Biologie 4e - Edition De Boeck - Sequence 3

BIOTAV4B_VanIn.qxp_Mise en page 1 20/03/2018 16:03 Page1

Ce manuel s’adresse aux élèves de 4e en Sciences de base. Il s’inscrit dans le cadre des nouveaux référentiels de sciences de la Fédération Wallonie-Bruxelles.

conformes aux nouveaux référentiels de sciences de la FWB une iconographie remarquable des chapitres structurés de manière particulièrement claire et composés de doubles pages d’activités pratiques, de pistes d’exploitation, de synthèses de nombreux exercices pour que l’élève puisse tester ses connaissances et exercer ses compétences une mise en pages dynamique

IL ABORDE LE THÈME SUIVANT, COUVERT PAR 1 UNITÉ D’ACQUIS D’APPRENTISSAGE : > Unité et diversité des êtres vivants

Par la densité de son propos, cet outil simple, à la fois riche et accessible, laisse à chaque enseignant le loisir de développer plus ou moins chaque chapitre selon l’intérêt des élèves. L’élève trouvera dans ce manuel le compagnon idéal pour suivre le cours de biologie, grâce notamment à des chapitres très clairement structurés.

Plaisir et désir d’apprendre la biologie : tel est l’un des objectifs de ce manuel ! Cet apprentissage permettra aux jeunes de décoder et de résoudre des situations auxquelles ils sont confrontés. Ils se prépareront ainsi à trouver leur place de citoyens dans le monde technoscientifique qui est le nôtre et à y agir de façon responsable.

De Boeck

ISBN : 978-2-8041-9464-2 572605

vanin.be

BIOLOGIE 4e

Des manuels clairs et attrayants

Sciences de base

Sciences de base

Michèle Cornet Sous la direction de Raymond Tavernier et Claude Lizeaux

Biologie 4e – Sciences de base Docteur en Sciences zoologiques, Michèle Cornet enseigne les sciences au Lycée Saint Jacques de Liège et est collaboratrice de l’Université de Liège. Elle a été aspirante et chargée de recherche au FNRS ainsi que chargée de cours aux Facultés Universitaires de Namur.

Dans la collection « Bio » Biologie 3e – Sciences de base et Sciences générales (3 ou 5 périodes/semaine) Biologie 4e – Sciences générales (5 périodes/semaine) Biologie 4e – Sciences de base (3 périodes/semaine) Biologie 5e – Sciences générales (6 périodes/semaine) Biologie 5e – Sciences de base (3 périodes/semaine) Biologie 6e – Sciences générales (6 périodes/semaine) Biologie 6e – Sciences de base (3 périodes/semaine) Dans la collection « Chimie » Chimie 3e – Sciences générales (5 périodes/semaine) Chimie 4e – Sciences générales (5 périodes/semaine) Chimie 3e/4e – Sciences de base (3 périodes/semaine) Chimie 5e – Sciences générales (6 périodes/semaine) Chimie 5e/6e – Sciences de base (3 périodes/semaine) Chimie 6e – Sciences générales (6 périodes/semaine) Dans la collection « Physique » Physique 3e – Sciences de base et Sciences générales (3 ou 5 périodes/semaine) Physique 4e – Sciences de base et Sciences générales (3 ou 5 périodes/semaine) Physique 5e – Sciences générales (6 périodes/semaine) Physique 5e/6e – Sciences de base (3 périodes/semaine) Physique 6e – Sciences générales (6 périodes/semaine) Dans la collection « Sciences » Sciences 3e – Biologie, chimie, physique (3 périodes/semaine) Sciences 4e – Biologie, chimie, physique (3 périodes/semaine)

Maquette : Michel Olivier, Bordas Couverture : Primo & Primo Mise en pages : Softwin © Éditions VAN IN, Mont-Saint-Guibert – Wommelgem, 2016, De Boeck publié par VAN IN © BORDAS 2004, © BORDAS 2000 et © BORDAS 2001 pour les éditions françaises originales.

Tous droits réservés.

En dehors des exceptions définies par la loi, cet ouvrage ne peut être reproduit, enregistré dans un fichier informatisé ou rendu public, même partiellement, par quelque moyen que ce soit, sans l'autorisation écrite de l'éditeur.

1re édition - 1re réimpression 2018

ISBN 978-2-8041-9464-2 D/2016/0074/054 Art. 572605/02

L’enseignement de la biologie en 4e au cours de sciences de base (3 périodes par semaine)

Ce manuel est une adaptation inédite de la collection « Tavernier / Lizeaux » (Sciences de la Vie et de la Terre, Bordas) au nouveaux référentiels de l’enseignement secondaire de la Fédération WallonieBruxelles pour les cours de sciences de 4e année à 3 périodes/semaine.

Ce manuel est organisé en 6 chapitres couverts par une unité d’acquis d’apprentissage (UAA) : Sciences de base

UAA 3 Unité et diversité des êtres vivants

Les compétences et processus à mobiliser par chapitre sont détaillés en page 3.

Conçu comme un outil de travail en classe avec le professeur, mais aussi en autonomie, le manuel est un auxiliaire pédagogique précieux. Pour en faciliter l’utilisation, chacun des six chapitres est structuré de la même façon : - une page d’ouverture qui pose la problématique ; - deux doubles pages éventuelles permettant de retrouver les acquis des années antérieures de manière active ; - des doubles pages d’activités pratiques variées avec un guide précis pour les manipulations et avec des documents richement illustrés, dont l’analyse en classe permet de développer les différentes compétences chez l’élève, et avec des pistes d’exploitation qui invitent à approfondir le questionnement ; - un texte de synthèse, clair et structuré, avec une terminologie scientifique réduite au strict nécessaire ; - un grand schéma-bilan, permettant la mémorisation des notions essentielles ; - des pages « Pour mieux comprendre » et « Pour en savoir plus » qui répondent à la curiosité des élèves et qui peuvent être intégrées dans la démarche pédagogique du professeur ; - des exercices variés pour tester les connaissances et les compétences.

Les termes marqués d’un astérisque* renvoient à un lexique situé sur la même (double) page.

En fin de manuel sont fournis des corrigés d’exercices : - une correction systématique des « Je connais », pour inviter l’élève à évaluer son degré d’acquisition et de structuration des connaissances ; - la correction de certains exercices « J’applique et je transfère » pour permettre à l’élève de mieux apprécier les critères de réussite d’un exercice et le préparer ainsi à l’évaluation de ses compétences.

Un index final offre à l’élève la possibilité de retrouver rapidement les pages où sont abordés les principaux termes et les notions essentielles. À la fin du deuxième cycle et quel qu’ait été leur niveau dans ce cycle, les élèves devront choisir pour la 5e année entre un cours de sciences de base (3 périodes/semaine) ou un cours de sciences générales (6 périodes/semaine). L’enseignement proposé en 4e doit leur laisser la liberté de modifier leur choix de niveau de sciences pour le cycle supérieur, mais aussi leur offrir les bases d’une culture scientifique et leur permettre de continuer à s’intéresser aux sciences dans leur vie quotidienne. Les auteurs souhaitent que ce manuel puisse modestement y contribuer.

UAA, compétences et processus en sciences de base Sciences de base (3 périodes par semaine)

UAA 3 Unité et diversité des êtres vivants

2

Chapitre 1

Les atomes et molécules constitutifs du vivant

Chapitre 2

La cellule, unité structurale des êtres vivants

31

Chapitre 3

ADN, chromosomes et informations génétiques

51

Chapitre 4

Mitose et cycle cellulaire

71

Chapitre 5

La transmission de l’information génétique

91

Chapitre 6

Parenté et diversité évolutive des organismes

7

115

Corrigés des exercices

145

Index

149

À la fin de l’UAA 3, tu pourras : • malgré leur extraordinaire diversité, mettre en évidence les ressemblances (moléculaires, cellulaires) entre les êtres vivants et induire que ces êtres vivants ont une origine commune ; • expliquer que la molécule d’ADN contient l’information génétique ; • expliquer l’universalité et la variabilité de l’ADN ; • à partir de l’observation des modifications de la biodiversité au cours du temps, émettre une première explication sur la manière dont les espèces évoluent (sélection naturelle).

Pour cela, tu devras acquérir et structurer les ressources suivantes (Connaître)

Chapitres

À partir de documents, identifier les éléments chimiques caractéristiques (C, H, O, N) des molécules qui constituent les êtres vivants (eau et macromolécules organiques (protéines, glucides, ADN, lipides)).

1

Sur base de l’observation au microscope optique, modéliser et comparer des cellules végétale, animale et bactérienne.

2

Réaliser une représentation schématique de la molécule d’ADN (échelle torsadée) à partir de documents.

1, 3

Décrire une expérience de transgénèse qui montre que l’ADN est une molécule contenant une information universelle.

3

Etablir le lien entre chromosomes, ADN et information génétique.

3

Identifier les origines des mutations.

3

Décrire les phases du cycle cellulaire et expliquer le rôle de la mitose.

4

Expliquer les rôles de la méiose et de la fécondation quant à la diversité génétique.

5

Mettre en parallèle les observations de Mendel (expérience de monohybridisme) et la formation des gamètes lors de la méiose.

5

Expliquer comment on caractérise une espèce.

6

Décrire les trois niveaux de biodiversité (niveaux de la génétique, des espèces et des écosystèmes, à partir de différentes observations).

6

Suite aux similitudes cellulaires et moléculaires observées chez les êtres vivants, émettre l’hypothèse qu’ils sont issus d’un ancêtre commun.

6

Montrer, sur une ligne du temps, les grandes crises subies par la biodiversité et rechercher pour une crise en particulier les causes supposées.

6

Expliquer comment la sélection naturelle influence l’évolution d’une espèce.

6

Pour cela, tu devras exercer et maîtriser les savoir-faire suivants (Appliquer)

Chapitres

Comparer les tailles relatives (par exemple : d’une cellule animale, d’une cellule végétale, d’une bactérie et d’une molécule d’eau).

1, 2

Identifier les chromosomes au cours de la mitose sur des images de coupe de microscope optique.

3, 4

Comparer des photographies de caryotypes provenant de cellules différentes

4, 5

Résoudre un problème simple de monohybridisme Pour cela, tu devras développer les compétences suivantes (Transférer) À partir de l’analyse de résultats expérimentaux montrant les variations de la quantité d’ADN au cours du cycle cellulaire, interpréter un graphique de l’évolution de la quantité d’ADN au cours du temps.

5 Chapitres 4, 5

Comparer l’organisation de membres antérieurs de vertébrés et décrire les caractéristiques probables du membre antérieur de leur ancêtre commun.

6

Sur base de l’analyse de documents, expliquer comment évoluent les espèces (par exemple : les pinsons des îles Galápagos, les moustiques du métro de Londres…).

6

3

Comment utiliser ce manuel ?

B Des observations complémentaires

1

Les chapitres sont subdivisés en « Activités pratiques » permettant à d’acquérir et structurer les L’élodée (photographie c) est une plante 1. Prélever une feuille d’élodée prèsl’élève de l’extrémité d’un rameau. aquatique, commune dans les étangs et par les référentiels, de 2. Placer cette feuille sur une lame,notions dans unerequises goutte d’eau. les cours d’eau. s’approprier und). langage scientifique de 3. Recouvrir d’une lamelle et observer (photographie Nous avons vu au chapitre 1 que l’ADN se présente sous forme de chromatine ou, lors des divisions cellulaires, sous forme de chromosomes. On dit souvent que nos caractéristiques, nos « caractères » hérédibase et de développer ses compétences. taires, sont enfermés dans ceux-ci. Le caryotype* individu recèle en effet bienla desmitose informations. × 1000 d’unOn distingue dans quatre stadesCes successifs : se déploient sur deux Activités • Comment réalise-t-on un caryotype ? la ?prophase, la métaphase (les chromosomes sonten alors placés afin dansd’en un même pages vis-à-vis faciliter la • Quelles informations apporte l’étude des caryotypes plan de la cellule et forment une figure appelée plaque équatoriale »), l’anavision« globale.

A La réalisation d’un caryotype au laboratoire phase et la télophase.

Ces doubles pages débutent par un Pour observer des chromosomes, on × 1000 1000 un texte de mise en situation et× par prélève des cellules d’un individu puis, en laboratoire, on attend qu’elles se questionnement précis concernant la divisent (voir Chap. 4).

On photographie ensuite sous microsou les notion(s) à aborder.

Protocole expérimental

Activités pratiques

c

d Si l’observation se prolonge, certains chloroplastes* ne restent pas immo-

• La durée des diverses phases Lexique d’un organisme à l’autre, À Elle la finvarie de chaque double page, des pistes voire d’un tissu à•l’autre.

Par exemple, Chloroplaste : organite cytoplasmique d’exploitation font référence aux différents chez le tradescantia plus globuleux(végétal contenant de la chlorophylle. documents. Ces pistes permettent un • Organite : nom désignant connu sous le nom de misère) : pro- une strucquestionnement permanent dedel’élève sur définie et ture cellulaire forme bien phase, 105 ; métaphase, 50 ; anaphase, les15notions abordées de le et qui afin remplit uneguider fonction cellulaire ; télophase, 30. Au total, 200 de déterminée.actif des stimuler son apprentissage minutes.

• Vacuole : poche incluse dansdle cytonotions et d’exercer ses compétences. plasme, limitée par une membrane et remplie de liquide (eau et diverses substances dissoutes).

Pistes d’exploitation 1 Doc. 1 : Les deux observations a et b sont complémentaires et permettent de découvrir plusieurs composants de la cellule végétale. Lesquels ? Expliquez.

2 Doc. 2 : Quelles informations apportent cette observation ?

3 Doc. 3 et 4 : Réalisez deux dessins légendés correspondant à ces observations.

e

Bilan : Faites un schéma d’une cellule végétale montrant toutes les structures

organites* visibles en microscopie optique.

Doc.3 Le comportement des chromosomes au cours des quatre etphases de la mitose.

Lexique

4

• Carmin acétique : mélange fixant la cellule par l’acide acétique et colorant la chromatine et les chromosomes par le carmin.

• Interphase : période comprise entre deux mitoses.

• Mitose (du grec mitos = filament) : division cellulaire assurant à chacune des deux cellules filles un nombre de chromosomes et une information génétique identiques à ceux de la cellule mère.

M i t o s e e t c y c l e c e l l u l a i Lr ae c Ce hl laupl iet:r eu n4i t é s t r u c t u r a l e C h a p i t r e 2

× 1 000

biles, ils sont entraînés par un déplacement du cytoplasme vivant.

• Le nombre des chromosomes Doc.1 La réalisation d’un caryotype.

Le nombre de chromosomes Doc.3 Observationestdescaracchloroplastes de la feuille d’élodée. téristique de chaque espèce biologique.

Protocole expérimental paroi cellulosique chloroplaste Chez les végétaux, le nombre minimal Des documents pertinents et richement 1. Prélever une toute jeune feuille c illustrés (photographies, schémas, de chromosomes est observé chez dans le bourgeon terminal d’une l’épinard (12) etélodée : le nombre maximal membrane graphiques, protocoles d’expériences…) elle sera moins chargée en × 1000 (cyto)plasmique chez le tilleul (82). chloroplastes que les feuilles plus permettent à l’élève d’accéder à vacuole b âgées.

