Chapitre 1 - Divisions cellulaires

Sciences de la Vie et de la terre - 1ère spé (cours)

OUTILS :

Chapitre 1 - Les divisions cellulaires

Bilan

Vers la zone d'exercices

Introduction :Ce que je sais déjà

Préparation

Préparation

Préparation

Préparation

La réplication du matériel génétique

Les mécanismes de ségrégation des chromosomes

Les modifications des chromosomes au cours du cycle cellulaire

La conservation du caryotype au fil des générations

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Chapitre 1 - Les divisions cellulaires

Question 1

Question 6

Je me rappelle mes cours

Question 2

Question 7

Question 3

Question 8

Question 4

Question 9

Question 5

Question 10

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OUTILS :

TP - La conservation du caryotype au fil des générations

Les cellules d'un organisme proviennent des multiples divisions d'une cellule initiale : la cellule-œuf. Au cours d'une division, l'ensemble du matériel génétique se répartit dans deux cellules filles. Chaque cellule fille hérite ainsi d'une information génétique. Objectif de l'activité : On cherche à identifier et comparer les conséquences des divisions cellulaires au niveau du caryotype.

Document 2

Document 1

Document 3

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OUTILS :

TP - La réplication du matériel génétique

Les chromosomes obtenus à l'issue d'une division cellulaire ne contiennent plus qu'une seule chromatide, donc une seule molécule d'ADN, comme la cellule mère d'origine. La duplication des chromosomes est donc nécessaires pour permettre d'autres divisions cellulaires. Objectif de l'activité : On cherche à mettre en évidence les mécanismes qui permettent de doubler la quantité d'ADN d'une cellule avant chaque division.

Document 2

Document 3

Document 1

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OUTILS :

TP - Les mécanismes de ségrégation des chromosomes

Les organismes à reproduction sexuée possèdent deux lignées de cellules : les cellules somatiques, qui constituent l'essentiel de leur corps et les cellules germinales, engagées dans la production des gamètes. Chaque lignée se caractérise par son mode de ségrégation des chromosomes, caractérisant ainsi le mode de division cellulaire. Objectif de l'activité : On cherche expliquer les mécanismes permettant la répartition du matériel génétique dans les cellules filles lors de la division.

Document 1

Document 3

Document 2

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BILAN

Problématiques abordées > Comment les divisions cellulaires permettent de conserver l'information génétique d'une génération à la suivante ? > Comment les modifications moléculaires subies par les chromosomes permet le maintien du caryotype entre chaque génération de cellule / d'individu ?

I. La stabilité du caryotype au cours des cycles cellulaires

II. La production de cellules haploïdes au cours de la méiose

A. Interphase et réplication de l'ADN

III. Le rôle fondamental des protéines dans la division cellulaire

B. La ségrégation des chromosomes au cours de la mitose

Document 3 - Observation de cellules en division

Manipulations à réaliser

Coloration de l'échantillon

1 - Prélever l'extrémité d'une racine (0,5 à 1 cm environ). Réaliser une tranche fine au milieu à l'aide d'une lame de rasoir, dans le sens de la longueur. 2 - Placer le fragment dans le verre de montre puis verser dessus une à deux gouttes d'acide chlorhydrique (HCl). Laisser tremper 5 minutes. 3 - Sortir la racine à l'aide de la pince fine ou d'une aiguille et la dilacérer soigneusement. 4 - Recouvrir la racine du colorant appelé orcéine acétique (une à deux gouttes). Laisser tremper 15 minutes. 5 - Sortir la racine à l'aide d'une pince et l'égoutter sur du papier absorbant.

Montage de l'échantillon entre lame et lamelle

7 - Déposer la racine sur une lame à l'aide de la pince. 8 - Déposer une goutte d'acide acétique sur la racine. 9 - Déposer une lamelle sur la préparation. 10 - Placer un papier absorbant sur la lamelle piuis écraser doucement contre la racine.

