2. Structure et propriétés de la molécule d’ADN

Contexte et problématique

Il a fallu des dizaines d’années et le concours de plusieurs scientifiques de divers domaines pour comprendre et modéliser la structure de la molécule d’ADN et son rôle de support de l’information génétique.

Quels éléments scientifiques permettent de modéliser la structure de l’ADN et d’établir qu’il est le support de l’information génétique ?

Questionnement ouvert

La molécule d’ADN est une grosse molécule constituée de nucléotides. En utilisant les ressources proposées :

identifier les éléments scientifiques qui ont permis de réaliser le modèle de la molécule d’ADN du doc. 1 ;
schématiser la molécule d’ADN de l’allèle B (nucléotides 790 à 800) et la comparer avec la séquence de l’allèle A pour montrer que l’ADN est le support de l’information génétique.

Liste des documents

Doc. 1 Modélisation d’une molécule d’ADN

Doc. 2 Les étapes de la découverte de l’ADN et de son rôle

Doc. 3Visualiser la molécule d’ADN avec Libmol

Doc. 4 Découvrir les séquences d’ADN avec GeniGen 2

Doc. 5La complémentarité des nucléotides

Questionnement guidé

1.Noter les différents éléments qui constituent la molécule d’ADN et décrire sa forme.

2.Repérer la séquence de nucléotides de l’allèle A (les nucléotides 790 à 800) et en déduire les nucléotides complémentaires sur le brin parallèle.

3.Associer chaque élément constitutif de l’ADN au matériel utilisé dans le modèle du doc. 1, puis à une connaissance scientifique, et identifier les limites du modèle.

4.Repérer la séquence de nucléotides de l’allèle B (les nucléotides 790 à 800) et en déduire les nucléotides complémentaires sur le brin parallèle.

5.Schématiser la structure en double hélice pour cette séquence de l’allèle.

6.En comparant les deux séquences des allèles et en s’aidant du doc. 2, montrer que l’ADN est le support de l’information génétique.

Liste des documents

Doc. 1 Modélisation d’une molécule d’ADN

Doc. 2 Les étapes de la découverte de l’ADN et de son rôle

Doc. 3Visualiser la molécule d’ADN avec Libmol

Doc. 4 Découvrir les séquences d’ADN avec GeniGen 2

Doc. 5La complémentarité des nucléotides

Documents

Doc. 1 Modélisation d’une molécule d’ADN

Le modèle représente la structure de l’ADN pour la séquence de nucléotides (790 à 800) de l’allèle A des groupes sanguins.

790, 795 et 800 représentent les positions repérées de 3 nucléotides dans la chaîne.

Doc. 2 Les étapes de la découverte de l’ADN et de son rôle

1869– Friedrich Miescher
Découvre une substance qu’il appelle « nucléine » (plus tard identifiée comme de l’ADN) dans les noyaux cellulaires.

Début 1900– Phoebus Levene
Identifie les composants de l’ADN : les bases azotées (adénine, cytosine, guanine, thymine), le sucre désoxyribose et le groupe phosphate.

1944– Oswald Avery, Colin MacLeod, Maclyn McCarty
Démontrent que l’ADN est la molécule porteuse de l’information génétique, grâce à des expériences sur les bactéries.

Début des années 1950– Erwin Chargaff
Découvre que dans l’ADN, les quantités d’adénine (A) et de thymine (T) sont égales, tout comme celles de cytosine (C) et de guanine (G) (« règles de Chargaff »).

1952– Rosalind Franklin

Utilise la diffraction des rayons X pour produire des images de l’ADN. Franklin obtient la célèbre « Photo 51 », révélant la structure hélicoïdale.

1952– Alfred Hershey et Martha Chase
Confirment que l’ADN est le matériel génétique en réalisant des expériences avec des bactériophages (virus infectant les bactéries).

1953– James Watson et Francis Crick
Proposent le modèle de la double hélice de l’ADN, basé sur les données de Franklin. Ce modèle montre comment l’ADN peut se répliquer et coder l’information génétique.

Doc. 3 Visualiser la molécule d’ADN avec Libmol

Le site Libmol permet de visualiser des molécules et leurs composants selon différentes représentations.