Chez les animaux, le nombre varie de diverses ressources et le guident dans 2. Faire trois montages 2 chez le parasite responsable duen utilisant son parcours. Ils laissent une large × 1000 successivement comme paludisme à plusieurs centaines pourliquide part à un apprentissage actif avec le d’examen : eau, rouge neutre (phocytoplasme la paramécie (unicellulaire d’eau soutien du professeur. Leur analyse en tographie e), eau iodée. douce). classe ou en autonomie sert de support Remarque : le noyau des cellules e a b Les chromosomes sont n’est pasgénéralement visible. à la réflexion puis à la mémorisation. similaires deux.

L’homme Doc.2 Unedeux comparaisonàentre le caryotype d’une femme (a) en et celui d’un homme (b).

Doc.soit 4 Un23 paires. colorant vital des vacuoles* : le rouge neutre dilué.

52 ainsi 46, possède

des êtres vivants

a

cope les chromosomes de ces cellules après les avoir éventuellement colorés. À l’aide d’un logiciel informatique, on les classe ensuite par paires, des plus grands aux plus petits. Les autosomes ou chromosomes non sexuels sont numérotés ; les gonosomes ou chromosomes sexuels sont notés X et Y.

× 700

de la répartition des chromosomes entre les deux cellules filles B Observation Chromosomesprécise et caryotypes

37

Pistes d’exploitation La terminologie scientifique est réduite au strict nécessaire.

1 Doc. 1 et 2 : Identifiez les cellules en interphase * ; faites un des-

lesde mots nouveaux ou d’usage peu sinNéanmoins, légendé d’une ces biologiques cellules. À quoi reconnaît-on des cellules usuel pour les élèves sont signalés dans les documents par un en cours de mitose ? Faites un dessin pour chacun des stades que astérisque* et renvoient à un lexique situé sur la même double vous pouvez repérer et proposez un ordre chronologique possible. page. Celui-ci en donne une définition simple mais suffisante.

2 Doc. 3 : Dessinez un chromosome en métaphase, puis schématisez son devenir au cours des stades suivants de la mitose.

75

À la fin de chaque chapitre, un texte de synthèse clair et structuré reprend les principales notions vues précédemment. Il sert de support à la mémorisation et doit être mis en parallèle avec les notions vues lors des Activités pratiques.

Synthèse

• En interphase, c’est-à-dire entre deux divisions cellulaires, le matériel génétique présent à l’intérieur du noyau de la cellule se présente sous la forme d’un amas indistinct de fibres de chromatine. Celle-ci est constituée par Dans l’ADN, les bases azotées sont localisées à l’intérieur des molécules d’ADN associées à des protéines. Lors des de l’hélice et sont reliées entre elles, deux à deux, par des divisions cellulaires (mitose et méiose, voir Chap. 4 et 5), liaisons faibles de type « ponts hydrogène ». Les bases ne la chromatine se condense et le matériel génétique appase lient pas au hasard. A s’associe toujours avec T et G raît sous la forme d’éléments en bâtonnets appelés chros’apparie avec C. Les deux brins de l’ADN sont donc comUne cellule qui se divise par mitose donne naissance à phase G2 et commence lorsque la réplication de l’ADN mosomes.

La• La chromatine le chromosome corresplémentaires, chacun représentant la contrepartie prédeux cellules filles qui possèdent le même patrimoine estniveaux achevéedifférents ; aucune de modification n’estdes donc plus apporpondent à des condensation visible de l’autre. Le squelette externe de la double hélice génétique que la cellule mère. Ceci suppose qu’unemêmes copie molécules Ainsi, l’ADN desEn46 chromo-la phase G2 est tée aud’ADN. matériel génétique. revanche, est fait des liaisons entre le phosphate d’un nucléotide et de l’information génétique précède le partage dessomes deux humains représente des filaments d’une longueur une période d’activité métabolique intense durant le pentose du nucléotide suivant. exemplaires réalisé au cours de la mitose. Celle-ci totale a lieude prèslaquelle de 2 m devant êtreprépare contenusactivement dans un noyau la cellule la mitose suivante, L’ADN permet synthèse des en détermi4 à 10 µmnotamment de diamètreen ! Lors des divisions cellulaires, lors la d’une période duprotéines cycle cellulaire située entrededeux multipliant ses protéines et enzymes ainsi nant l’ordre des acides aminés dans« celles-ci (voir la condensation extrême de l’ADN en chromosomes permitoses que l’on appelle interphase ». pour que certains de ses organites comme les centrosomes. information pages 66 et 67). Si la structure de l’ADN est met de séparer plus facilement ces derniers, tandis qu’en universelle, globalement identique pour tous les êtres interphase l’accès aux informations génétiques nécesvivants, la proportion des bases azotées, ainsi que leur saires aux activités cellulaires se fait plus aisément sur la séquence, leur ordre, est unique et propre à chaque individu. molécule nonÀcondensée.

Le cycle cellulaire représente toutes les phases d’activil’issue de l’interphase, toute cellule contient son protés qui caractérisent une cellule depuis sa formation gramme génétique en double exemplaire, chaque filajusqu’à sa reproduction. Les divisions cellulaires sont ment d’ADN est ainsi dupliqué. Lors de la mitose, ce séparées par des périodes de durées variables appelées matériel génétique est partagé de manière strictement interphases. Au cours de celles-ci, la cellule acquiert ses égale. caractéristiques morphologiques propres et effectue ses diverses fonctions. Elle se prépare aussi éventuellement à la division suivante. L’interphase est donc elle-même subdivisée en plusieurs périodes ou phases : G1, S et G2.

Bien que la mitose soit un processus continu, elle est (adénine A, guanine G, cytosine C et thymine T), d’un pentose, le désoxyribose, et d’un groupement phosphate.

Mitose et cycle cellulaire

1 Le cycle cellulaire

2 Le déroulement de la mitose

La synthèse se termine par un « Essentiel » qui reprend en quelques mots clefs les notions principales du chapitre.

1. Les étapes marquantes de la mitose

L’essentiel

conventionnellement divisée en dont plusieurs phases per• La vivant phases’organise G1 (de l’anglais growth, croissance) estLe niveau • Le monde en niveaux structuraux emboîtés. chimique est celui des atomes, mettant de bien comprendre le lipides, phénomène : la prophase, caractéristique des puis cellules le principal est le carbone, celuifonctionnelles. des molécules Les dontcellules l’eau et les molécules organique : glucides, la métaphase, l’anaphase et la télophase.

Chaque phase se transforment pour effectuer les activités métaboprotides et acides nucléiques. est essentiellement caractérisée par l’état des chromoliques qui font leur particularité au sein d’un tissu et H O .

Ceux-ci peuvent s’unir • Les glucides comprennent les monosaccharides ou sucres simples de formule C n 2n n somes et par leur localisation dans la cellule. d’un organe. On dit qu’elles se différencient. Hormis deux à quelques deux pour exceptions former des comme disaccharides.

Ils peuvent aussiouconstituer l’unité de base répétitive de longs les cellules souches • La prophase (du grec pro, en avant) polymères appelés polysaccharides. tumorales, c’est la phase la plus longue du cycle celluLes filaments d’ADN dupliqués commencent à se condenlaire. Elle peutcourants même durer la vie, soit parfois plus molécule de glycérol à laquelle s’attachent • Les lipides les plus sont toute les triglycérides formés d’une ser, ils deviennent progressivement visibles dans la celLA MÉIOSE ASSURE LE PASSAGE DE LA DIPLOÏDIE À L’HAPLOÏDIE de cent dans le ou casnon, par exemple desportant cellulesque muscutrois acides grasans, identiques saturés (ne des liaisonslule simples) insaturés (présentant une sous ou forme de chromosomes doubles, c’est-à-dire lairesdoubles ou des neurones. ou plusieurs liaisons). Dans les phospholipides, le glycérol porteformés deux de acides et un groupement 2n deuxgras chromatides.

Les centrosomes, dupliqués quantité d’ADN phosphate. stéroïdes sontsynthèse) constituésest delacycles carbonés accolés • LaLes phase S (pour période du cycle où les uns lorsaux de autres. l’interphase, se dirigent chacun vers l’un des pôles 2n 2Q s’effectue la reproduction conforme du patrimoine de la cellule.

Ils seront à la base de la fabrication du • Les protéines ont pour unité de base les acides aminés. Il en existe vingt qui diffèrent par leur radical. Ils 1re division génétique.

Cette réplication l’ADN commence n fuseau mitotique et, dans les cellules s’unissent par des liaisons peptidiques etdeforment des chaînes en polypeptidiques.

L’enroulement de ces dernièresanimales, de l’aster 2e division endroits du brin appelés « yeux deetréplicaconstitué protéiques appelées microtubules.

Q confère différents aux protéines leur structure tridimensionnelle leur fonction. Parmi leursde trèsfibres nombreuses fonctions, » pourservent se terminer lorsquepour toute molécule est n Dans les les cellules végétales, le centrosome n’a pas de certainestion protéines de catalyseur leslaréactions biochimiques.

Ce sont enzymes.

Q/2 recopiée. La réplication fait intervenir une enzyme, l’ADN méiose centrioles et l’aster n’existe pas. On observe à la place temps • L’ADNpolymérase, est un long qui polymère à la de famille desdes acides nucléiques dont l’unité de base est le permetappartenant de créer, en face chacun une zone plus claire. nucléotide. estl’ADN forméinitial, d’un pentose sur lequel s’attache un groupement phosphate et une base azotée, deuxCelui-ci brins de un nouveau brin totalement Durant la prophase, dans les deux types de cellules,LA se MÉIOSE ET LA FÉCONDATION ASSURENT LE BRASSAGE GÉNÉTIQUE adéninecomplémentaire.

(A), thymine (T),Ainsi, cytosine (C) et (G). L’ADN Aest formé de deux brins dont les bases sont en face de guanine chaque nucléotide met en place entre les deux pôles de la cellule un fuseau MÉIOSE FÉCONDATION diversité des complémentaires deuxvient à deux (A – un T etnucléotide C – G) etT.qui une double hélice régulière. En du brin initial se fixer De s’enroulent même, en pour former mitotique, structure constituée essentiellement de gamètes mâles interphase, matériel apparaît sous forme chromosomes ne sont visibles que lors facelede chaquegénétique nucléotide G, l’enzyme place de unchromatine. nucléo- Lesmicrotubules qui relient les centrosomes aux centrodes divisions tide C,cellulaires. etc. Ainsi, à la fin du processus, la cellule contient MENDEL, UNE MÉTHODOLOGIE NOVATRICE mères de chacun des chromosomes. diversité deux filaments d’ADN identiques entre eux et identiques des gamètes 2. Des hybridations en grand nombre • La métaphase (du grec meta, transformation) 1. Un choix rigoureux de plantes à l’ADN d’origine. Chacun de ces filaments est alors femelles La condensation des chromosomes dupliqués est maxiconstitué d’un brin de l’ADN initial et d’un brin nouvel- àMENDEL, caractères différentiels constants UNE MÉTHODOLOGIE NOVATRICE 1 2 3 4 5 • Expérience no - produisant des hybrides fertiles male. Ils sont alignés à l’équateur du fuseau mitotique lement formé. Les deux chromatides (ou filaments - protégées pollens 1.

Un choixd'autres rigoureux de plantes 2. Des hybridations en grand nombre A. Définissezd’ADN) les mots ou expressions : D. Exprimez des de idéesl’autre importantes…

• Plants parents 15 10 10 10 5 par leur centromère. restent néanmoins solidaires l’une au organite, noyau, vacuole, chloroplaste, mitochondrie, rédigeant une ou deux phrases utilisantL’ensemble chaque diversité des cellules œufs - à caractères différentiels constants des chromosomes dupliqués ainsi rangés niveau d’une zone qui formera…en le centromère du chron •• Hybridations 58 35 40 23 2UNE combinaisons MENDEL, MÉTHODOLOGIE bactérie, eucaryote, procaryote. groupe de mots ou expressions : 1 2 des 3 individus) 4 5 Expérience no (= 60 diversité - produisant des hybrides fertiles gamétiquesNOVATRICE mosome mitotique double. forme une figure appelée plaque équatoriale. a. eucaryote, matériel génétique, enveloppe nucléaire, - protégées d'autres pollens 1. Un choix rigoureux de plantes 2. Des hybridations nombre • Plants parents en grand 15 10 10 10 5 cytoplasme.

B. Donnez le nom…

Schéma-bilan

rép

lic

atio

n

La transmission de l’information génétique

Un grand Schéma-bilan complète la synthèse et sert du support visuel à la mémorisation des notions principales du chapitre.

a. ...du type d’organisation cellulaire caractérisé par la présence d’un noyau délimité par une enveloppe. b. ...de l’organite spécifique des cellules végétales chlorophylliennes.

C. Vrai ou faux ?

Parmi les affirmations suivantes, recopiez celles qui sont exactes et corrigez celles qui sont erronées a. Toute cellule possède un noyau limité par une membrane entourant le matériel génétique. b. Les chloroplastes sont des organites cyto-plasmiques caractéristiques des cellules végétales. c. Les mitochondries sont des organites cyto-plasmiques caractéristiques des cellules animales.

b. procaryote, cytoplasme, ADN. c. vacuole, cellule végétale, chloroplastes, paroi. d. cellule, êtres vivants, unité structurale.

E. Quelles propositions… …sont vraies pour les cellules procaryotes et pour les cellules eucaryotes ? a. Elles contiennent un noyau délimité par une enveloppe. b. Le matériel génétique est séparé du cytoplasme par une membrane. c. Le cytoplasme contient différents organites limités par une membrane. d. La taille des cellules est généralement supérieure à 10 µm.

34 6

37 7

10

10

• Hybridations 60 58 35 40 23 34 1 2 par3des symboles 4 5 6 • Expérience no modélisée 4. Une interprétation

37 7

ANALYSE DE LA TRANSMISSION DES CARACTÈRES

- à caractères différentiels constants - produisant des de hybrides fertilesdes 3.

Une analyse statistique résultats Croisement lignées pures - protégées d'autres pollens

Une interprétation modélisée par des symboles

Tous les chapitres se terminent par des exercices variés • Pour un caractère : A est l’allèle dominant a est l’allèle récessif × regroupés selon les trois axes des développements attendus 4.