Chez les végétaux, à la fin de chaque division cellulaire, la séparation des cellules nouvellement formées n'est pas immédiate. Les cellules restent groupées. On peut ainsi observer combien de cellules se sont formées après chaque division. L'observation de cellules en division va se porter sur l'oignon (Allium cepa, Alliacées). La croissance rapide des racines permet d'observer de nombreuses cellules en divisions dans les derniers millimètres de la racine, dans une zone appelée le méristème. > Objectif de la manipulation : Observer des cellules en cours de division

Préparation de l'activité

> La méioseLes formes noires sont les molécules d'ADN, tandis que les cellules sont délimitées par une membrane.

> La mitose

Document 1 - Des hypothèses à vérifier

Au cours de la phase S, l'ADN d'une cellule est répliqué : une deuxième chromatide est synthétisée pour chaque chromosome. En 1957, James Taylor, un biologiste moléculaire américain propose trois modèles sur le mécanisme de formation de ces nouvelles molécules. Deux modèles sont présentées ici : 1. Un mode de réplication conservatif : les deux brins de la molécule d'ADN initiale ne se séparent pas et "servent de modèle" pour l'assemblage des nucléotides présents dans le cytoplasme. La molécule d'ADN formée est entièrement nouvelle et identique à la molécule initiale. 2. Un mode de réplication semi-conservatif : les deux brins de la molécule d'ADN se séparent. Les nucléotides libres dans le cytoplasme vont reconstituer le brin manquant en utilisant comme matrice chaque brin de la molécule initiale.

Brins rouges : brins parentaux provenant de la cellule initiale.Brins bleus : brins nouvellement formés avant la division.

Aide à la rédaction d'un compte rendu

• Présentation des résultats

• Introduction

Les résultats obtenus, soit grâce à des documents, soit grâce à une manipulation, un modèle, une expérience, une observation microscopique... doivent être présentés de manière lisible, sous la forme d'un texte, d'un schéma, d'un tableau, d'une capture d'écran légendée...

L'introduction doit présenter le contexte dans lequel le travail est réalisé, ainsi que la problématique associée. À la suite de la problématique doivent figurer les différentes hypothèses proposées permettant de répondre à la problématique.

• Interprétation et critique des résultats

• Stratégie de résolution

Une fois les résultats présentés, ils doivent être comparés aux pronostics réalisés lors de l'étape de "Stratégie". Si on note des différences entre les informations apportées par les résultats et la stratégie proposée, il est alors indispensable de critiquer les résultats obtenus et/ou la stratégie. (voir le cours sur "comment critiquer des données").

À la suite de l'introduction, on pose une stratégie de résolution présentant deux points importants : - Comment va-t-on tester nos hypothèses ? (quelles manipulations/expériences/documents étudiés...) Qu'est-ce que l'on s'attend à observer si nos hyopthèses sont justes ? (quels résultats je m'attends à obtenir lors de mon expérience, qu'est-ce que je m'attends à trouver comme information dans les documents...). Cette étape est indispensable afin de pouvoir correctement interpréter les résultats.

• Conclusion

Pour terminer le compte-rendu, on réalise une conclusion qui reprend les points important du document : la problématique, les hypothèses validées ou non et l'information principale apportée par les résultats. Enfin, la conclusion doit compiler ces informations pour apporter une réponse à la problématique !

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III. Le rôle fondamental des protéines dans la division cellulaire

B. Les fuseaux de division et le déplacement des chromosomes

A. Protéines et structure des chromosomes

L'ADN est une longue molécule filamenteuse qui a la capacité de s'enrouler autour de protéines structurantes, les histones. Il se forme ainsi une sorte de "collier de perles", la chaîne nucléosomique, qui peut s'enrouler ou se replier sur elle-même.

