en évidence trois autres allèles dans les populations de l’Afrique de l’Est (Soudan, Kenya et Tanzanie) où le phénotype LP est fréquent.
Ces allèles sont : -14010C (fréquent au Kenya et en Tanzanie chez les Massaï), -13915G (assez fréquent au Kenya) et -13907G (présent au Kenya et fréquent chez les Beja du nord du soudan).
On constate que ces positions sont situées à proximité de -13910T trouvée chez les européens, dans un espace d’une centaine de bases.
Cela permet de préciser ce qu’est une région régulatrice d’un gène dont des mutations ponctuelles différentes peuvent avoir le même impact sur l’expression du gène.
TP 1.5 : la synthèse des protéines
TP 1.5 : la synthèse des protéines
Activité de modélisation ludique
🍜 Le principe de correspondance du matériel
Chaque élément de la synthèse protéique est représenté par une forme ou une couleur de pâte différente :
Les nucléotides de l'ADN (A, T, G, C) : 4 types de pâtes (ex: coquillettes de couleurs différentes ou pennes) reliées pour former le double brin.
Les nucléotides de l'ARNm (A, U, G, C) : d'autres pâtes (ex: torsades) respectant la règle de complémentarité (le U remplace le T).
Les acides aminés : Des pâtes plus grosses ou de formes très variées (farfalles, gnocchis, pennes, etc.) qui s'assemblent pour créer la protéine.
🧬 Les étapes du TP à réaliser par les élèves
Les élèves se glissent dans la peau d'« ouvriers cellulaires » et doivent suivre la chaîne de fabrication moléculaire :
1. La transcription (dans le noyau)
Action : les élèves ouvrent la double chaîne d'ADN (en pâtes) et assemblent une chaîne d'ARN prémessager (ARN pm) monobrin complémentaire.
Règle : associer les bonnes pâtes en suivant la complémentarité : A face à T, et U (nouvelle forme/couleur de pâte) face à A.
Animation pour vous aider
2. L'épissage (maturation de l'ARNm)
Action : selon le protocole, les élèves doivent repérer et couper certaines portions de leur chaîne d'ARN pm (les introns, non codants) et recoudre les morceaux restants (les exons) pour obtenir un ARN messager (ARNm).
Animation pour vous aider
3. La traduction (dans le cytoplasme)
Action : à l'aide d'un tableau du code génétique fourni par le professeur, les élèves lisent l'ARNm par groupes de 3 pâtes (les codons).
Fabrication : chaque triplet de petites pâtes (codon) donne l'ordre d'enfiler une grosse pâte spécifique (acide aminé) sur un fil (liaison peptidique).
Résultat : on obtient un collier de pâtes variées qui représente la séquence primaire de la protéine. Vous pouvez alors "replier" la molécule suivant les ponts disulfure qui peuvent se former.
Animation pour vous aider
4. Intégration des mutations (variante pédagogique)
Le professeur peut donner une séquence d'ADN légèrement modifiée à certains groupes (substitution ou délétion d'une pâte nucléotide).
Les élèves constatent directement si la mutation modifie l'acide aminé final (mutation faux-sens) ou s'il bloque la fabrication (mutation non-sens avec un codon stop).
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