Une interprétation modélisée par des symboles 3. Une analyse statistique des résultats • L’hybride Aa produit des cellules sexuelles qui s’associent au hasard : Phénotype : [gris] [blanc] Connaître, Appliquer et Transférer. des référentiels : Génotype : GG gg Gamètes mâles

J’applique et je transfère 1

7 10

Interpréter une micrographie

Une coupe très mince a été réalisée à l’aide d’une lame de rasoir dans une feuille de Seringa. Après coloration, la coupe a été montée entre lame et lamelle dans une goutte d’eau et photographiée sous microscope optique.

un caractère •Pour Plants parents : A est 15 le trait 10 dominant 10 10 5 10 10 a est le trait récessif • Hybridations 60 58 35 40 23 34 37 • L'hybride Aa produit des cellules sexuelles qui s'associent au hasard : Pour un caractère : A est le trait dominant a est le trait récessif Gamètes mâles • L'hybride Aa produit des cellules sexuelles qui s'associent 1/2 Apar des symboles 1/2 a 4. Uneau interprétation modélisée 1/2 A 1/2 a hasard : 1/2 A Pour un caractère : A est le trait AA dominant Aa AA Aa 1/2aAest le trait récessif Gamètes mâles

P

FP1

3. Une analyse statistique des résultats

×

F FP12

Gamètes femelles

82

6 10

1/2 A sexuelles qui1/2 a • L'hybride Aa produit des cellules s'associent 1/2 a Aa aa au hasard1/2 : A 1/2 a AA Aa Aa aa Proportion : 100 % F2 toutes: les expériences de monohybridisme, Dans le Phénotype [gris] F Gamètes mâles 1 grand nombre d'individus comptésGg en F1 permet Génotype : 1/2 1/2 a est mise à1/2 AaA• Proportion aa aphénotypes d'établir le rapport 3/4 et 1/4 entre la forme dominante • L'interprétation l'épreuve par autofécondation des des 1/2 plusieurs A et la forme récessive. sur ou par croisements-tests La synthèse des protéines esthybrides un processus complexe générations AA d’un croisement Aa Dans toutes les expériences de monohybridisme, le monohybride : 3 : 1 F2 grand nombre d'individus comptés en F1 permet d'établir le rapport 3/4 et 1/4 entre la forme dominante La synthèse des protéines fait intervenir différents de l’information génétique, l’ARN • L'interprétation miseporteur à l'épreuve par autofécondation des 1/2acteurs a est: l’ADN aa messager, copie éphémère du gène transmettant l’information de l’ADN Aa au lieu de synthèse cytoplasmique, et et la forme récessive. hybrides sur plusieurs générations ou par croisements-tests le ribosome, organite servant d’atelier d’assemblage des protéines.

UNE RUPTURE DANS DE L'HÉRÉDITÉ 25 % Proportion : 50 % LA CONCEPTION 25 % Dans toutes les expériences de monohybridisme, le Phénotype : [gris] Des structures membranaires [gris] [blanc] grand nombre d'individus comptés en F1 permetd’une grande diversité…

Génotype : ne se faitGg GG 1.

L'hérédité pas parlamélange 2. L'hérédité estgg particulaire d'établir le rapport 3/4 et 1/4 entre forme dominante • L'interprétation est mise à l'épreuve par autofécondation des Cette double page présente les structures Cellule animale et UNE la forme récessive. DANS e hybrides sur plusieurs générations ou par croisements-tests cellulaires fondamentales visibles DE au L'HÉRÉDITÉ particule particule RUPTURE LA CONCEPTION ADN microscope électronique. L’objectif n’est support support Il n'y a pas de transition graduelle entredans leslecaractères a pas d’étudier détail l’organisadu trait du trait tion des divers organites mais simpleparentaux.

INFORMATION 1. L'hérédité ne se fait pas mélange 2. L'hérédité récessif est particulaire dominant mentpar de vous aider à mieux comprendre

×

A

×

Pour en savoir plus…

Pour mieux comprendre…

A

P o u r r e t r o u v e r l e s a cq u i s

Les substances minérales et organiquesparticule

TRANSCRIPTION UNE RUPTURE DANS LA CONCEPTION DE L'HÉRÉDITÉ 1 support

Il n'y a pas de transition graduelle entre les caractères 1 75 % parentaux. homme 59 %fait pas par mélange 1. L'hérédité ne se

TRANSCRIPTION L’ADN maïs ne quittec pas le noyau. Il y est « recopié » en d ARN messager.

du trait récessif eau

Certains chapitres débutent par une double page « Pour retrouver les acquis » permettant à l’élève de réactiver des notions vues dans les années antérieures.

D’autres chapitres présentent des pages « Pour mieux comprendre » et « Pour en savoir plus » qui répondent à la curiosité des élèves.

105

particule support du trait dominant

b

T A C U A G

2. L'hérédité est particulaire sels minéraux

membrane plasmique

sous forme de chromatine et un membrane ou des nucléoles où sont assemdélimitant Les acides am inés blés les ribosomes. l’organite 095/bilan 1(etles nucléotides) nécessaires sont am enés parla circulation b sanguine

a 3

66

c

8

a Noyau.

La protéine synthétisée estlibérée dans le cytoplasm e ou dans les citernes du réticulum endoplasm ique rugueux (R ER ).

10 %

4 5

Les grands groupes de substances organiques 095/bilan • Les glucides (ou hydrates de carbone) comprennent les

SVT Term S - 729598 glucides simples ou sucres rapides (commes’effectuent le glucose,dans le des compartiments séparés.

Doc.115Dans eucaryote, la transcription et la traduction %2 une cellule

1. enveloppe nucléaire (membrane délimitant l’organite).

2. pores (percharcuterie mettant les échanges entre noyau et cytoplasme). 3. nucléole. 4. chromatine. 5. nucléoplasme.

46

aux faces externes du réticulum endoplasmique.

SVT Term S - 729598

2

15 % 60 %

× 10 000

glucides noyau particule « Les caractères récessifs18réapparaissent dans18 % TRANSFERT DE particule lipides % 18 % support support L’INFORMATION L'hérédité est indirecte, ARNm les caractères sont gouvernés par des éléments Il toute n'y a pas transition graduelle entre les caractères leur de intégrité à côté 4,3 % des caractères dominants 1,7 % 0,8 % 4,5 % 0,7 % protides du trait du trait L’ARNm quitte particulaires : A parentaux. … sans exception pour tous les caractères mis en le noyau par lesG U cytoplasme dominant récessif pores -nucléaires sous? Quelles plusieurs formes organismes vivants conclusions tirez-vousdistinctes, de Doc.»1 Quelles sont les substances minérales et organiques entrant dans la composition desexistant expérience. la comparaison entre la composition chimique d’un animal et d’un végétal ? - transmis de façon indépendante et aléatoire à la descendance.

Mendel « Les caractères récessifs réapparaissent dans L'hérédité est indirecte, les caractères sont gouvernés par des éléments toute leur intégrité à côté des caractères dominants acides eau aminés : particulaires ribosome 2 TR AD U C TIO N … sans exception pour tous les caractères mis en protides 36,7 % - existant sous plusieurs formes distinctes, Le ribosom e décode le glucides expérience. » 88,1 % m essage génétique lipides 7,5 % Val 10,9 % l’AR N m - transmis de façon indépendante et aléatoireappor à télapardescendance.

Mendel 55 % etassem ble les acides sang « Les caractères récessifs réapparaissent dans Organite spécialisé dans la respiam inés dans l’ordre Le noyau contient l’information Les ribosomes G% U 0,2 A % sont de petits orga0,8 prescrit. est indirecte, les caractères gouvernés par des éléments blanc d’œufnites génétique depain la cellule.

Avec un ration L'hérédité cellulaire, c’est-à-dire dans spécialisés danssont la synthèse toute leur intégrité à côté des caractères dominants 0,8 % diamètre d’environ 5 µm, c’est le la dégradation des2 nutriments particulaires :TRADUCTION des protéines : ce sont les « ateliers … sans exception pour tous les caractères mis en carbonés. plus gros des organites intracelluLes mitochondries sont de montage » où s’enchaînent les - existant sous plusieursacides formes distinctes, expérience. » protéines laire. Le noyau contient le matédonc les « centrales énergétiques » aminés. Les ribosomes sont - transmis de façon indépendante aléatoire à la descendance. riel chromosomique « dispersé » de la cellule. libres dans la et cellule ou attachés Mendel × 10 000

48

l’ultrastructure cellulaire telle qu’elle peut être observée au microscope électronique à transmission (MET).

× 40 000

1- Grâce à vos observations, déterminez si le Seringa est un organisme eucaryote ou procaryote.

2- Faites un schéma légendé d’une des cellules observées montrant toutes les structures et organites visibles en microscopie optique.

L a t r a n s m i s s i o n d e l ’ i n f o r m a t i o n g é n é t i q u e Chapitre

Je connais

5

Exercices

Gamètes femelles Gamètes femelles Gamètes femelles

24

saccharose, le lactose...) et les glucides complexes ou 1 sucres lents de saveur non sucrée comme l’amidon.

• Les protides sont surtout représentés par les protéines. protéine est une chaîne plus ou moins replis Une membranaires 095/bilan longue d’acides aminés.

1. un ribosome. internes • LesSVT lipides ou corps sont très variés. Les prinTerm S -gras 729598 b Mitochondrie. c Ribosomes. cipaux lipides alimentaires sont des triglycérides, grosses molécules formées de glycérol et de trois acides gras.

• Les vitamines sont des substances organiques de natures variées, sans valeur énergétique mais néanmoins indispensables à un bon équilibre alimentaire.

Doc.2 Quelles méthodes peuvent être utilisées pour rechercher la présence de certaines catégories de molécules organiques dans les aliments ?

5

UAA 3

Unité et diversité des êtres vivants CHAPITRE 4

CHAPITRE 1 Les atomes et molécules constitutifs du vivant

Pour retrouver les acquis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Activités pratiques 1 Les différents niveaux structuraux . . . . . . . . . . . . . . .

2. De la chimie minérale à la chimie du vivant . . . . . . .

3. Les glucides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4. Les lipides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5. Les protides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6. Les acides nucléiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Synthèse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Pour mieux comprendre…

Activités pratiques 8 10 12 14 16 18 20 22

• …les familles de molécules organiques . . . . . . . . . . . . . 26

Exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

28

Synthèse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Pour mieux comprendre…

32 34 36 38 40 42

• …l'organisation cellulaire au microscope électronique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

Exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

48

CHAPITRE 3 ADN, chromosomes et informations 52 54 56 58 60

• …les organismes génétiquement modifiés . . . . . . . . . 64

Pour en savoir plus…

• …la synthèse des protéines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

Exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

76 78 80 82

• …tumeurs et cancers : quand les mitoses s’emballent . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

Exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 La transmission de l’information génétique

1. Reproduction sexuée et cycle de développement . . .

2. La méiose assure le passage de la diploïdie à l’haploïdie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3. Méiose et fécondation assurent le brassage génétique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4. Mendel et la naissance de la génétique . . . . . . . . . . .

5. Les caractères monogéniques dans l’espèce humaine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Synthèse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Pour mieux comprendre…

92 94 96 98 100

• …les anomalies du nombre de chromosomes . . . . . . 106

Pour en savoir plus…

Exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Activités pratiques

Synthèse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Pour mieux comprendre…

74

• …la formation des spermatozoïdes et des ovules . . . 108

génétiques

1. Chromosomes et caryotypes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. L’ADN : support de l’information génétique . . . . . . .

3. Les mutations à l’origine d’une diversité génétique . .

4. Le transfert de gènes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Synthèse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Pour mieux comprendre…

72

Activités pratiques

vivants

1. Observation de cellules animales . . . . . . . . . . . . . . . .

2. Observation de cellules végétales . . . . . . . . . . . . . . . .

3. La cellule est formée de compartiments spécialisés . .

4. Un autre type d’organisation cellulaire . . . . . . . . . . .

1. Cycle cellulaire et réplication de l’ADN . . . . . . . . . . .

2. Observations microscopiques de cellules végétales en mitose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3. Lors de la mitose, les structures cellulaires se modifient . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4. La séparation des deux cellules filles ou cytocinèse . .

5. Un même processus, des finalités différentes . . . . . .

CHAPITRE 5

CHAPITRE 2 La cellule : unité structurale des êtres

Pour retrouver les acquis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Activités pratiques

Mitose et cycle cellulaire

68

110

CHAPITRE 6 Parenté et diversité évolutive des organismes

Pour retrouver les acquis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 Activités pratiques 1. La biodiversité ou diversité des êtres vivants . . . . . . .

2. Des ressemblances entre tous les êtres vivants . . . . .

3. Des critères de parenté entre les êtres vivants . . . . .

4. La définition de l’espèce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5. Les extinctions en masse des êtres vivants . . . . . . . .

6. Les mécanismes de l’évolution . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Synthèse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Pour mieux comprendre…

118 120 122 124 126 128 130

• …la taxonomie : une première classification du vivant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 36 • …la phylogénie : une classification évolutive du vivant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138

Exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6

140

3 chapitre

ADN, chromosomes et informations génétiques Toutes les cellules, qu’elles soient eucaryotes ou procaryotes, renferment de l’ADN. Celui-ci contient l’ensemble des instructions codées nécessaires à la réalisation de toutes les activités de la cellule. Le présent chapitre montre comment les chromosomes et l’ADN qu’ils contiennent sont le support des gènes et comment ceux-ci déterminent la réalisation des caractères héréditaires des individus.

Photographie : chromosomes humains doubles observés lors d’une division cellulaire en microscopie électronique à balayage (MEB) (fausses couleurs).

51

Activités pratiques Chromosomes et caryotypes

1

Nous avons vu au chapitre 1 que l’ADN se présente sous forme de chromatine ou, lors des divisions cellulaires, sous forme de chromosomes. On dit souvent que nos caractéristiques, nos « caractères » héréditaires, sont enfermés dans ceux-ci. Le caryotype* d’un individu recèle en effet bien des informations.

• Comment réalise-t-on un caryotype ?

• Quelles informations apporte l’étude des caryotypes ?

A La réalisation d’un caryotype au laboratoire Pour observer des chromosomes, on prélève des cellules d’un individu puis, en laboratoire, on attend qu’elles se divisent (voir Chap. 4).

On photographie ensuite sous microscope les chromosomes de ces cellules après les avoir éventuellement colorés. À l’aide d’un logiciel informatique, on les classe ensuite par paires, des plus grands aux plus petits. Les autosomes ou chromosomes non sexuels sont numérotés ; les gonosomes ou chromosomes sexuels sont notés X et Y.

Doc.1 La réalisation d’un caryotype.

a

52

b

Doc.2 Une comparaison entre le caryotype d’une femme (a) et celui d’un homme (b).

B

Des renseignements divers fournis par l’analyse des caryotypes

Le nombre chromosomique n est caractéristique d’une espèce. Ce nombre varie d’une espèce à l’autre. Ainsi, chez l’humain, n = 23 : il y a donc 2n, soit 46 chromosomes humains.

Chez la drosophile ou petite mouche du vinaigre, il n’y a que quatre paires de chromosomes.

Doc.3 Le caryotype est caractéristique de chaque espèce.

• Les chromosomes peuvent perdre certaines parties, en gagner ou encore en échanger comme sur la photo ci-contre. Cela peut n’avoir aucun effet, ou au contraire provoquer des maladies comme des cancers, augmenter la diversité génétique ou encore conduire à de nouvelles espèces…

Doc.4 Des anomalies dans le nombre ou la structure des chromosomes.

Lexique • Caryotype : (du grec karyon, noyau, et tupos, modèle) représentation et classement des chromosomes d’une cellule observée au microscope optique lors de sa division (en métaphase de la mitose, voir Chap. 4).

Pistes d’exploitation 1 Doc. 2 : Combien de chromosomes comporte un caryotype humain ? Quelle différence y a-t-il entre le caryotype d’un homme et celui d’une femme ?

2 Doc. 3 : Quelles différences constatez-vous entre les chromosomes humains et ceux de la drosophile ?

3 Doc. 4 : Citez une anomalie chromosomique viable bien connue.

4 Bilan : Pourquoi est-il possible d’affirmer que les chromosomes sont le support de l’information génétique ?

53

Photographie : les chromosomes humains 12 (turquoise) et 7 (rouge) ont échangé des fragments chromosomiques.