Au cours des divisions cellulaires, des fibres protéiques contribuent à la transmission des chromosomes aux cellules-filles. Les chromosomes ne migrent en effet pas seuls. En début de prophase, ces fibres se mettent en place et certaines s'ancrent sur les bras des chromosomes et leur centromère. En se raccourcissant ou s'allongeant, elles permettent alors le déplacement des chromosomes au cours des phases de la division. Ce sont également ces fibres qui sont responsable de la séparation des chromatides lors de l'anaphase.

Au début d'une division cellulaire, la chaîne nucléosomique s'enroule sur elle-même en plusieurs niveaux successifs grâce à des modifications subies par les protéines structurantes. Cela se traduit par un raccourcissement et un épaississement de la structure de la molécule : une molécule d'ADN de 8 cm de long compactée formera un chromosome de 7 µm de longueur. Une conséquence de cette condensation est que chaque chromosome occupant un espace restreint, tous les chromosomes d'une cellule sont bien individualisés, séparés les uns des autres.

Certains problèmes liés à la fixation de ces protéines sur les chromosomes peuvent être à l'origine de divers problèmes de santé, comme la trisomie ou certains cancers.

Les points importants Des protéines jouent un rôle essentiel au cours des cycles cellulaires afin de modifier la forme des chromosomes ou de les déplacer. Des anomalies au sein de ces protéines peuvent être à l'origine de certaines maladies graves.

Document 3 - Les protéines permettant le déplacement des chromosomes

> Les tubulines du fuseau de division

> Les cohésines des chromosomes

Les cohésines sont des protéines particulières formant un complexe qui assure la cohésion des chromatides sœurs des chromosomes durant la méiose et la mitose. Ce complexe se désintègre lors de l'anaphase quand les chromatides se séparent.

Le fuseau de division est constitué d'un ensemble de protéines, les tubulines, formant des fibres. Ces fibres sont attachées aux centrosomes, lieux de formation des fibres du fuseau, situés aux pôles opposés de la cellule. parmi les fibres qui constituent le fuseau, certaines sont attachées sur les chromosomes et assurent leur déplacement.

Les cellules contiennent la même information génétique

Préparation de l'activité

Au cours de la division cellulaire, les chromosomes ne présentent pas toujours le même aspect. On dit qu'ils sont capables d'être dans deux états différents : l'état condensé ou l'état décondensé.

Lorsque l'on établit le caryotype d'un individu, les chromosomes sont toujours à l'état condensé : en effet, le caryotype est réalisé à partir d'une cellule qui est au début de la phase de division cellulaire, de sorte que les chromosomes soient distingables et puissent être ordonnés.La condensation des chromosomes est permise par la présence de molécules organisant la molécule d'ADN.

> La méioseLes formes noires sont les molécules d'ADN.

Vocabulaire à revoir :- Chromosome Ensemble constitué d'ADN et de molécules structurantes. Un chromosome porte les gènes d'un individu. - Chromatide Molécule d'ADN constituant un chromosome. On distingue les chromosomes simples, constitués d'une seule chromatide (donc une seule molécule d'ADN) et les chromosomes doubles constitués de deux chromatides (donc deux molécules d'ADN identiques).

> Emplacement des différents chromosomes dans le noyau

Aide à la rédaction d'un compte rendu

• Présentation des résultats

• Introduction

Les résultats obtenus, soit grâce à des documents, soit grâce à une manipulation, un modèle, une expérience, une observation microscopique... doivent être présentés de manière lisible, sous la forme d'un texte, d'un schéma, d'un tableau, d'une capture d'écran légendée...

L'introduction doit présenter le contexte dans lequel le travail est réalisé, ainsi que la problématique associée. À la suite de la problématique doivent figurer les différentes hypothèses proposées permettant de répondre à la problématique.

• Interprétation et critique des résultats

• Stratégie de résolution

Une fois les résultats présentés, ils doivent être comparés aux pronostics réalisés lors de l'étape de "Stratégie". Si on note des différences entre les informations apportées par les résultats et la stratégie proposée, il est alors indispensable de critiquer les résultats obtenus et/ou la stratégie. (voir le cours sur "comment critiquer des données").

