corrigé du contrôle n°1_2006bis

Contrôle de sciences de la vie et de la terre n°1
Exercice 1 ( 6 points)

Un travail sur le code génétique.

Le code génétique est un système de correspondance entre un plan de montage des protéines, écrit sous la forme d'une succession de nucléotides d'ARNm, et les acides aminés constitutifs de ces protéines. Comment traduire, le langage nucléique en un langage d'acides aminés?

1°) Combien faut-il de nucléotides pour coder un acide aminé?
Pour répondre à cette question, vous envisagerez la possibilité d'une correspondance:
- entre un nucléotide et un acide aminé (est-ce possible et pourquoi?);
- entre deux nucléotides et un acide aminé (est-ce possible et pourquoi?);
Si un seul nucléotide codait un acide aminé, étant donné qu'il n'existe que 4 nucléotides différents (A, U, C, G), on ne pourrait coder que 4 acides aminés.
Si un "codon" de deux nucléotides codait un acide aminé, étant donné qu'il existe 16 combinaisons différentes de choisir ces deux nucléotides, on ne pourrait coder que 16 acides aminés.
Avec des codons de 3 nucléotides ( 64 combinaisons) il y a largement de quoi coder les 20 Acides Aminés.

2°) Comment peut-on déchiffre le code génétique?
On synthétise un ARNm artificiel (ARNm poly U, c'est à dire composé uniquement de nucléotides Uracile). On procède in vitro, à une traduction de cet ARNm, on obtient une protéine de type poly Phé (c'est à dire constituée uniquement de phénylalanine).
On répète l'opération avec un ARNm poly UG, la protéine fabriquée se compose de Cystéine et de Valine.
On refait une nouvelle fois l'expérience avec un ARNm poly UGG. On obtient dans la composition des protéines obtenues de la Valine, de la Glycine et du Tryptophane.
A partir de ces expériences et, grâce à un raisonnement rigoureux, identifiez la signification de trois codons. Pour cela, vous envisagerez systématiquement quels sont les différents codons qui peuvent être lus sur les ARNm synthétiques et vous essayerez de leur associer un acide aminé unique.
Il est possible d'établir les correspondances suivantes:

codon
Acide Aminé
UUU
Phénylalanine
UGU
Cystéine
GUG
Valine
UGG
Glycine ou Tryptophane
GGU
Glycine ou Tryptophane
GUG
Valine

3°) Des codons synonymes.
Combien existe-t-il de codons correspondant à des acides aminés ? Il existe 64 codons différents
Combien existe-t–il d’acides aminés naturels ? Il existe 20 acides aminés naturels.
Quelle conclusion s’impose alors ? Comment se nomme la propriété du code génétique ainsi mise en évidence ? Donnez-en un exemple. Plusieurs codons codent le même acide aminé, on dit que le code génétique est redondant (ou dégénéré).

4°) De l’utilité d’un codon initiateur.
Le principe de l’expression de l’information génétique est de fabriquer une protéine précise à partir d’un gène précis (de façon à obtenir un caractère précis).
Cela passe par l’intermédiaire de l’ARNm. Un ARNm donné doit donc coder pour une protéine précise.
Soit l’ARNm suivant :
UGCUACAUUCGUAC
Si l’on n’est pas tenu de lire cet ARNm à partir de son premier nucléotide, combien de protéines différentes pourront être fabriquées ? Trois protéines différentes peuvent être fabriquées, elles correspondent aux séquences de codons suivantes:(la lecture de l'ARNm est décalée d'un nucléotide à chaque fois).
UGC UAC AUU CGU AC; GCU ACA UUC GUA C; CUA CAU UCG UAC

Que remarque-t-on si l’on compare attentivement ces protéines ? Ces protéines qui correspondent à des séquences de codons différentes auront donc des séquences d'acides aminés différentes.
En quoi un codon initiateur est-il alors indispensable, pour une expression fidèle de l’information génétique ?
Or le principe de l’expression de l’information génétique est de fabriquer une protéine précise à partir d’un gène précis (de façon à obtenir un caractère précis; il ne doit donc pas y avoir de décalage dans le cadre de lecture. Le codon initiateur évite ce décalage du cadre de lecture et permet de commencer toujours avec le même codon.
5°) Les ARNt (de transfert).
Indiquez les propriétés des ARNt suivants :

  • ARNt portant le Tryptophane ;
  • ARNt se liant à un codon CAU
  • ARNT ayant pour anticodon GGG.

6°) Un même code pour tous
On sait par technique de génie génétique, insérer un gène d’un organisme dans un organisme étranger.(d’une espèce différente). On obtient alors un organisme génétiquement modifié (OGM).
Par exemple, après transfert de gène, on sait faire fabriquer de l’insuline humaine à des plants de tabac (ces plants transgéniques expriment correctement le gène de l’insuline).
Quelle propriété du code génétique est ainsi mise en évidence ?

7°) Un problème de langage.
On entend parfois dire à la radio ou à la télévision, y compris dans des émissions médicales, qu’un individu est atteint d’une maladie génétique, <<parce qu’il a subi une modification de son code génétique>>. Et l’on nous présente alors le gène normal et que l’on compare au gène responsable de la maladie chez cet individu. Les deux gènes diffèrent par un ou quelques nucléotides.
 Que pensez vous alors de l’expression mise entre guillemet dans le texte ci-dessus ?
Résumez en deux phrases les différentes propriétés du code génétique mises en évidence dans cet exercice.