A D N , c h r o m o s o m e s e t i n f o r m a t i o n s g é n é t i q u e s Chapitre

3

• Les anomalies dans le nombre de chromosomes sont facilement repérables dans un caryotype.

Chez l’être humain, hormis quelques exceptions, elles provoquent généralement la mort et le rejet de l’embryon car elles ne permettent pas le développement de l’individu.

2

Activités pratiques

L’ADN : support de l’information génétique

Les gènes correspondent à des instructions utilisées par les cellules pour accomplir différentes fonctions : on parle d'information génétique. Les gènes déterminent les caractéristiques de l’individu, ses « caractères héréditaires ». Un gène peut être défini comme un fragment de la molécule d’ADN, qui sert ainsi de support matériel à l’information héréditaire.

• Comment les molécules d'ADN peuvent-elles stocker de telles informations ?

A

Les gènes : des informations « écrites » avec 4 lettres seulement T

T

A

A

G

G

A

G

A

C

C

A

A

A

A

T

T

C

C

T

C

T

G

G

T

T

Doc.1 Un exemple de message génétique : séquence complète du gène de la ß-globine*.

Dans le noyau d’une cellule humaine, il y a : • 46 chromosomes, soit 46 molécules d’ADN différentes (soit une longueur totale d’environ 2 mètres),

L’INFORMATION GÉNÉTIQUE .... .... D’UNE PETITE BACTÉRIE

• 25 000 gènes environ (présents en deux exemplaires), • ±3,3 milliards de paires de nucléotides.

.... D’UNE CELLULE HUMAINE

c'est 2 × 3,3 milliards de lettres c'est 2 × 3 millions de lettres

un gène

Une région peut contenir environ une quinzaine de gènes

soit

soit

2 encyclopédies de 1 000 pages comprenant 3 000 caractères par page (5 cm d'épaisseur)

2 × 1 100 encyclopédies de 5 cm d'épaisseur empilées les unes sur les autres : 2 × 55 m de hauteur, soit deux immeubles de 20 étages

Un chromosome contient de très nombreux gènes

54

Doc.2 Le génome* humain : une énorme quantité d’informations.

B

Les gènes : des parties d’ADN À titre d’exemple : fonction et localisation de 5 gènes humains rh_adn

gène permettant aux cellules de la rétine de produire un pigment photosensible, la rhodopsine

chromosome 3 gène qui détermine la nature du groupe sanguin

gpeA_adn activité cellulaire

chromosome 9 hb_adn

gène qui permet aux cellules sanguines de produire la ß-globine gh_adn

tyr_adn

gène utilisé par les cellules de la peau pour fabriquer une enzyme (la tyrosinase), responsable de la pigmentation

chromosome 11

gène gouvernant la synthèse de l’hormone de croissance

chromosome 17

Doc.3 Comparaison de messages codés.

• ß-globine : l’une des chaînes constitutives de l’hémoglobine contenue dans les globules rouges.

• Génome : totalité du matériel génétique d'une cellule, d'un chloroplaste, d'une mitochondrie ou d'un virus. Il s'exprime en nombre de paires de bases (pb).

Pistes d’exploitation 1 Doc. 1 : En général, les généticiens qui décryptent le génome n’indiquent qu’un seul brin d’ADN. Expliquez pourquoi cette information est suffisante.

2 Doc. 2 : Si tous les chromosomes avaient la même taille, estimez quel serait le nombre moyen de gènes par chromosomes.

3 Doc. 3 : Comparez ces séquences : en quoi les gènes diffèrent-ils les uns des autres ?

4 Doc. 3 : Rédigez un texte argumenté expliquant de quelle manière l’ADN peut coder de multiples informations, différentes les unes des autres.

55

Lexique

A D N , c h r o m o s o m e s e t i n f o r m a t i o n s g é n é t i q u e s Chapitre

3

Début des 5 séquences d’ADN

Activités pratiques

3

Les mutations à l’origine d’une diversité génétique

Une mutation est une modification accidentelle de la séquence de nucléotides d’un gène. Cette modification peut changer la signification du message génétique Les mutations peuvent ainsi avoir des conséquences sur l’activité cellulaire et sur l’organisme tout entier.

• Quelle est l’importance de cette variabilité de l’ADN sur l’apparition des caractères héréditaires ?

A Les mutations introduisent une variabilité de l’information génétique

c a d

b a. rat pie. b. hamster sans poils. c. drosophile souche sauvage. d. drosophile, ailes vestigiales (réduites). e. drosophile, yeux blancs. f. drosophile, yeux bar (réduits à une ligne).

e f

Doc.1 Des exemples de mutants*.

Un gène peut présenter diverses formes que l’on appelle des allèles. Ainsi, le gène codant pour le caractère « couleur d’une fleur » pour avoir un allèle « blanc » qui donnera une fleur de couleur blanche, ou un allèle « mauve » qui donnera une fleur de couleur mauve.

On connaît dans l’espèce humaine plusieurs allèles d’un même gène impliqué dans la pigmentation de la peau : l’un de ces allèles est bien connu car il est res-

56

Doc.2 Des « fautes de frappe » à l’origine des allèles.

ponsable d’une absence de pigmentation et se traduit par l’albinisme (absence héréditaire d’un pigment, la mélanine). Ce document présente la comparaison de trois allèles de ce gène (seul un fragment du gène est ici présenté et pour chaque allèle on a indiqué la séquence d’un seul brin d’ADN – traitement obtenu avec le logiciel « Anagène » – CNDP/INRP).

B

Une étude expérimentale de la fréquence des mutations Les levures sont des champignons unicellulaires qui se reproduisent par bourgeonnement. Sur un milieu nutritif en boîte de Pétri, on dépose des cellules isolées de levure. Chaque cellule, en se multipliant, donne naissance à une colonie qui devient visible à l’œil nu lorsqu’elle est suffisamment développée.

Obtention de mutants On met en culture sur un milieu nutritif en boîte de Pétri des cellules d’une souche de levure qui forme normalement des colonies de couleur rouge (c’est une caractéristique héréditaire due à un allèle particulier). Juste après avoir été étalées, ces cellules sont soumises à un rayonnement ultraviolet.

Lorsque les colonies sont développées, on constate la présence de quelques colonies blanches parmi les colonies rouges. a

Étude quantitative – Photographie a : résultat obtenu après une exposition aux rayons UV pendant 30 secondes.

– Photographie b : résultat obtenu après une exposition aux rayons UV pendant 80 secondes.

– Graphique ci-dessous : résultat d’une expérience où l’on a fait varier la durée d’exposition aux rayons ultraviolets. % de colonies mutantes

50

30 20 10

b

0 0

20

40 60 80 durée d’exposition aux UV (secondes)

Doc.3 La fréquence des mutations dans une culture de levures.

• Allèles : (du grec allelos = l’un, l’autre) : désigne chacune des versions possibles d’un même gène.

• Mutant : individu ou cellule présentant un caractère nouveau, absent chez l’individu ou la cellule dont il est issu. Mutant veut dont dire « nouveau », mais pas forcément « anormal ».

Pistes d’exploitation 1 Doc. 1 : Recherchez d’autres exemples de caractères génétiquement déterminés dont il peut exister plusieurs variantes.

2 Doc. 2 : Que peut-on dire de la séquence de nucléotides de ces allèles ? Que signifie l’expression imagée « faute de frappe » ?

3 Doc. 3 : L’exposition au rayonnement ultraviolet est-elle indispensable pour obtenir des mutants ? Définir alors l’effet produit par l’exposition aux UV.

4 Bilan : Pourquoi peut-on affirmer que les mutations sont une source de diversité du monde vivant ?

57

Lexique

A D N , c h r o m o s o m e s e t i n f o r m a t i o n s g é n é t i q u e s Chapitre

3

40

Activités pratiques Le transfert de gènes

4

Un OGM est un organisme génétiquement modifié. Une partie de son ADN a été remplacé par l’introduction d’un gène provenant souvent d’une espèce différente. La transgenèse, c’est-à-dire la modification artificielle du génome d’un organisme, apporte à celui-ci un caractère héréditaire nouveau.

• Comment réalise-t-on une transgenèse et quels en sont les intérêts ?

A

Des OGM dans le monde animal

Saumon normal : croissance modérée production d’hormone de croissance en été seulement

Anguille de roche : forte croissance production d’hormone de croissance tout au long de l’année ovule fécondé extraction d’un gène "antigel" qui permet la production continue d’hormone de croissance, même en hiver

noyau du spermatozoïde

ovule fécondé

pipette immobilisant l’œuf par aspiration

noyau de l’ovule

micropipette contenant en solution des copies du gène à transférer

Photographie : deux saumons de la même espèce et du même âge, l’un transgénique et l’autre « sauvage ».

Saumon transgénique : forte croissance grâce à une production continue d'hormone de croissance

Doc.1 Une technique de transgenèse animale : la micro-injection de gènes.

Certains mammifères comme les vaches, les chèvres… peuvent être génétiquement modifiés afin de synthétiser du lait dans lequel sont incorporés des molécules intéressant la santé humaine comme des hormones, des médicaments, des enzymes, etc.

Doc.2 Chèvre transgénique produisant dans son lait de l’hormone

de croissance humaine.

58

B

Des OGM à buts alimentaire ou thérapeutique Beaucoup de plantes cultivées sont victimes d’insectes ravageurs. C’est le cas du maïs dont les plants peuvent être dévorés par la chenille d’un papillon, la pyrale.

Or, certaines bactéries (Bacillus thuringiensis) fabriquent une protéine toxique pour la larve de pyrale. Elles possèdent donc le gène qui détermine cette synthèse. En introduisant ce gène « intéressant » ou « gène d’intérêt » dans le génome du maïs, on obtient un maïs transgénique dont les cellules fabriquent cette protéine. L’insecte qui s’attaque à ce maïs est aussitôt intoxiqué : la culture est ainsi efficacement protégée.

Doc.3 Du maïs transgénique résistant à un insecte ravageur.

30

28

27

26

29 cellule humaine insuline humaine

25

24 extraction

du gène de l’insuline

L’insuline est une hormone de nature protéique constituée de deux chaînes d’acides aminés. Elle est chimi11 8 quement assez peu différente d’un mammifère à l’autre Ala 7 Cys 6 5 Val Cys Gln Ser puisque seuls les acides aminés 8, 9 et 10 varient. Elle Ser 910 Cys 12 11 8 joue chez tous le même rôle dans l’organisme.

Ala 7 Cys 6bœuf 5 Cys Gln Pour soigner les diabétiques, dont le pancréas ne peut produire d’insuline, on peut injecter des hormones Val bœuf Ser Gly 910 Cys 12 d’origine animale. Cependant, on préfère actuellement 11 8 Ala 7 Cys 6 5 utiliser de l’insuline humaine : celle-ci est produite par Val Cys Gln Ser des bactéries auxquelles on a injecté une séquence Gly 910 Cys 12 11 8 65 d’ADN correspondant au gène de l’insuline humaine.

Ala 7 Cysmouton Cys Gln L’insuline ainsi obtenue est strictement identique à Ile intégration du gène Ser cellebactérie naturellement produite par l’homme.

Ser 910 Cys 12 mouton dans l’ADN

de bactéries extraction du gène intégration du gène cellule humaine de l’insuline bactérie dans l’ADN CCGTAACACCTTGTTACGACA de bactéries TGGTCGTAGACGAGGGAGATG GTCGACCTCTTGATGACGTTG CCGTAACACCTTGTTACGACA séquence du gène de la chaîne A (brin transcrit) ADNTGGTCGTAGACGAGGGAGATG GTCGACCTCTTGATGACGTTG séquence du gène de la chaîne A (brin transcrit) ADN

production d’insuline

production d’insuline

11

8

Thr 7 Cys 6 5 Ile Cys Gln Ser Ser 10 Cys 9 8

11

12

Thr 7 Cys 6 5 Cys Gln

Doc.4 Des organismes modifiés pour soigner.

Pistes d’exploitation 1 Doc. 1 à 4 : Pour chaque exemple, indiquez quels est l’organisme transgénique, le donneur, le gène transféré, le caractère héréditaire nouveau induit par ce gène d’intérêt chez le receveur.

2 Doc. 1 à 4 : Montrez que la transgenèse implique que le support de l’information génétique ainsi que les mécanismes de

3

Val Ser Ser 910 Cys 12

A D N , c h r o m o s o m e s e t i n f o r m a t i o n s g é n é t i q u e s Chapitre

Tyr Gln Ser Leu 14 15 Leu Ser 910 Cys 12 13 chaîne A 11 16 Glu 87 3 2 Thr Cys 6 5Tyr 4 17 Asn 1 Val Ile Gln Ile Cys Leu Ser Gln 14 Glu15 Leu Gly 18 Tyr Asn Ser 910 Cys 12 13 chaîne 19 ACys 21 11 8 16 Glu 10 11 8 7 7 Cys 3 20 2 Thr Cys 6 Gly 5 4 9 Leu 12 17 Asn 1 His 19 Cys 6 LeuGln Glu SerVal Ile Val18 Cys 20 Tyr 18 Gly Glu 13 19 17 Asn Gly His 8 Asn 21 10 Val11 14 15 16 CysVal21 7 Cys 20 9 5 Gly Gln 3 2 Leu Ala Glu His Phe 12 Leu Tyr Leu19 4 Val 6 Leu Ser 1 18 Cys Gly20Arg 22 chaîne B Glu 13 Thr 17 His Asn Thr Lys Pro Tyr ValPheGly 2321 Phe 14 15 16 Val 27 30 24 Glu 5 Gln 3 2 Phe 29 Ala28Leu Tyr26Leu25 4 1 Arg 22 chaîne B Thrinsuline humaine Gly Thr Tyr Phe Phe 23 Lys Pro Ile

son utilisation sont universels.

3 Doc. 1 à 4 : Réalisez une recherche comparant les avantages et les dangers des OGM.

59

Synthèse ADN, chromosomes et informations génétiques Les caractéristiques d’une cellule (organisation, activité métabolique, capacité à se reproduire…) sont contrôlées par les informations génétiques contenues dans son noyau, avec pour support matériel la molécule d’ADN. Mais sous quelle forme se trouve ce programme génétique ?

1 L’ADN, support de l’information génétique 1. Le caryotype • Il a été vu au chapitre 1 qu’en interphase, c’est-àdire entre deux divisions cellulaires, le matériel génétique présent à l’intérieur du noyau se présente sous forme de fibres de chromatine constituée par des molécules d’ADN associées à des protéines, les histones.

Lors des divisions cellulaires (mitose et méiose, voir chapitres 4 et 5), la chromatine se condense et le matériel génétique apparaît sous la forme d’éléments en bâtonnets appelés chromosomes.

• Le nombre de chromosomes n est caractéristique de chaque espèce. Les êtres humains, comme tous les animaux, ont 2n chromosomes. Le nombre chromosomique de l’espèce humaine étant 23, il y a donc un total de 46 chromosomes dans chacune de nos cellules.

Une seule paire de chromosomes détermine le sexe de l’individu : XX chez la femme et XY chez l’homme.