À la suite de l'introduction, on pose une stratégie de résolution présentant deux points importants : - Comment va-t-on tester nos hypothèses ? (quelles manipulations/expériences/documents étudiés...) Qu'est-ce que l'on s'attend à observer si nos hyopthèses sont justes ? (quels résultats je m'attends à obtenir lors de mon expérience, qu'est-ce que je m'attends à trouver comme information dans les documents...). Cette étape est indispensable afin de pouvoir correctement interpréter les résultats.

• Conclusion

Pour terminer le compte-rendu, on réalise une conclusion qui reprend les points important du document : la problématique, les hypothèses validées ou non et l'information principale apportée par les résultats. Enfin, la conclusion doit compiler ces informations pour apporter une réponse à la problématique !

Lexique

> Fuseau de division : réseau de fibres cytoplasmiques permettant le déplacement des chromosomes lors d'une division cellulaire.

> ADN polymérase : enzyme catalysant la synthèse de nouvelles molécules d'ADN à partir d'une molécule d'ADN initiale.

> Caryotype : photographie de l'ensemble des chromosomes d'une cellule. Ils peuvent être rangés par ordre de taille décroissante et, si possible, regroupés par paires. Chaque espèce est caractérisée par le nombre et la forme des chromosomes visibles sur le caryotype.

> Interphase : période au cours de laquelle une cellule mène ses activités ordinaires et réplique son ADN en préparation d'une division cellulaire.

> Méiose : Succession de deux divisions cellulaires qui aboutit à des cellules haploïdes, le plus souvent 4, à partir d'une cellule-mère diploïde.

> Chromatide : chromosome simple comportant une seule molécule d'ADN, le chromosome dupliqué possède deux chromatides.

> Mitose : division cellulaire conservant le nombre de chromosomes de la cellule-mère dans les deux cellules-filles.

> Clone : ensemble de cellules résultant des divisions cellulaires successives d'une cellule initiale. Par extension, se dit d'un ensemble d'organismes (animaux ou végétaux) identiques génétiquement.

> Phase S : étape de l'interphase au cours de laquelle les chromosomes décondensés sont dupliqués et deviennent bichromatidiens, en vu d'une division cellulaire (mitose ou méiose).

> Cycle cellulaire : ensemble des événements qui se produisent dans une cellule, depuis sa formation (à la suite d'une division) jusqu'à ce qu'elle se divise par mitose. Chaque cycle cellulaire comprend une interphase suivie d'une mitose.

> Réplication semi-conservative : formation de deux nouvelles molécules identiques d'ADN à partir d'une molécule initiale, chacune ayant conservé un des deux brins de la molécule "mère".

> Enzyme : molécule biologique (généralement une protéine) accélérant la vitesse d'une réaction biochimique sans en modifier le bilan.

Schéma bilan

La ségrégation des chromosomes

Le cycle cellulaire

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A. Interphase et réplication de l'ADN

L'interphase peut être découpée en trois phases successives : - la phase G1 : la quantité d'ADN est stable, les chromosomes sont simples (chacun est constitué d'une unique molécule d'ADN). - La phase S : la quantité d'ADN est doublé, c'est la phase de réplication. - La phase G2 : la quantité d'ADN est stable mais doublée par rapport à la phase G1. Les chromosomes sont doubles (chacun est constitué de deux molécules d'ADN reliées par leur centromère). Au cours de la mitose, les chromosomes seront séparés dans les cellules filles et celles-ci devront être identiques à la cellule mère. Il est donc nécessaire que les chromosomes soient dupliqués avant. Après la découverte de la structure de la molécule d'ADN, des chercheurs ont proposé différents modes de réplication. Les expériences réalisées par Taylor ont permi de mettre en évidence que la réplication se faisait de manière semi-conservative : la molécule d'ADN d'origine est séparée en deux et chaque brin ancien permet la synthèse d'un brin nouveau. Plus tard, le groupe de molécules responsable de la réplication a pu être identifié : l'ADN polymérase. Il s'agit d'un complexe de plusieurs enzymes (protéines) qui se déplace le long du brin ancien et associe les nouveaux nucléotides par complémentarité.