Pour observer la structure de l’ADN

1.Ouvrirlibmol.org.

2.Saisir « ADN 14 paires de bases » dans la barre « Rechercher dans la librairie de molécules ».

3.Pour observer la structure en deux brins en double hélice : dans « Commandes », cliquer sur « Colorer » puis « Chaînes ».

4.Pour observer les nucléotides : dans « Commandes », cliquer sur « Colorer » puis « Résidus » et se référer à la légende.

Liens utiles

Doc. 4 Découvrir les séquences d’ADN avec GeniGen 2

Une séquence est une succession de nucléotides qui forme un gène. Elle constitue un message. L’enchaînement différent des nucléotides sur un brin est une variable de l’ADN permettant de constituer différents gènes.

GeniGen 2 est un logiciel de banque de données. Il permet de visualiser et comparer des séquences de gènes. Sur le logiciel, seule la séquence d’un brin de l’ADN est présentée, puisque la séquence du second brin (ou brin parallèle) peut être déduite grâce à la règle de la complémentarité des nucléotides.

Pour découvrir une séquence d’ADN sur Genigen 2

1.Ouvrirpedagogie.ac-nice.fr/svt/productions/geniegen2/.

2.Cliquer sur « Ouvrir la banque de séquences ».

3.Rechercher le fichier « Comparaison allèles ABO (groupes sanguins) ».

4.Cliquer sur « Charger ces séquences ». Les séquences apparaissent.

5.Dans la barre d’outils « Actions », sélectionner « Aligner les séquences ».

Pensez à déplacer le curseur horizontal pour visualiser toute la séquence.

Liens utiles

Doc. 5 La complémentarité des nucléotides

La molécule d’ADN est composée, entre autres, de 4 nucléotides :adénine(A),guanine(G),cytosine(C) etthymine(T).

Une succession de nucléotides sur un brin d’ADN constitue un « message » et est appelée uneséquence.

La molécule d’ADN est composée de deux brins parallèles. Ainsi, en face d’un nucléotide se trouve un autre nucléotide.

Grâce aux travaux d’Erwin Chargaff, on sait que la quantité de thymine et d’adénine dans l’ADN est égale à la quantité de guanine et de cytosine. Ces résultats permettent de comprendre que les nucléotides sont complémentaires, autrement dit, sur un brin :

l’adénine se trouve en face de la thymine de l’autre brin ;
la guanine se trouve en face de la cytosine de l’autre brin.

Cettecomplémentarités’explique par les propriétés chimiques des molécules constituant chaque nucléotide.

Structure et propriétés de la molécule d’ADN

L’ADN(acide désoxyribonucléique) est une molécule composée de deux brins enroulés l’un autour de l’autre, ce qui forme une double hélice.

Les brins sont composés de quatrenucléotidesdifférents, tournés vers l’intérieur de la molécule : adénine, thymine, cytosine et guanine.

Il y a unecomplémentaritédes nucléotides : un nucléotide adénine se retrouve en face d’un nucléotide thymine et un nucléotide guanine se retrouve en face d’un nucléotide cytosine.

La succession de nucléotides sur un brin formant un message pour la cellule est appelée uneséquence. Cette séquence est variable selon lesgèneset leursallèles.

Il a fallu plusieurs dizaines d’années et le concours de plusieurs scientifiques de divers domaines pour comprendre la structure de cette molécule.

2. Structure et propriétés de la molécule d’ADN

Contexte et problématique

Questionnement ouvert

Questionnement guidé

Documents

Doc. 1 Modélisation d’une molécule d’ADN

Doc. 2 Les étapes de la découverte de l’ADN et de son rôle

Doc. 3 Visualiser la molécule d’ADN avec Libmol

Liens utiles

Doc. 4 Découvrir les séquences d’ADN avec GeniGen 2

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Doc. 5 La complémentarité des nucléotides

Savoir-faire

Construire un modèle scientifique (maquette)

Réaliser un schéma

Bilan et exercices

Structure et propriétés de la molécule d’ADN

La structure de la molécule d’ADN - Légender un schéma

Structure et fonction de la molécule d’ADN - QCM