• Un caryotype est un classement artificiel des chromosomes selon leur taille, leur forme et leurs caractéristiques. Les caryotypes des individus d’une même espèce sont identiques. Cependant, on peut parfois constater des variations dans le nombre ou la forme des chromosomes de certains individus : absence d’un chromosome ou présence d’un chromosome supplémentaire, présence ou absence de morceaux de chromosome… Ces modifications chromosomiques correspondent généralement à des anomalies ou des maladies graves et parfois ne permettent simplement pas la survie de l’embryon.

Deux aspects de l’ADN visibles sur ces cellules d’ail à divers moments de leur cycle cellulaire : la chromatine visible dans le noyau des cellules en interphase et les chromosomes visibles dans les cellules en mitose.

60

3 La variabilité de la molécule d’ADN et ses conséquences

1. Une grande capacité de stockage

1. Des mutations de l’ADN

La molécule d’ADN est une constituée d’une suite de quatre types de nucléotides formant une molécule en double hélice (voir chapitre 1). La structure de l’ADN est universelle : elle est la même pour toutes les cellules, pour tous les individus, pour toutes les espèces. Seul l’ordre et les proportions des nucléotides qui la constituent varient d’un organisme à l’autre. C’est donc la séquence des nucléotides de l’ADN qui représente une information : le message génétique est codé. En employant une image, on peut dire que l’identité biologique de chaque individu de chacune des espèces vivantes est universellement « écrite » dans un langage codé à l’aide d’un alphabet écrit à quatre lettres : A, T, C, G.

Des observations et des expériences montrent que la molécule d’ADN présente une certaine instabilité : de divisions cellulaires en divisions cellulaires, il apparaît quelques modifications dans la séquence de nucléotides des molécules d’ADN du génome. Ces modifications spontanées et aléatoires sont des mutations.

Un gène est un fragment d’ADN ; c’est donc une séquence de quelques milliers de nucléotides. On sait repérer les gènes sur l’ADN et les isoler. Actuellement, il est même possible de transférer certains gènes d’une espèce à l’autre. Ces expériences de transgenèse montrent que le transfert d’un gène confère à la cellule ou à l’organisme qui en hérite de nouvelles caractéristiques, de nouveaux caractères héréditaires.

2. Allèles et variabilité génétique On appelle allèles les différentes versions d’un même gène. En effet, les individus d’une même espèce possèdent les mêmes gènes mais, pour chaque gène, ils n’ont pas nécessairement les mêmes allèles. Ainsi par exemple, le gène codant pour la couleur d’une fleur peut avoir différents allèles : rouge, blanc, mauve… C’est ce qui explique la diversité des individus au sein d’une espèce.

La comparaison des allèles d’un gène montre qu’ils ne diffèrent entre eux que par un petit nombre de nucléotides.

Ces différences ont pour origine des mutations de l’ADN.

L’étude des caryotypes révèle par ailleurs que toute modification du nombre ou de la structure des chromosomes, et dès lors de l’ADN, a des conséquences très importantes. De même, l’étude des maladies génétiques montre qu’une « erreur » dans la séquence de l’ADN se traduit par des anomalies.

Pour qu’une mutation soit transmise à la descendance, il faut impérativement qu’elle touche une cellule sexuelle (spermatozoïde ou ovule chez les humains). En effet, si une mutation touche une cellule somatique (non sexuelle), quelles que soient ses conséquences, elle disparaîtra avec la mort de la cellule ou de l’individu qui la porte.

Un gène contient donc l’information nécessaire pour accomplir une activité cellulaire bien déterminée. Plus précisément, on sait aujourd’hui qu’un gène détient le « plan » nécessaire à la construction d’une protéine déterminée. Les modalités de l’expression de l’information génétique et de la synthèse des protéines ne sont pas au programme de 4e, mais elles seront étudiées en 6e année (voir aussi pages 66 et 67).

En revanche, si la mutation touche une cellule sexuelle, elle pourra être transmise lors de la fécondation : le nouvel individu issu de la cellule-œuf fécondée portera cette mutation dans toutes ses cellules et pourra la transmettre à son tour à sa descendance.

C’est donc par mutation que se forment les allèles d’un gène et par la reproduction sexuée qu’ils se transmettent de génération en génération.

La variabilité de la molécule d’ADN explique donc la variabilité génétique des individus au sein d’une espèce.

3

2. Un gène est un message codé

Pour une cellule, les conséquences des mutations sont imprévisibles. Elles peuvent perturber gravement le fonctionnement cellulaire et provoquer, par exemple, une cancérisation. Parfois, en revanche, une mutation n’as pas d’effet pathologique et peut même se révéler bénéfique.

A D N , c h r o m o s o m e s e t i n f o r m a t i o n s g é n é t i q u e s C h a p i t r e

La capacité de stockage d’informations le long de la molécule d’ADN est considérable : les 46 chromosomes humains sont constitués d’environ 3,3 milliards de paires de nucléotides et renferment près de 25 000 gènes.

Chaque chromosome contient donc une molécule d’ADN qui présente de très nombreux gènes (plusieurs centaines à quelques milliers).

Les mutations se produisent normalement avec une fréquence très faible dans toute molécule d’ADN. Cependant, certains agents de l’environnement (rayons ultraviolets, rayons X, substances chimiques…) peuvent augmenter de façon très significative la fréquence de ces mutations : ces agents sont dits mutagènes.

61

2 L’ADN, des informations codées

L’essentiel • La molécule d’ADN, constituant essentiel des chromosomes, est le support de l’information génétique chez tous les êtres vivants.

• Chez les eucaryotes, elle se présente dans le noyau en interphase sous forme de fibres de chromatine lâche ou dense. Lors des divisions cellulaires, l’ADN et ses protéines associées apparaissent sous la forme de bâtonnets extrêmement condensés, les chromosomes.

• Un gène est un fragment plus ou moins long d’une molécule d’ADN. La séquence des nucléotides d’un gène constitue un message codé utilisé par la cellule pour accomplir une activité déterminée.

• Le « langage à 4 lettres » du message génétique est universel car il est le même pour tous les êtres vivants, ce qui rend possible la transgenèse.

• Des mutations peuvent modifier la séquence des gènes. Elles sont parfois transmissibles à la descendance.

Ainsi se forment les différents allèles d’un gène. L’existence des ces allèles est à la base de la diversité génétique des individus d’une espèce.

62

Schéma-bilan LA STRUCTURE DE L’ADN ET L’INFORMATION GÉNÉTIQUE

ADN, chromosomes et informations génétiques LES ALLÈLES D’UN GÈNE Les individus d’une même espèce possèdent les mêmes gènes localisés sur les mêmes chromosomes aux mêmes endroits.

Chaque chromosome contient une molécule d’ADN.

localisation des gènes allèle G1

G

allèle G2

allèle M1

M

allèle M2

allèle N1

N

allèle N1

Un gène existe, en général, sous différentes formes : les allèles.

Les différences entre allèles. un exemple : A T

T A

A

T

G

Levures à colonies blanches

Un gène est un message codé à 4 lettres (T, A, G, C)

LE CARYOTYPE

A T

A T

Le classement des chromosomes selon leur taille et leurs caractéristiques apporte de multiples informations.

LE TRANSFERT DE GÈNES La transgenèse permet de transférer des caractéristiques héréditaires d’une espèce à une autre.

Des mutations sont à l’origine des allèles.

G

C

A D N , c h r o m o s o m e s e t i n f o r m a t i o n s g é n é t i q u e s C h a p i t r e

Levures à colonies rouges

G

63

C C

3

T

Pour mieux comprendre…

OGM et agriculture

OGM et santé humaine

A

Les OGM : applications et production Objectif de la création d’OGM

Quelques exemples de réalisations ou de pistes de recherches

Production de « médicaments »

Bactéries produisant de l’insuline humaine, de l’hormone de croissance humaine, des vaccins…

Mammifères (chèvres, vaches…) sécrétant dans leur lait des protéines humaines d’intérêt thérapeutique (enzymes, hormones…).

Amélioration d’aliments

Inactivation du gène codant pour une protéine du riz responsable d’allergies.

Inactivation des enzymes responsables de la dégradation des fruits mûrs.

Riz ou autres aliments enrichis en vitamines ou en fer.

Modification de la teneur ou de la composition en acides gras d’huiles végétales.

Obtention de « modèles animaux » pour l’étude de maladies humaines

Lapins transgéniques permettant d’étudier les mécanismes de l’athérosclérose, du SIDA, de la mucoviscidose…

Réalisation de greffes d’organes animaux chez l’homme

Gènes humains transférés à des porcs pour rendre leurs organes (cœur, reins) transplantables chez l’homme

Apporter une résistance à un ravageur

Plantes transgéniques (maïs, pomme de terre, coton, tomate, soja…) possédant un gène bactériens leur permettant de produire une toxine mortelle pour la larve d’un ravageur.

Plantes modifiées pour résister à certains virus.

Apporter une résistance à un herbicide Plante ayant un gène conférant une résistance à des herbicides puissants.

Améliorer la qualité du produit

Obtention d’oléagineux (colza, tournesol…) produisant des huiles pour l’industrie (lubrifiants, fabrication de matières plastiques…).

Transformation du peuplier et de l’eucalyptus pour obtenir de la matière première améliorée pour la fabrication du papier.

Obtention de maïs plus facile à digérer par les animaux.

Pommes résistant au brunissement à l’air libre.

Doc.1 Les domaines d’applications des OGM.

64

Doc.2 Les principaux pays producteurs d’OGM en 2014 (source : www.ogm.gouv.qc.ca).

…les organismes génétiquement modifiés B

La peur du gène supplémentaire Actuellement, un véritable débat de société s’organise autour des organismes génétiquement modifiés et des angoisses qu’ils génèrent, surtout en Europe, sur la santé humaine. Les très nombreuses recherches scientifiques menées jusqu’à présent sur le sujet (plus de 1 000) n’ont cependant pas détecté de risque sanitaire important lié à leur consommation.

Le problème le plus aigu posé par les plantes génétiquement modifiées est le risque écologique majeur qu’elles font courir à leur environnement et à la biodiversité. Il existe en effet un risque réel de transfert du gène inséré aux plantes environnant les cultures OGM. Pour certaines plantes comme le maïs, ce risque de transfert est faible car il n’existe pas de maïs sauvage suffisamment proche génétiquement du maïs de culture pour réaliser un croisement avec ce dernier. Par contre, pour d’autres espèces, comme le colza notamment, ce risque est bien réel. Le pollen du colza peut être disséminé par le vent ou les insectes sur de nombreux kilomètres et de la sorte, il peut atteindre des plantes qui lui sont génétiquement proches et leur transférer le gène ajouté. Ainsi par exemple, on a créé du colza transgénique résistant à un certain herbicide. Les plantes « sauvages » qui reçoivent ce gène de résistance ne pourront plus être éliminées par traitement herbicide et risquent donc de coloniser le milieu, éliminant de ce fait d’autres espèces moins avantagées.

Diminution de la biodiversité.

Risque d’apparition d’insectes résistant aux protéines codées par le gène d’intérêt.

Risque de toxicité pour les insectes et notamment les abeilles.

L’Union européenne autorise certains OGM dans les aliments et ingrédients destinés à l’alimentation humaine et animale. Néanmoins, les produits doivent être identifiés et étiquetés. La présence fortuite d’OGM, suite à une contamination, doit être signalée si sa teneur dépasse 0,9 % pour l’élément incriminé.

Aux États-Unis, au Canada et en Argentine, la présence d’OGM dans les aliments ne doit pas être signalée. Aux États-Unis, 70 % des produits alimentaires transformés contiennent des OGM.

Doc.4 L’étiquetage de produits contenant des OGM.

Problèmes économiques

Semences plus chères.

Semences brevetées et ne pouvant pas être légalement replantées sans surcoût.

Rendements parfois inférieurs.

Impacts sur la santé

Effets sanitaires divers encore à évaluer.

Risques d’allergies croisées (ex. : du maïs OGM qui fabrique des protéines de riz allergisantes).

Doc.5 Les risques liés à l’utilisation des OGM.

A D N , c h r o m o s o m e s e t i n f o r m a t i o n s g é n é t i q u e s C h a p i t r e

Risque de transfert de gènes de résistance (aux herbicides, aux nuisibles…) à d’autres espèces.

65

Impacts sur l’environnement

3

Doc.3 Les domaines d’application des OGM.

Pour en savoir plus…

A

La synthèse des protéines est un processus complexe

La synthèse des protéines fait intervenir différents acteurs : l’ADN porteur de l’information génétique, l’ARN messager, copie éphémère du gène transmettant l’information de l’ADN au lieu de synthèse cytoplasmique, et le ribosome, organite servant d’atelier d’assemblage des protéines.

ADN

INFORMATION

TRANSCRIPTION 1 1

T A C U A G

TRANSCRIPTION L’ADN ne quitte pas le noyau. Il y est « recopié » en ARN messager. noyau TRANSFERT DE L’INFORMATION L’ARNm quitte le noyau par les pores nucléaires

ARNm GU

A cytoplasme

acides aminés

ribosome

2

Val sang GUA

2

TRADUCTION Le ribosome décode le message génétique apporté par l’ARNm et assemble les acides aminés dans l’ordre prescrit.

TRADUCTION protéines

Les acides aminés (et les nucléotides) nécessaires sont amenés par la circulation sanguine

66

La protéine synthétisée est libérée dans le cytoplasme ou dans les citernes du réticulum endoplasmique rugueux (RER).

Doc.1 Dans une cellule eucaryote, la transcription et la traduction s’effectuent dans des compartiments séparés.

…la synthèse des protéines B A

De l’ADN aux protéines A G

T

A

T

C

T

G C C

A G

T

T

G C

T T C A T A G A C G G T C A A C G T A A G T A T C T G C C A G T T G C A T

T

C

A

T

A G A

transcription

ADN

ARN messager

C G G

T

C

A

A

C G

T

}ADN brin transcrit }

ARNm

transcription

traduction

ARNm

A

U C U G C C

A G U U G C

A

A G U

A

U C U G C C

A G U U G C

traduction

A

Traduction (Cytoplasme)

Leu

synthèse d'une protéine

Pro

Val

ARNm

une protéine

A

Protéine Tyr

ADN

Brin

Transcription (Noyau)

A G U

Lys

Brin

non transcrit transcrit

synthèse d'ARNm

A

brin non transcrit

A

Ala

La synthèse des protéines nécessite deux étapes : • la transcription permet de « lire » le matériel génétique ; protéine • la traduction permet d’ « exprimer 043/087 » l’information SVT 1re S - 729411 génétique en protéine.

Doc.2 L’ADN renferme le message génétique : il contient l’ordre de synthèse des protéines cellulaires.

ARNm produit à partir du brin transcrit d’ADN

ADN

ARN polymérase : enzyme responsable de la transcription d’un gène, c’est-à-dire de la synthèse d’un brin d’ARN complémentaire du brin d’ADN transcrit.

brin non transcrit

A

A C A T G A G T T G T A C T C A

A C U C U G U A

C T A U A T G UG T

T A G C G A U CC G GT C

C

G

A

T

C

G

A

A

T

A G C G T C G C

ARN polymérase

ARNm

Doc.3 Le message de l’ADN est d’abord transcrit en ARN messager.