Les points importants Quel que soit le mode de division cellulaire, celle-ci est toujours précédée d'une phase durant laquelle la cellule ne se divise pas, l'interphase. Durant cette phase, la cellule prépare sa division, notamment en réplicant son ADN. Durant la phase S, chaque molécule d'ADN est répliquée selon un modèle semi-conservatif grâce à un complexe enzymatique appelé ADN polymérase.

Document 1 - Le matériel génétique d'un clone

Pour vérifier cette hypothèse, une équipe de chercheurs a extrait l'ADN de feuilles de plusieurs de ces peupliers éloignés géographiquement. Les peupliers sont numérotés de 1 à 9 en fonction de leur localisation (la colonne 12 correspond à une échelle de taille des fragments d'ADN et les colonnes 10 et 11 sont des témoins négatifs). Six séquences ADN ont été étudiées, c'est à dire isolées puis amplifiées (="multipliées").

Dans le sud-ouest des États-Unis, une forêt constituée de peupliers faux-trembles : ces arbres seraient les clones d'un seul peuplier initial qui existait il y a environ 20 000 ans. Les cellules du peuplier initial, par mitoses successives, auraient transmis leur matériel génétique à l'identique à tous les peupliers de cette forêt.

Document 2 - L'équipement chromosomique des cellules

Les chromosomes portent les gènes codant les protéines de l'organisme. Les cellules somatiques sont diploïdes sur un caryotype, on repère des chromosomes identiques qui sont rangés par paires, ce sont les chromosomes homologues. Dans ces cellules, chaque gène est donc présent en deux exemplaires. Les cellules reproductrices, en revanche, ne possèdent qu'un seul exemplaire de chaque chromosome, elles sont donc haploïdes.

> Caryotype d'une cellule somatique humaine

> Formule chromosomique de différentes cellules animales et végétales

Préparation de l'activité

Cependant la mitose n'est pas le seul mécanisme possédé par les cellules pour se diviser. Les cellules reproductrices sont capable de réaliser un autre de type de division appelé méiose : celle-ci permet de diviser l'information génétique par deux. C'est grâce à la méiose qu'il est possible d'obtenir une fécondation entre cellules reproductrices, ainsi qu'une diversité génétique.

L'information génétique des êtres humains est portée dans le noyau de leurs cellules. Toute l'information génétique provient à l'origine d'une unique cellule issue de la fécondation, la cellule-œuf. Cette cellule-œuf va se diviser un grand nombre de fois pour former un embryon pluricellulaire. À chaque division, il est donc nécessaire de transmettre l'information génétique d'une génération de cellules à la suivante, sans perdre d'information. Le procédé employé par les cellules se diviser est alors appelé la mitose.

> La méioseLes formes noires sont les molécules d'ADN, tandis que les cellules sont délimitées par une membrane.

> La mitose

Document 1 - La mitose, une division cellulaire conforme

Manipulations à réaliser

Coloration de l'échantillon

1 - Prélever l'extrémité d'une racine (0,5 à 1 cm environ). Réaliser une tranche fine au milieu à l'aide d'une lame de rasoir, dans le sens de la longueur. 2 - Placer le fragment dans le verre de montre puis verser dessus une à deux gouttes d'acide chlorhydrique (HCl). Laisser tremper 5 minutes. 3 - Sortir la racine à l'aide de la pince fine ou d'une aiguille et la dilacérer soigneusement. 4 - Recouvrir la racine du colorant appelé orcéine acétique (une à deux gouttes). Laisser tremper 15 minutes. 5 - Sortir la racine à l'aide d'une pince et l'égoutter sur du papier absorbant.