Ser

ARNm

chaîne polypeptidique en élongation

Leu Ser Val

protéine synthétisée

A U C A G U C U A CG A

Ser

Leu

Ser Val

Tyr AUG

2 Trois bases de l’ARNm correspondent

1 La traduction commence quand le ribosome rencontre les 1res bases de l’ARNm.

un acide aminé ribosome

3 La traduction s’arrête quand le ribosome arrive à la fin de l’ARNm. Tous les acteurs de la synthèse sont alors libérés.

67

à un acide aminé. Le ribosome se déplace par rapport à l’ARNm de triplet en triplet et incorpore dans l’ordre les acides aminés au fur et à mesure de sa lecture. Les acides aminés sont unis entre eux par des liaisons peptidiques et la chaîne polypeptidique s’allonge.

UAA

A U C A G U C U A CG A

3

C

brin transcrit

A D N , c h r o m o s o m e s e t i n f o r m a t i o n s g é n é t i q u e s C h a p i t r e

U

ARN polymérase

A

brin non transcrit

G

C

ADN

nucléotides précurseurs

Au fur et à mesure de son déplacement, l’ARN polymérase incorpore des nucléotides précurseurs, A, U, C ou G par complémentarité avec l’un des brins d’ADN, qui sert de matrice

A

sens de déplacement de l’ARN polymérase

G

La transcription débute par l’ouverture et le déroulement d’une petite portion de la double hélice d’ADN brin transcrit

Doc.4 Le message de l’ARNm est ensuite traduit en acides aminés, puis en protéine.

Exercices Je connais A. Définissez les mots ou expressions : chromosome, caryotype, gène, génome, organisme génétiquement modifié, allèles, mutation, agent mutagène.

B. Donnez le nom… a. …du classement selon diverses caractéristiques des chromosomes d’un individu. b. …de la modification de la séquence des nucléotides d’un gène. c. …d’un organisme résultant d’une transgenèse. d. …des diverses formes que peut prendre un gène.

C. Expliquez comment… a. l’ADN est le support matériel de l’information génétique.

b. se forment les différents allèles d’un gène. c. on peut doter un organisme d’une caractéristique appartenant à une autre espèce. d. l’observation des chromosomes d’un individu apporte des informations sur certaines de ses caractéristiques. e. les mutations sont à la base de la diversité génétique.

D. Exprimez des idées importantes… …en rédigeant une phrase utilisant chaque groupe de mots ou expressions : a. chromosome, gènes, ADN. b. message codé, séquence, nucléotides, gène. c. mutations, agent mutagène, fréquence, ADN. d. mutations, allèles, gène, diversité génétique.

J’applique et je transfère 1

Une application biotechnologique de la transgenèse Les techniques de fabrication d’OGM diffèrent sensiblement entre les animaux et les végétaux.

En plus de leur Isoler et multiplier Identifier chromosome le gène d’intérêt un gène d’intérêt chez principal, les un organisme donneur bactéries possèdent bacterie (Bacillus thuringiensis) souvent une molécule d’ADN circulaire appelée plasmide. Les plasmides sont souvent utilisés ADN (plasmide) comme « outils » gène permettant de produire dans le une substance toxique pour les insectes transgènese.

Produire l’organisme génétiquement modifié

Régénérer l’organisme modifié

Transférer le gène d’intérêt chez un organisme receveur

Sélectionner les cellules transformées

1- Combien de cellules sont utilisées pour réaliser un OGM végétal ?

2- Comparez la transgenèse animale (voir page 58) et la transgenèse végétale pour déterminer quels types de cellules sont utilisés dans les deux cas afin de fabriquer un OGM. 3- Quelle différence fondamentale existe-t-il entre les deux méthodes ?

68

Une comparaison des allèles d’un même gène

Le groupe sanguin est déterminé par différentes protéines insérées dans la membrane plasmique des globules rouges.

Dans l’espèce humaine, il existe un gène responsable du groupe sanguin (système A, B, O). Tous les individus possèdent ce gène, localisé au même endroit (un emplacement précis sur le chromosome 9). Cependant, tous les individus n’ont pas le même allèle (la même forme) de ce gène. On connaît principalement trois allèles différents de ce gène : l’allèle A, l’allèle B et l’allèle O. • Comparaison de l’allèle A et de l’allèle B Ces deux allèles sont constitués d’une séquence comportant très exactement 1 062 nucléotides.

Sur ces 1 062 nucléotides, 4 sont différents : G à la place de C en position 523, A à la place de G en position 700, A à la place de C en position 793 et C à la place de G en position 800.

• Comparaison de l’allèle A et de l’allèle O L’allèle O ne possède que 1 061 nucléotides. On constate l’absence du G en position 258. Tous les autres nucléotides sont identiques.

Comprendre l’origine d’une maladie génétique

3

3

1- Que suggère la comparaison de la séquence des nucléotides de ces trois allèles quant à leur origine ?

2- Comment peut-on alors expliquer les différences constatées ?

La drépanocytose est la maladie génétique la plus répandue • Document 1 dans le monde. Elle affecte plusieurs millions de personnes, surtout dans les populations originaires d’Afrique tropicale.

Les globules rouges des malades présentent une forme courbée (en faucille) au lieu de la forme de disque aplati au centre des globules rouges normaux (document 1). Le pigment rouge transporteur du dioxygène des globules est une protéine, l’hémoglobine. Chez les malades, cette protéine est anormale et modifie la forme du globule. Elle provoque aussi de graves problèmes circulatoires, des anémies, des problèmes rénaux, des douleurs importantes, de la fièvre…

La séquence des nucléotides de l’ADN codant pour l’hémoglobine est connue. Le gène concerné, porté par le chromosome 11 présente deux allèles : bA (ou HbA) et bS (ou HbS) (document 2). Les personnes malades de la drépanocytose sont porteuses de deux allèles bS.

• Document 2 Allèle bA : Allèle bs :

ATG GTG CAC CTG ACT CCT GAG GAG… ATG GTG CAC CTG ACT CCT GTG GAG… ↑ début du gène

1- Comparez la séquence nucléotidique des deux allèles de l’hémoglobine.

A D N , c h r o m o s o m e s e t i n f o r m a t i o n s g é n é t i q u e s C h a p i t r e

2

2- Expliquez quelle est la cause de la drépanocytose.

3- Émettez une hypothèse afin d’expliquer pourquoi les personnes présentant un allèle bA et un allèle bS ne sont pas malades.

69

4

Comprendre le principe du clonage animal

Dolly, la première brebis conçue sans spermatozoïde de bélier, est née en juillet 1996 à Edimbourg en Écosse. Elle présente la première réussite de clonage d’un mammifère à partir d’une cellule adulte. Le croquis ci-contre schématise les grandes étapes de cette expérience. La photographie ci-dessous présente Dolly et sa mère.

 Prélèvement d’une cellule de glande mammaire

2 Prélèvement d’un ovule non fécondé

Brebis A Brebis B

3 Noyau de l’ovule retiré

4 Fusion des deux cellules

Champ électrique

5 Début du développement de l’embryon

1- Combien de brebis adultes ont été utilisées pour obtenir Dolly ? Quel a été le rôle précis de chacune ?

2- Expliquez pourquoi Dolly est identique à la brebis A. 3- Expliquez quelle est la différence fondamentale entre la transgenèse et le clonage.

5

Brebis C

Dolly

6 Transplantation de l’embryon chez une brebis porteuse C

7 Naissance de Dolly (identique à la brebis A)

Un diagnostic prénatal

L’amniocentèse est une technique qui consiste à prélever des cellules dans le liquide amniotique entourant le fœtus.

Diverses analyses génétiques peuvent ensuite être effectuées sur ces cellules fœtales. sonde échographique prélèvement de cellules

liquide amniotique

caryotype, analyses génétiques ou biochimiques

La photographie ci-dessus montre une cellule fœtale traitée en vue d’un diagnostic prénatal. La grande tache rouge correspond au noyau de la cellule en début d’interphase. Un gène précis situé sur le chromosome 21 a pu être repéré grâce à un marqueur spécifique capable de se lier à ce gène et à lui seul. Une substance fluorescente jaune permet de repérer ce marqueur.

1- Quelle anomalie fœtale est révélée par cette analyse prénatale ? Expliquez votre réponse.

2- Dans ce cas précis, une autre technique aurait pu être utilisée. Laquelle ? Quel est l’avantage de la technique utilisant un marqueur fluorescent ?

70

INDEX Un index est un outil de travail. Ce n’est pas une liste de mots à connaître absolument. Certains termes de cet index sont définis dans la rubrique « Lexique » des doubles pages d’« Activités pratiques » ; la page correspondante est indiquée ici en caractères gras.

A Acide aminé 8, 18, 23, 24-26, 46, 59, 66, 67 fonction 16, 19, 23, 25 gras 8,16, 17, 23-25, 64 nucléique 22-25, 27, 50 Adénine (A) 20, 24, 27, 61, 66, 67 Adipocyte 16, 23 ADN 11, 20, 21, 23-25, 27, 30, 40, 41, 44, 45, 50, 54-56, 58-61, 63, 65-68, 72, 73, 76, 77, 82-84, 87, 88, 90, 94, 99, 102, 105,111 circulaire 40, 41, 44, 45, 68 Aliment (-ation) 9, 33, 59, 64, 65 Allèles 56, 57, 61, 63, 69, 99, 103, 104 Amidon 8, 14, 15, 23, 25, 29, 33 Amine 19, 23, 25 Anaphase 75, 77, 82-85, 90 Analogie 122, 131 Ancêtre commun 123, 131 Animaux 16, 23, 33-36, 42, 68, 75, 84, 130, 133, 136, 137, 139 Anomalie chromosomique 53, 60, 61, 106, 107, 113 Arbre phylogénétique 138, 139, 142 Archée 130, 137, 139 ARN 23, 27, 50, 66, 67 Aster 75, 77, 82 Atome 7, 10-13, 22, 24, 25, 131 ATP (adenosine triphosphate) 23, 27 Autotrophe 120, 121, 131 Autosome 52, 101, 113 Azote (N) 11, 121, 20, 22, 23, 25, 118, 131

B Bactérie 30, 40-42, 44, 45, 49, 50, 54, 59, 64, 68, 116, 118, 120, 130, 137, 139 Base azotée 30, 24, 25, 27, 67 Bêta-globine 54, 55, 119, 123 Bicaténaire 23, 27 Bicouche phospholopidique 17, 23, 41, 43 Biocénose/biotope 22, 116, 130 Biodiversité 57, 65, 115, 118, 119, 121, 126, 130, 133, 134, 140, 141 Boîte de Pétri 39 Brassage génétique 96, 97, 102, 103

C Cancer 86, 87 Capillaire (sanguin, lymphatique) 9, 13, 86

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Caractère héréditaire 52, 54, 56, 59, 61, 63, 65, 98-100, 103-105, 113, 114 Carbone (C) 11-17, 22-24, 26 Carmin acétique 74, 75, 112 Caryotype 52, 53, 60, 61, 63, 70, 92, 96, 102, 106, 111 Catalyseur 18, 19, 23, 24 Cellule 7, 10, 11, 13, 17, 18, 20-24, 27, 30-50, 52, 54, 55, 57, 59-61, 65, 66, 68, 70-72, 74-80, 82-84, 89, 90, 92-95, 110 animale 40, 43, 44, 47, 70 cancéreuse 86, 87 eucaryote 50, 65, 66, 72, 76, 77 œuf 61, 71, 84, 92, 97, 100, 102-105, 111 procaryote 50, 65 sexuelle/germinale 61, 93, 96, 100, 102, 104, 105, 108, 109 somatique 93, 102 souche 80 végétale 36, 40, 43, 44, 47, 74-79, 82, 84, 89 Cellulose 14, 15, 23, 25 Centriole 76, 82 Centromère 73, 76, 77, 82, 83, 102 Centrosome 21, 77, 82 Chaîne polypeptidique 19, 23-26, 67 Champignon 33, 39, 42, 57, 137, 139 Chimiothérapie 87 Chlorophylle 11, 41, 44, 45 Chloroplaste 11, 37, 38, 43-45, 47, 120, 123, 135 Cholesterol 17, 23, 25 Chromatide 73, 76, 77, 82, 83, 102, 111 Chromatine 24, 46, 60, 75, 120, 119, 124 Chromosome 24, 45, 50, 52-55, 60, 61, 63, 65, 68-70, 73, 75-77, 82-84, 88, 91, 93-96, 99, 100, 102, 111-113 double/dupliqué 76, 77, 82-84, 94, 95, 102 homologue 94, 95, 96, 102, 104, 112, 113 simple 77, 83, 84, 94, 95 Classification 29, 115, 136, 138 Clon(ag)e 70, 81, 84 Combinaison chromosomique 96, 102 Compétition 117 Complémentaire 24, 27 Condensation (de l’ADN) 21, 24, 60, 76 Cordés 136, 137 Crise biologique 127, 133, 142 Critère (de parenté) 122-124, 131, 142

Cyanobactéries 41, 45 Cycle carboné 17, 23, 26 cellulaire 71-73, 82-84, 89, 90 de développement (biologique) 92, 103, 111 Cytocinèse 78, 79 Cytoplasme 27, 34, 35, 36-38, 40, 41, 43-47, 50, 66, 67, 78, 79, 83, 84, 131 Cytosine (C) 20, 24, 27, 61, 66, 67 Cytosol 13, 43, 45, 120

D Darwin 128, 132, 134, 143 Dérive génétique 129, 132 Désoxyribose 20, 25, 27 Dioxyde de carbone (CO2) 33 Dioxygène (O2) 33, 38, 69 Diploïde 93, 94-96, 102-105, 107, 108, 111, 112 Disaccharide 15, 22, 24, 25 Diversité (génétique) 56, 57, 61 Division cellulaire 21, 24, 60, 61, 74, 80, 82, 84, 102, 104, 105 équationnelle 94, 95 réductionnelle 94, 95, 102 Domaine 136, 137 Dominant 99, 101, 103, 105, 113, 114 Double hélice 20, 23-25, 61, 67

E Eau (H2O) 8, 9, 11-13, 22-24, 28, 33, 37, 43, 49 iodée 8, 14, 29, 34, 36, 37 Écosystème 10, 22, Élément chimique 12, 22, Embryon 60, 70, 80 Énergie 15, 22, 23, 27, 33, 42, 44, 50 Enveloppe nucléaire 40, 42, 43, 45, 46, 76-78, 82, 83 Enzyme 9, 18, 23-26, 55, 58, 64, 67, 82 Espèce 10, 49, 53, 58, 61, 63, 75, 84, 91-93, 96, 102, 111, 123, 132, 136, 138, 141 Eucaryote 38, 39, 40, 42-45, 48, 131, 133, 136, 137, 139 Eumycète 130, 136, 137 Évolution 115, 126-129, 132-135 Extinction 133-135

F Facteur héréditaire 91, 92, 94, 96-100, 102-105, 107, 109-111 Fécondation 61 Fermentation 33, 121

Fluorescence 70, 90 Fossile 126, 127, 132, 133, 142 Fructose 15, 25, 26, 28 Fuseau mitotique 76, 77, 82-84

G Gamète 93, 96, 97, 99, 100, 102, 104, 105, 111, 125 Gène 21, 30, 54-56, 58, 59, 61, 63, 64-65, 67-70, 98-101, 103, 104, 106, 119, 132 d’intérêt 58 Génération 23, 39, 98, 99, 103, 132, 143 Génétique 98, 99, 103, 104, 141 Génome 54, 55, 58, 59, 61, 72, 140 Génotype 99, 101, 103, 105, 114, 129, 132 Globule blanc 80 polaire 109 rouge 11, 69, 80 Glucide 8, 9, 14, -16, 22-26, 29, 43, 120, 131 Glucose (C6H12O6) 8, 9, 11, 14, 15, 18, 25-29, 33, 38, 49 Glycérol 8, 16, 17, 23-25 Glycogène 14, 15, 23, 25, 29 Golgi (appareil de) 47, 131 Gonosome 52 Graisse 16, 23, 25 Grille de croisement 99, 103, 113 Groupe sanguin 55, 69, 125 Guanine (G) 20, 27, 61, 66, 67

H Haploïde 93, 94, 102, 104, 105, 108, 109, 111, 112 Hémoglobine 11, 69, 119, 123, 125 Hétérosaccharide 15, 22 Hétérotroph(i)e 120, 121, 131 Hétérozygote 99, 103 Hexose 15, 25, 26 Homologie/homologue 122, 131, 134, 135 Homozygote 99, 103 Hormone 17, 18, 23, 25, 58, 59, 64 Huile 16, 23, 25, 64 Hybride 98, 99, 103, 125 Hydrate de carbone 8, 14, 22 Hydrogène (H) 11, 12, 14, 15, 22, 23, 131 Hydrolyse 15 Hydrophile/phobe 17, 23, 25

I Information génétique 24, 27, 35, 42, 46, 52-54, 56, 59, 60, 63, 65-67, 72, 75, 81-83, 91, 95, 96, 98, 102, 105, 131 Insaturé 16, 17, 23-25 Interphase 21, 24, 60, 70, 72, 75, 78, 77, 82, 83, 85, 90 Ion 9

L Lamarck 143 Levure 57, 63, 120, 123 Liaison chimique 16, 20, 23, 24, 26, 28, 73 double 16, 23, 24 hydrogène (pont) 13, 20, 22, 24, 26 peptidique 19, 24-26, 67 Lichen 129 Lignée pure 98, 99, 103, 105, 114 Linné 131, 136 Lipide 8, 9, 16, 17, 22-25, 43, 120, 131 Liquide interstitiel 13 Lumière 108, 109 Lymphe 13, 22

M Macromolécule 10, 11, 15, 23, 25 Maladie 60, 61, 69, 101, 104, 114 Maltose 9, 15, 29 Matériel génétique (héréditaire) 21, 23, 24, 41, 43, 44, 60, 67, 78, 82, 84 Mécanisme évolutif 128, 129, 132 Méiose 21, 24, 60, 91, 93-97, 99, 102-113 Membrane 17, 23, 25, 43 plasmique 17, 34, 35, 36, 38, 40, 41, 43-47, 50, 79, 84, 120, 123, 131, 135 Mendel 91, 98, 99, 103, 104, 113 Message génétique 54, 56, 61, 66 Métabolisme 23, 39 Métaphase 75-77, 82, 84, 85, 90 Microscope 11, 14, 21, 34, 38, 40, 43, 44, 46, 48, 50, 52, 74, 78, 79, 88, 89, 108, 112 Microtubule 76, 77, 82- 84 Mitochondrie 11, 27, 38, 43-47, 123 Mitose 21, 24, 60, 71-90, 75, 94, 102, 108

Molécule 7, 8, 11, 13, 14, 16 , 20-25, 27-30, 43, 47, 49, 50, 54, 58, 60, 61, 72, 73, 82, 84, 123, 130, 131 Monogénique 100, 101, 104 Monohybridisme 98, 99, 100, 103-105 Monomère 15, 18, 22 Monosaccharide 15, 22, 24-26 Monosomie 106, 107 Mucoviscidose 64, 101 Mutagène 61 Mutant 56, 57 Mutation 56, 57, 61, 63, 101, 132, 134

N Neurotransmetteur 18 Niveau (du vivant) 7, 10, 11, 20-22, 24 Nombre chromosomique 53, 60, 94, 95, 102 Noyau 21, 27, 34, 35, 36, 38-40, 43-47, 49, 54, 60, 66, 67, 70, 76, 77, 79, 83, 120, 123, 131, 135 Nucléoïde 40, 41, 44 Nucléole 46, 76, 77 Nucleotide 20, 23-25, 27, 30, 54, 56, 61, 66, 67, 69, 73, 82, 119, 191

O OGM 58, 59, 64, 65, 68 Organe 10, 22, 23, 64, 81, 82, 86, 122, 131 Organisme 9-11, 16, 22, 23, 28, 30, 34, 40, 42, 44, 56, 58, 68, 75, 80, 81, 84, 87, 93, 102, 123, 122 Organite 10, 11, 27, 37, 38, 42-44, 46-48, 50, 66, 79, 82, 84, 123, 131 Ovaire 78, 92, 102, 109 Ovocyte 97, 109, 110 Ovogenèse 109 Ovule 58, 61, 70, 92, 93, 96, 97, 100, 102, 103, 109-111 Oxygène (O) 11, 12, 14, 15, 22, 131

P Paléontologue 126, 127 Parenté 115-143 Paroi cellulaire 40, 41, 44, 45, 50, 123, 135

cellulosique 36, 37, 43-45, 47, 78, 79, 84, 120 Patrimoine génétique 20, 72, 77, 80, 82-84, 131 Pentose 15, 20, 24, 25, 27 Phénotype 99, 103, 105, 114 Phosphate 17, 20, 23-25, 27 Phospholipide 16, 17, 23-25, 43 Photosynthèse 38, 41, 43, 44, 47, 121 Phylogenèse 138, 142 Pinson (géospize)128, 132 Plaque équatoriale 76, 83, 95, 96, 102 Plasma 13 Poids sec 18, 19 Polymère 14, 15, 19, 22-25 Polymérisation 15, 18, 19, 22 Polypeptide 19, 23, 25 Polysaccharide 15, 22, 24, 25 Pont hydrogène 13, 20, 22, 24, 26 Procaryote 40, 41, 42, 44, 45, 48 Pronucléus 107, 109 Prophase 75, 75, 82, 84, 85, 90 Proportion (génétique) 98, 105 Protéine 8, 16, 18, 19, 21, 23-26, 42, 46, 50, 59, 60, 64-67, 69, 78, 79, 82, 101, 120, 123, 131 Protide 8, 9, 18, 22-25, 43, 131 Protiste 137, 136, 139

R Radiation 127, 133, 134, Radical 19, 23-26 Radiothérapie 87 Récessif 99, 101, 103, 105, 113, 114 Règne 136, 137, 139 Renouvellement (cellulaire) 80, 81, 84 Réplication 72, 73, 82, 84, 96, 102, 105 Reproduction 61, 71, 80, 81, 84, 91-93, 96, 102, 143 Respiration cellulaire 27, 33, 38, 46, 121 Réticulum endoplasmique 47, 66, 84 Ribose 25, 27 Ribosome 11, 41, 46, 47, 66, 67

S Saccharose 8, 15, 25, 26, 29 Sang 13, 22, 66 Saturé 16, 17, 23-25 Ségrégation 99, 103

Sélection naturelle 128, 29, 132, 134, 135 Sels minéraux 8 Spermatogenèse 108 Spermatozoïde 58, 61, 70, 92, 93, 96, 97, 100, 102, 106, 108, 109111, 113 Stéroïde 16, 17, 23-25 Structure spatiale/ tridimensionnelle 18, 19, 23, 24 Substrat 18, 19 Synthèse des protéines 27, 42, 46, 50, 61, 66, 67 Système 10, 22, 86

T Taille 10, 11 Taxon 136, 138 Taxonomie 136 Télophase 75, 82, 83, 85 Test-cross 114 Testicule 92, 102, 106, 108 Théorie de l’évolution 128, 132, 134, 143 Thymine (T) 20, 24, 25, 61, 66, 67 Tissu 10, 16, 22, 34, 35, 75, 80, 82, 86 Trait (génétique) 98, 99, 103 Transgenèse 58, 61, 63, 65, 68, 70 Transport membranaire Triglycéride 8, 16, 23-25 Triploïde 107 Trisomie 53, 106, 107 Tube séminifère 108, 109 Tumeur 86, 87

U Uracile (U) 27

V Vacuole 36, 37, 43-45, 47 Variabilité génétique 61, 118, 130 Végétaux 11, 16, 23, 33, 36, 42, 68, 75, 84, 116, 130, 133, 136, 137, 139 Vertébré 121, 131, 142 Vésicule 79, 84 Virus 50

Z Zygote 78, 80, 84, 92, 102, 104, 107, 109

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CRÉDITS ICONOGRAPHIQUES Cain = Cain et al., Découvrir la biologie, De Boeck, 2006.

Karp = Karp et al., Biologie cellulaire et moléculaire, De Boeck, 2004.

Lodish = Lodish et al., Biologie moléculaire de la cellule, De Boeck, 2005.

Raven = Raven et al., Biologie, De Boeck, 2007.

SVT 4e = SVT 4e, Bordas, 2002.

SVT 3e = SVT 3e, Bordas, 1999.

SVT 2de = SVT 2de, Bordas, 2004.

SVT 1re S = SVT 1re S, Bordas, 2001.

SVT Term S = SVT Term S, ens. obligatoire, Bordas, 2002.

SVT Term S, ens. de spécialité = SVT Term S, ens. de spécialité, prog. 2002, Bordas, 2005.

SVT 1re ES = SVT 1re ES, Bordas, 2001.

SVT 1re L = SVT 1re L, Bordas, 2001.

Chapitre 1 p. 7 : Ph © Denis Baude ; p. 8 : SVT 2de, p.184 ; 3 Ph © FABRE Claude/T ; p. 9 : ht SVT 3e, p. 125 ; bas g SVT 3e, p. 117 ; bas d flamme © JJAVA/Fotolia ; bas d outils et mur © Softwin ; p. 10 : ht g 3 dessins Raven, p. 3 ; 2e en partant du bas g from C.P. Morgan & R.A. Jersid, Anatomical Record,-166:575-586, 1970, Ph © John Wiley & Sons ; bas g Ph © Lennart Nilsson ; ht m Ph © Ed Reschke ; m 2 dessins Raven, p. 3 ; bas m Ph © PhotoDisc/Volume 4 ; ht d Ph © PhotoDisc/Volume 44 ; 2e en partant du ht d 2 Ph © PhotoDisc/Volume 44 ; 3e en partant du ht d Ph © John D. Cunningham/Visuals Unlimited ; bas d Ph © Robert & Jean Pollock ; p. 11 : ht g Michèle Cornet ; ht m ht Ph © Claude Fabre TYPONS ; ht m bas Ph © J.Cl. Révy/ISM ; ht d © petarg/Fotolia ; bas Ph (a) © Will et Deni McIntyre ; bas Ph (b) © Yorgas Nikas/Photo Researchers, Inc. ; bas Ph (c) © Gary Gaugler/Visuals Unlimited, Inc. ; bas Ph (d) © Hugh S. Rose/Visuals Unlimited, Inc. ; p. 12 : ht Softwin, d’après www.vivelessvt. com ; m g Imagineering ; m d Lodish, p. 31 ; bas d Karp, p. 41 ; p. 13 : ht g Jared Schneidman Design ; ht d © Sharon Ellis ; m Imagineering ; p. 14 : ht Ph © Claude Fabre TYPONS ; bas g Ph © BSIP/T ; bas g SVT 1re S, p. 143 ; 2e en partant du bas d Ph © Biophoto Associates/ Science Source/Photo Researchers, Inc. ; bas d schéma Cain, p. 91 ; p. 15 : ht d 2 Ph © BAUDE Denis ; ht d © Dominique Papon ; bas Karp, p. 43 ; p. 16 : ht g Ph © C. Fabre ; ht d schéma SVT 1re S, p. 142 ; m d © Dominique Papon ; bas m Cain, p. 95 ; bas g Ph © Svetlana Kuznetsova/Fotolia ; bas d Ph © nui2527/Fotolia ; p. 17 : ht g SVT 2de, p 164 ; ht et m Cain, p. 97 ; bas Karp, p. 50 ; p. 18 : ht g Ph © J.-Cl. Révy/ISM/T ; ht d SVT 1re S, p. 33 ; m g Ph © FABRE Claude ; m d Ph © Voisin/PHANIE ; bas g Ph © PICTOR ; bas d Ph © James E. DennisPHOTOTAKE/ISM ; p. 19 : ht © Dominique Papon ; m g SVT 1re S, p. 40 ; m d Ph © FABRE Claude ; p. 20 : schéma d’après Raven, p. 50 ; Ph © A. Barrington Brown/SPL/COSMOS ; p. 21 : Ph © H. Conge/ISM ; dessin © designua/ Fotolia ; p. 25 : 13 dessins © Dominique Papon ; bas d Raven, p. 51 ; p. 26 : ht Karp, p. 46 ; m d schéma © Dominique Papon ; bas g d’après Karp, p. 60 ; bas d Ph © C. Fabre ; p. 27 : ht d’après Raven, p. 51 ; bas Softwin ; p. 28 : Raven, p. 150 ; p. 29 : ht g Ph © Scott Johnson/Animals Animals/Earth Scenes ; ht g dessin © Dominique Papon ; ht d et bas 5 Ph © Claude Fabre ; p. 30 : 3 Ph © Denis Baude.

Chapitre 2

p. 31 : Ph © Cecil Fox/Photo Researchers ; p. 32 : ht SVT 3e, p. 153 ; bas g Raven, p. 889 ; bas m SVT 3e, p. 122 ; bas d SVT 3e, p. 123 ; p. 33 : ht SVT 2de, p. 185 ; bas Softwin ; p. 34 : ht g SVT 2de, p. 164 ; ht d Ph © Claude Fabre TYPONS ; bas 2 Ph © Claude Fabre/T ; p. 35 : ht g Ph © Claude Fabre/T ; m g et bas d 2 Ph ©

150

CONGE Hervé/T ; bas g Ph © S.T.F./Sunset/T ; ht d Ph © SPL/COSMOS ; m d Ph © CONGE Hervé ; p. 36 : ht Ph © J.-Cl. Révy/ISM/T ; m et bas 2 Ph © CONGE Hervé ; m SVT 2de, p. 166 ; p. 37 : 3 Ph © Claude Fabre TYPONS ; p. 38 : ht 2 Ph © FABRE Claude ; bas SVT 2de, p. 203 ; bas Ph © Bill Longcore/Science Source/Photo Researchers, Inc. ; p. 39 : 3 Ph © Denis Baude ; d en médaillon Ph © CONGE Hervé ; p. 40 : ht g SVT 2de, p. 170 ; ht d Ph © J.-Cl. Révy/ISM ; bas g Ph © Andrew Syred/SPL/COSMOS ; bas d Ph © INSTITUT PASTEUR ; p. 41 : ht g Ph © INSTITUT PASTEUR/T ; ht d SVT 2de, p. 171 ; m Ph © SPL/COSMOS ; p. 42 : Ph © Bo Veisland, MI et I/SPL/COSMOS ; p. 43 : Ph © Russell Kightley/SPL/COSMOS ; p. 45 : SVT 2 de, p. 175 ; p. 46 : ht SVT Term S, p. 18 ; g et m 2 Ph © Labo. de biologie cellulaire 4, Université Paris Sud, Orsay,/T ; d Ph © Daniel S. Friend/ DR./T ; bas SVT 2de, p. 178 ; p. 47 : ht SVT Term S, p. 18 ; g et d 2 Ph © Labo. de biologie cellulaire 4, Université Paris Sud, Orsay,/T ; m Ph © BIOPHOTO ASSOCIATES/T ; bas SVT 2 de, p. 179 ; p. 48 : Ph © Mike Clayton/DR ; p. 49 : Ph © NIBSC/SPL/COSMOS/T ; bas SVT 2de, p. 204 ; p. 50 : Ph © extrait de M. Herzberg et M. Revel, Atlas de Biologie moléculaire, 1972, Ph M.E. Bayer © Hermann, Paris, T ; SVT 2de, p. 182.