Montage de l'échantillon entre lame et lamelle

7 - Déposer la racine sur une lame à l'aide de la pince. 8 - Déposer une goutte d'acide acétique sur la racine. 9 - Déposer une lamelle sur la préparation. 10 - Placer un papier absorbant sur la lemmelle piuis écraser doucement contre la racine.

La mitose concerne toutes les cellules de l'organisme, permettant leur multiplication et leur renouvellement.

< Découvrir les différentes étapes de la mitose grâce à une animation en ligne.

> Observation de la division des cellules de l'extrémité d'une racine.

II. La production de cellules haploïdes au cours de la méiose

La méiose est constituée de deux divisions cellulaires successives. Elle est précédée, comme toute autre division, d'une phase de réplication des chromosomes. Chaque chromosome est donc double au début de la méiose. La première division (notée "1") est composée des mêmes quatre phases que les autres divisions cellulaires, mais présente quelques particularités importantes :

1. La prophase 1

(Du grec pro, avant) Les chromosomes doubles commencent à se condenser et se regroupent par paire homologue. Les deux chromosomes de chaque paire s'alignent dans le même sens et peuvent s'enchêtrer formant ainsi des chiasmas.

2. La métaphase 1

(Du grec méta, après, deuxième) Les paires de chromosomes doubles s'alignent au niveau du plan équatorial. Contrairement à la mitose, les centromère se placent de part et d'autre du plan équatorial, ce sont les chiasmas qui se positionnent au milieu.

3. L'anaphase 1

(Du grec ana, en haut) Les paires de chromosomes sont séparées et migrent vers les pôles de la cellule. Les chromosomes sont toujours doubles, mais ils ne sont plus par paire : on parle de réduction chromosomique.

4. La télophase 1

(Du grec telos, fin) Les cellules-filles formées sont haploïdes, elles n'ont qu'un seul chromosome double de chaque paire, elles ont donc moins de chromosomes que la cellule-mère.

La seconde division (notée "2") se déroule immédiatement après, sans phase S (donc sans réplication). Elle se déroule alors comme une mitose classique : les chromatides sœurs de chaque chromosome sont séparées dans deux nouvelles cellules filles haploïdes. La méiose permet ainsi d'obtenir quatre cellules-filles haploïdes présentant un caryotype différent de celui de la cellule-mère diploïde.

Les points importants La méiose est constituée de deux divisions cellulaires successives. La première division sépare les chromosomes de chaque paire, formant des cellules-filles haploïdes, c'est la réduction chromosomique. La deuxième division se déroule immédiatement après (sans phase S) et permet la séparation des chromatides sœurs (comme une mitose). Au final, la méiose produit quatre cellules-filles haploïdes différentes, à partir d'une cellule-mère diploïde.

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Aide à la rédaction d'un compte rendu

• Présentation des résultats

• Introduction

Les résultats obtenus, soit grâce à des documents, soit grâce à une manipulation, un modèle, une expérience, une observation microscopique... doivent être présentés de manière lisible, sous la forme d'un texte, d'un schéma, d'un tableau, d'une capture d'écran légendée...

L'introduction doit présenter le contexte dans lequel le travail est réalisé, ainsi que la problématique associée. À la suite de la problématique doivent figurer les différentes hypothèses proposées permettant de répondre à la problématique.

• Interprétation et critique des résultats

• Stratégie de résolution

Une fois les résultats présentés, ils doivent être comparés aux pronostics réalisés lors de l'étape de "Stratégie". Si on note des différences entre les informations apportées par les résultats et la stratégie proposée, il est alors indispensable de critiquer les résultats obtenus et/ou la stratégie. (voir le cours sur "comment critiquer des données").

À la suite de l'introduction, on pose une stratégie de résolution présentant deux points importants : - Comment va-t-on tester nos hypothèses ? (quelles manipulations/expériences/documents étudiés...) Qu'est-ce que l'on s'attend à observer si nos hyopthèses sont justes ? (quels résultats je m'attends à obtenir lors de mon expérience, qu'est-ce que je m'attends à trouver comme information dans les documents...). Cette étape est indispensable afin de pouvoir correctement interpréter les résultats.

• Conclusion

Pour terminer le compte-rendu, on réalise une conclusion qui reprend les points important du document : la problématique, les hypothèses validées ou non et l'information principale apportée par les résultats. Enfin, la conclusion doit compiler ces informations pour apporter une réponse à la problématique !

Document 2 - Les tests de Taylor

Taylor cutlive alors les plantes sur un milieu nutritif contenant des nucléotides radioactifs pendant un cycle cellulaire. Ensuite, les racines sont lavées puis placées dans un milieu contenant des nucléotides non radioactifs. La mitose est ensuite bloquée après 1 ou 2 cycles cellulaires.

Pour tester ses hypothèses, Taylor met en culture de jeunes plantules de Bellevalia romana (plante ressemblant au Lis) dans un milieu nutritif contenant de la thymine dont les hydrogènes sont remplacés par une forme radioactive (thymine tritiée). L'ADN synthétisé dans ce milieu devient ainsi radioactif. Il suffit qu'un seul des deux brins de la molécule d'ADN ait incorporé des thymines radioactives pour que la molécule entière apparaisse radioactive. Cette radioactivité peut alors être détectée par autoradiographie : les cellules en culture sont écrasées et mises en contact avec un film photographique. Le rayonnement émis par les molécules radioactives impressionne le film en formant une tâche noire qui révèle la position des molécules dans la cellule.

> Résultats obtenus par Taylor

Préparation de l'activité

> Les gènes

Certains caractères et certaines maladies, dits héréditaires sont transmissibles de génération en génération. Ils sont déterminés par l'information génétique portée par les individus. Dans les cellules animales (comme les cellules humaines), végétales et de nombreux autres êtres vivants au repos (pas en cours de division cellulaire), l'information génétique est contenue dans un noyau (organite délimité par une enveloppe nucléaire). On parle de cellules eucaryotes (en grec, eu signifie "vrai" et karyon, "noyau").

Seule une petite partie de l'ADN d'une cellule porte des gènes (environ 1,1% du total de la molécule). Un gène est une séquence de nucléotides déterminant un caractère (à l'échlle de la cellule de l'organisme), en codant la synthèse d'une protéine. Chaque gène est caractérisé par sa localisation sur un chromosome et par sa fonction, la molécule qu'il permet de produire. Le génome d'un individu représente l'ensemble des gènes qu'il possède. On peut également parler de génome à l'échelle d'une population ou d'une espèce. Tous les individus d'une même espèce possèdent donc les mêmes gènes, mais ils peuvent présenter des séquences différentes, ce qui correspond à différentes versions de ces gènes. On parle d'allèles pour distinguer ces différentes versions de gènes.

> De la cellule à l'ADN

I. La stabilité du caryotype au cours des cycles cellulaires

Toutes les cellules d'un être vivant pluricellulaire proviennent de divisions successives à partir de la cellule-œuf originelle. On appelle cycle cellulaire la période qui s'étend depuis la formation de la cellule (par division) jusqu'au moment où cette cellule finit elle-même de se diviser.On distingue alors deux phases importantes au cours de ce cycle : l'interphase, durant laquelle la cellule prépare sa division, et la mitose, durant laquelle la cellule réalise la division.

Document 3 - Une molécule indispensable à la réplication

En 1958, Arthur Kornberg, médecin et biochimiste américain, met en évidence l'existence dans les cellules d'une enzyme (protéine) capable de catalyser (accélérer) la synthèse de nouvelles molécules d'ADN à partir d'ADN préexistant, de nucléotides et d'énergie. Il l'appelle "ADN polymérase". En 1963, John Cairns, biologiste anglais, parvient à observer que les deux brins de l'ADN de la bactérie E. coli se séparent au moment de la réplication. Quelques années plus tard, les mêmes observations sont faites dans les cellules eucaryotes. Les biologistes nomment alors ces zones "œil de réplication".