Chapitre 3 p. 51 : Ph © SPL/BelgaImage ; p. 52 : ht Ph © Laurent/BSIP ; bas 2 Ph © CNRI ; p. 53 : ht Ph © with permission of Pr. GATTI Maurizio, Dipartimento di Genetica e Biologia Molecolare « C. Darwini », Rome ; bas g Karp, p. 514, dû à l’obligeance du Lawrence Livermore National Laboratory, à partir d’une technique mise au point par Joe Gray et Dan Pinkel ; bas d Ph © Bernard Dutrillaux ; p. 54 et 55 : © Denis Baude ; p. 56 : ht g Ph © Denis-Huot/BIOS ; m g Ph © Heuclin/BIOS ; ht d 4 Ph © J. Cl. Révy/ ISM ; bas SVT 2de, p. 218 ; p. 57 : 2 Ph © D. Locker/T ; schéma SVT 2de, p. 219 ; p. 58 : schémas SVT 2de, p. 207 ; g Ph © J.P. Ozil/ INRA/T ; d Ph © KOUTSIKAS Nicolas/T ; bas Ph ; p. 59 : Ph © © B. Kraft/CORBIS Sygma WATIER Christian ; SVT 1re S, p. 46 ; p. 60 : Ph ©deBelgaimage ; p. 63 : ht et m ded schémas SVT 2 , p. 223 ; m g schéma SVT 2 , p. 215 ; bas g Ph © CNRI ; m g Ph © J.Cl.Révy/ISM ; m d Ph © Denis Baude ; bas dessins d’après SVT 2de, p. 207 ; p. 64 : www.ogm.gouv.qc.ca ; p. 65 : ht g © kotoyamagami/Fotolia ; ht d © Nabok Volodymyr/Fotolia ; bas SVT 2de, p. 225 ; p. 66 : SVT 1re S, p. 53 ; p. 67 : Doc. 2 bas SVT 1re S, p. 46 ; Doc. 2 d SVT 1re S, p. 43 ; Doc. 3 SVT 1re S, p. 45 ; Doc. 4 SVT 1re S, p. 49 ; p. 68 : schéma Softwin, d’après SVT 2de, Bordas, 2015, p. 57 ; p. 69 : ht Ph © Claude Fabre/T ; bas Ph © Eye of Science/COSMOS ; p. 70 : ht g Ph © Phototake/CNRI ; ht d SVT 3e, p. 21 ; bas g SVT 1re ES, p. 135 ; bas d Ph Extrait de l’ouvrage de B. Jordan Voyage autour du génome, éd. John Libbey Eurotext/T. Chapitre 4 p. 71 : Ph Karp, p. 580, d’après Alexy Khodjakov, Wadsworth Center, Albany, New York ; p. 72 : 2 Ph © D. THOMAS/T ; ht d SVT 1re S, p. 98 ; bas d d’après SVT 1re S, p. 98 ; p. 73 : ht et bas dessins SVT 1re S, p. 99 ; Ph © C. Fabre ; p. 74 : g Ph © A&F Michler/Peter Arnold Inc/ BIOS ; ht d Ph © D. McCoy/RAINBOW/T ; bas d Ph © J.-J. Cornuet/CNDP, extrait de Information Génétique ; p. 75 : 5 Ph © Pr. GimenezMartin/CNRI ; p. 76 : 3 Ph © Andrew S. Bajer ; dessins Raven, p. 216 ; p. 77 : 2 Ph © Andrew S. Bajer ; m g et d dessins Raven, p. 217 ; bas dessins SVT 1re S, p. 102 ; p. 78 : ht g Ph © David M. Phillips/Visuals Unlimited ; ht d Ph © Dr. Guenter Albrecht-Buehler ; bas g Ph Karp,

p. 580, d’après J. A. Rhodin, Histology, Oxford, 1974 ; bas d schéma Karp, p. 606 ; p. 79 : ht g Ph © Pr. A. S. Bajer/Coll. Archives Larbor/T ; ht d Ph © 1995 W.H. FREEMAN AND COMPANY, in Molecular Cell Biology, by H. Lodish, D. Baltimore, A. Berk, S. L. Zipursky, P. Matsudaira and J. Darnell. Avec permission ; m Ph © DUNOD, 1999, cliché de E. Newcomb et W. Wergin, Atlas de Biologie Cellulaire de J.-C. Roland, A., D. Szöllösi et J.-C. Callen ; bas dessins SVT 1re S, p. 103 ; p. 80 : ht Ph (a) © R. G. Kessel, University of Iowa/D-R ; ht 6 Ph © Pr. Louis de Vos ; dessins Cain, p. 169 ; bas Ph © Peter Skinner/Science Source/Photo Researchers, Inc. ; p. 81 : ht g Ph © Brian Parker/Tom Stack & Associates ; ht d dessin © Dominique Papon ; m Ph © Jerome Wexler/Photo Researchers ; bas Ph © Alan & Linda Detrick/National Audubon Society Collection/Photo Researchers, Inc. ; bas en médaillon Ph © Dr. Blanche C. Haning/The Lamplighter ; p. 83 : d’après SVT 1re S, p. 107 ; p. 85 : 6 Ph © H. CONGE ; dessins SVT 1re S, p. 105 ; p. 86 : ht g Ph Lodish, p. 937, avec l’autorisation de J. Braun ; ht d Ph © Breast Screening Unit, INGS College Hospital, London/SPL/COSMOS ; dessins © Dominique Papon ; p. 87 : bas Ph © Yves Rousseau/BSIP/BSIP/Corbis ; p. 88 : Ph © S. YAKOVLEV/T ; p. 89 : 8 Ph © BIOPHOTO ASSOCIATES ; p. 90 : 8 Ph Lodish, p. 840, J. C. Waters, R. W. Cole et C. L. Rieder, 1993, J. Cell Biol. 122:361, avec l’autorisation de C.L. Rieder.

Chapitre 5 p. 91 : Ph © Science Photo Library ; p. 92 : ht g Ph © C. Bayer/PHOTONONSTOP ; ht m Ph © INSERM ; m g Extrait de Naître, Hachette, Paris, Ph © Lennart Nilsson/T ; ht d Ph © IT Stock/ PHOTONONSTOP ; m d Ph © BSIP ; m Ph © Dr. P. Sundström/CNRI/T ; bas g 2 Ph © Rawlins/ BSIP/T ; bas m Ph © INSERM/T ; bas d Ph © Stevie Grand/SPL/COSMOS ; p. 93 : 2 Ph © INSERM U309/Cytogénétique (Pr. Bernard Sèle)-CHU de Grenoble ; p. 94 : Softwin ; p. 95 : SVT Term S, p. 121 ; p. 96 : Ph © FABRE Claude ; Softwin ; p. 97 : g Ph © J. Burnis/ Acel/Phototake.CNRI/T ; d Extrait de Naître, éd.

Hachette, Paris, Ph © Lennart Nilsson/T ; bas SVT Term S, p. 135 ; p. 98 : g Ph © FABRE Claude ; d Ph © Corbis ; Raven, p. 248 ; p. 100 : ht g Ph © INSERM U309, Biologie de la Reproduction, CHU de Grenoble, (Pr. Bernard Sèle) ; d d’après SVT 3e, p. 47 ; bas d Ph © Biophoto Associate/SPL/COSMOS ; p. 101 : ht Véronique Gilliquet ; bas SVT Term S, ens. de spécialité, p. 148 ; p. 103 : Ph © K. Fisher / Fotogram-Stone Images ; p. 105 : ht SVT Term S, p. 121 ; m g © Softwin ; m d SVT Term S, p. 143 ; souris d’après SVT Term S, ens. de spécialité, p. 99 et 115 ; bas d SVT Term S, ens. de spécialité, p. 95 ; p. 106 : ht Ph © Gary Parker/ SPL/COSMOS ; bas Ph © SPL/CNRI ; p. 107 : SVT Term S, p. 117 ; Ph © P. Goetgheluck/ISM ; p. 108 : ht Ph © Manfred Kage/SPL/COSMOS ; bas Ph © Secchi-Lecaque/Roussel-Uclaf/ CNRI/T ; SVT Term S, p. 295 ; p. 109 : Softwin ; p. 110 : extrait de Naître, éd. Hachette, Paris, Ph © Lennart Nilsson/T ; p. 111 : SVT Term S, p. 111 ; bas Ph © Inserm U309/Cytogénétique (Pr. Bernard Sèle)-CHU de Grenoble/T ; p. 112 : 5 Ph © Dr KASPRIK Winfried ; p. 113 : ht SVT Term S, ens. de spécialité, p. 118 ; ht centrosomes Raven, p. 216 ; bas SVT Term S, ens. de spécialité, p. 88 ; p. 114 : ht Ph © Reddogs/Fotolia ; m d Ph © J. Bogaerts/ANA/T ; m et bas Véronique Gilliquet.

Chapitre 6 p. 115 : Ph © Barbara J. Miller/BIOLOGICAL PHOTO SERVICE ; p. 116 : ht g Ph © Tim Davis/Photo Researchers ; ht d Ph © Bruno

Voisin/Fotolia ; m d Ph © Cyril Magnin/Fotolia ; bas g Ph © Ifremer/Campagne HOPE’99/T ; bas SVT 2de, p. 83 ; p. 117 : ht g Ph © Mike Bacon/Tom Stack Assoc. ; ht d Cain, p. 678 ; m g Ph © James L. Castner ; bas 4 Ph © J.B. Losos ; bas m Raven, p. 1166 ; p. 118 : Terre © Nadalina/Fotolia ; d g Ph © G. Lopez/BIOS ; d m ht Ph © Yahia LOUKKAL/Fotolia ; d d ht Ph © University of Wisconsin Madison Arboretum ; d m bas Ph © Paula Grenside/Fotolia ; d d bas Ph © Photogirl11/Fotolia ; bas g ht g Ph © Nikola Spasenoski/Fotolia ; bas g ht d Ph © Joss/Fotolia ; bas g bas g Ph © Reddogs/Fotolia ; bas d Raven, p. 1187 ; p. 119 : m SVT Term S, p. 88 ; bas Ph © BAUDE Denis ; p. 120 : ht Karp, p. 44 ; bas g Ph © Tetra Images/Tetra Images/Corbis ; bas Ph (a) © Andrew Syred/ Science Photo Library/Photo Researchers ; bas Ph (b) Ph © SPL/COSMOS ; bas Ph (c) © J.Cl. Révy/ISM ; bas Ph (d) SVT 2de, p 164 ; bas Ph (e) © SPL/COSMOS ; p. 121 : Doc. 4 ht g Ph © Claude Fabre TYPONS ; Doc. 4 m g et m d 2 Ph © SPL/COSMOS ; Doc. 4 bas g Ph © COSMOS ; Doc. 4 ht d et Doc. 5 (a) 2 Ph © Claude Fabre/T ; Doc. 4 bas d Ph © J.-Cl. Révy/ISM ; bas g Ph © Seitre/SIPA PRESS/T ; bas d Neg N°325985 Photo Andersobn, courtesy Dept. of Library Services, American Museum of Natural History, New York ; p. 122 : m Ph © P. Da Costa/T ; bas Ph © S. Dalton/BIOS ; bas SVT Term S, p. 20 ; p. 123 : canard Ph © PhotoDisc/ Volume 44 ; arbre Ph © M. Rietz/IMAGE BANK ; levure et euglène 2 Ph © SPL/COSMOS ; bactérie Ph © COSMOS ; bas Ph © FABRE Claude ; p. 124 : Ph (a) © Rod Planck/ Photo Researchers, Inc. ; Ph (b) © Jeff Lepore/ Photo Researchers, Inc. ; Ph (c) © John Shaw/ Tom Stack & Associates ; Ph (d) © Rob & Ann Simpson/Visuals Unlimited ; bas Ph © DUTRILLAUX Bernard/Institut Curie/T ; p. 125 : ht Ph © S. Simpson/PIX ; basermPh © Christa Eder/ Fotolia ; p. 126 : SVT T S, p. 187 ; p. 127 : SVT Term S, p. 188 ; p. 128 : ht d Cain, p. 307 ; bas d’après Cain, p. 318 ; p. 129 : ht Ph © H.Fox/O.S.F./BIOS/T ; bas g Ph © andrea pavan/PhotoFVG/Corbis ; bas d Ph © errni/ Fotolia ; p. 130 : Hubert Gérin, d’après Cain, p. 67 ; p. 132 : Ph © Muséum des Sciences naturelles de Bruxelles (www.sciencesnaturelles.be) ; p. 133 : Karp, Biologie cellulaire et moléculaire, De Boeck, 2010, p. 9 ; p. 134 : g (Terre) SVT 2de, p. 23 ; Softwin ; p. 135 : ht g SVT Term S, p. 20 ; ht d Ph © BAUDE Denis ; canard Ph © PhotoDisc/Volume 44 ; arbre Ph © M. Rietz/IMAGE BANK ; bactérie Ph © COSMOS ; m SVT Term S, p. 157 ; bas Cain, p. 364 ; p. 136 : © Dominique Papon ; p. 137 : ht 1re de g à d Ph © Dr. Jeremy Burgess/SPL/Science Source/Photo Researchers, Inc. ; ht 2e de g à d Ph © Andrew Syred/Science Photo Library/ Photo Researchers ; ht 3e de g à d Ph © R. Robinson/Visuals Unlimited ; ht 4e de g à d Ph © Krafft/Hoa-qui/Photo Researchers, Inc. ; m 1re de g à d Ph © Biophoto Assoc./Science Source/Photo Researchers, Inc. ; m 2e de g à d Ph © Science VU/Visuals Unlimited ; m 3e de g à d Ph © Greg Vaughn/Tom Stack & Assoc. ; m 4e de g à d Ph © Kjell B. Sandred/Visuals Unlimited ; bas 1re de g à d Ph © Noble Proctor/ Science Source/Photo Researchers, Inc. ; bas 2e de g à d Ph © L. West /Photo Researchers ; bas 3e de g à d Ph © Brian Parker/Tom Stack & Assoc. ; bas 4e de g à d Ph © Zig Leszczynski/ Animals Animals ; p . 138 : ht Cain, p. 22 ; bas Cain, p. 23 ; p. 139 : Raven, p. 75 ; p. 140 : extrait de Vladzimir K. Sauchanka : The ecology of the Chernobyl catastrophe, Ph Dr.S.A. Dmierieva/D-R/T ; p. 141 : Cain, p. 315 ; p. 142 : ht g Ph © Corey Ford/Stocktrek Images/Corbis ; ht Softwin ; bas SVT Term S, p. 204 ; p. 143 : Raven, p. 434.