> Formation d'un œil de réplication

Modélisation 3D de l'ADN polymérase en action

B. La ségrégation des chromosomes au cours de la mitose

Bien qu'il s'agisse d'un processus continu, la mitose peut être divisée en plusieurs phases :

1. La prophase

(Du grec pro, avant) Les chromosomes doubles commencent à se condenser, ils deviennent progressivement visibles et bien individualisés. L'enveloppe du noyau disparaît, les chromosomes se dispersent dans le cytoplasme.

2. La métaphase

(Du grec méta, après, deuxième) Les chromosomes sont totalement condensés. Ils se placent de telle sorte que tous les centromères sont situés dans un même plan (plan équatorial).

3. L'anaphase

(Du grec ana, en haut) Les deux chromatides de chaque chromosome double se séparent après rupture du centromère. Deux lots identiques de chromatides migrent en sens opposé, chacun vers un pôle de la cellule.

4. La télophase

(Du grec telos, fin) Les chromosomes simples arrivent à chaque pôle de la cellule et se décondensent. Une enveloppe nucléaire se reforme autour des deux groupes de chromosomes. Le cytoplasme et la membrane plasmique se séparent en deux.

Grâce à ce processus, les cellules filles formées possèdent exactement les mêmes chromosomes que la cellule-mère. La mitose est donc une méthode de reproduction conforme car elle conserve le caryotype entre deux générations, formant des clones de cellules.

Les points importants Les chromosomes sont décondensés durant l'interphase et se condensent au cours de la mitose. Les étapes successives permettent la séparation des chromatides de chaque chromosome double et leur migration à un pôle de la cellule. Les deux cellules-filles sont des clones de la cellule-mère : elles possèdent exactement les mêmes chromosomes. La mitose est une reproduction conforme d'une cellule, qui conserve le caryotype.

Document 2 - La méiose, ou formation de cellules haploïdes

> Animation présentant les étapes de la méiose

La méiose se passe dans les organes sexuels et permet, par deux divisions cellulaires successives, d'obtenir des cellules reproductrices haploïdes à partir de cellules diploïdes. Lors du cycle cellulaire, la quantité d'ADN varie différemment dans une cellule reproductrice diploïde :

> Animation présentant les étapes de la mitose

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• Présentation des résultats

• Introduction

Les résultats obtenus, soit grâce à des documents, soit grâce à une manipulation, un modèle, une expérience, une observation microscopique... doivent être présentés de manière lisible, sous la forme d'un texte, d'un schéma, d'un tableau, d'une capture d'écran légendée...

L'introduction doit présenter le contexte dans lequel le travail est réalisé, ainsi que la problématique associée. À la suite de la problématique doivent figurer les différentes hypothèses proposées permettant de répondre à la problématique.

• Interprétation et critique des résultats

• Stratégie de résolution

Une fois les résultats présentés, ils doivent être comparés aux pronostics réalisés lors de l'étape de "Stratégie". Si on note des différences entre les informations apportées par les résultats et la stratégie proposée, il est alors indispensable de critiquer les résultats obtenus et/ou la stratégie. (voir le cours sur "comment critiquer des données").

À la suite de l'introduction, on pose une stratégie de résolution présentant deux points importants : - Comment va-t-on tester nos hypothèses ? (quelles manipulations/expériences/documents étudiés...) Qu'est-ce que l'on s'attend à observer si nos hyopthèses sont justes ? (quels résultats je m'attends à obtenir lors de mon expérience, qu'est-ce que je m'attends à trouver comme information dans les documents...). Cette étape est indispensable afin de pouvoir correctement interpréter les résultats.

• Conclusion

Pour terminer le compte-rendu, on réalise une conclusion qui reprend les points important du document : la problématique, les hypothèses validées ou non et l'information principale apportée par les résultats. Enfin, la conclusion doit compiler ces informations pour apporter une réponse à la problématique !