 

Exercice 2 (5 points)
Maîtriser le vocabulaire scientifique.

Donnez aux termes suivants une définition concise, mais complète.
Catalyseur: substance chimique qui accélère une réaction chimique, sans être transformée au cours de la réaction. Certains métaux peuvent être des catalyseurs: zinc, platine...
enzyme: Une enzyme est un catalyseur biologique. Les enzymes sont des protéines et de ce fait, en ont leurs propriétés générales (dénaturation par exemple).
site catalytique: La partie de l'enzyme qui se lie au substrat correspond au site actif. Dans ce site actif, on distingue le site de fixation dont la géométrie spatiale est complémentaire de celle su substrat et le site catalytyque où se fait la réaction spécifique.
double spécificité enzymatique:Les enzymes ont une double spécificité; une enzyme donnée ne transforme qu'un seul substrat; c'est la spécificité de substrat. Elle ne catalyse qu'une seule réaction, c'est la spécificité d'action. Par exemple l'amylase salivaire hydrolyse l'amidon en maltose.
température optimale.Pour chaque enzyme il existe une température optimale pour laquelle la vitesse de la réaction est maximale.

 

Exercice 3 ( 3 points)
Comprendre une expérience.

L'expérience de Anfinsen.
L'expérience porte sur une enzyme digestive présente dans le suc pancréatique. Il s'agit de la ribonucléase, enzyme de 124 acides aminés, contenant quatre liaisons disulfures ( liaisons s'établissant entre deux acides aminés particuliers nommés cystéine) assurant le repli dans l'espace de la protéine selon une configuration spatiale précise. Anfinsen traite une ribonucléase active par des agents dénaturants, (urée et mercaptol-éthanol).
Les liaisons disulfure sont alors rompues, alors que la structure primaire (séquence des acides aminés) de la protéine n'est pas altérée (La molécule s'est en quelque sorte dépliée, mais elle ne s'est pas coupée). Cette molécule dénaturée n'a alors plus d'activité enzymatique.

Comment expliquez vous, de manière simple, cette perte d'activité de la ribonucléase?

La structure primaire (séquence des acides aminés) de la molécule n'est pas modifiée, par contre les liaisons disulfures entre deux cystéines sont rompues, la structure spatiale de la molécule (enzyme) est donc modifiée. Or le substrat a une forme complémentaire du site actif de l'enzyme, si l'enzyme est déformée, elle ne peut plus reconnaître son substrat, c'est ce qui se passe ici. Cette déformation correspond à une dénaturation de l'enzyme.

Exercice 4 (5points)

Maîtriser le vocabulaire scientifique.

En prenant l'exemple d'une maladie génétique ( thalassémie, phenylcétonurie, albinisme, groupe sanguin.... ) vous rédigerez un court texte scientifique dans lequels vous définirez les différentes échelles de phénotype.

Exercice 5 (5 points)

Comprendre l'effet d'une substance sur une réaction enzymatique:

la lactase est une enzyme qui catalyse l'hydrolyse d'un substrat, le lactose (C12H22O11), en glucose (C6H12O6)et galactose (C6H12O6). La vitesse initiale de la réaction d'hydrolyse a été déterminée en fonction de la concentration en substrat du milieu de réaction (courbe 1), lors d'une seconde série d'expériences, du thiolactose (C12H22O10S) a été ajouté au milieu de réaction (courbe 2).

1°) écrire l'équation de la réaction d'hydrolyse.

   
Lactase = enzyme
   
C12H22O11
+
H2O
C6H12O6
+
C6H12O6
Lactose
 
eau
 
glucose
 
galactose

Rappel: un catalyseur ne participe pas à la réaction , c'est la raison pour laquelle on le place au dessus de la flêche de la réaction.
C'est une réaction d'hydrolyse, il y a donc un deuxième substrat qui intervient dans cette réaction, c'est l'eau.
L'eau participe à la réaction; il faut donc la placer à coté du lactose.


2°) Quel est l'effet sur la réaction de l'ajout de thiolactose? et 3°) Comment le thiolactose peut-il agir?
C'est mon histoire de crabe (lactase) de crevettes (lactose) et de fausses crevettes (thiolactose).
Le graphique montre que pour les faibles concentration en substrat, la vitesse de la réaction est diminuée en présence de thiolactose: ex: pour uneconcentration en lactose: [lactose]=50 ua, la vitesse avec thiolactose est de 10 ua, alors qu'elle était de17ua avec lactose seul.
La molécule de thiolactose a la même forme que la molécule de lactose, l'enzyme fixe du thiolactose par erreur, ce qui forme donc des complexes lactase-thiolactose.; mais ensuite l'enzyme n'est pas capable de transformer ce thiolactose. ( rappel: le crabe attrape une fausse crevette et n'est pas capable de la manger). Il y a compétition entre le lactose et le thiolactose: on parle d'inhibition compétitive.
Le graphique montre que pour les fortes concentration en substrat, la vitesse de la réaction est la même en présence de thiolactose: ex: pour une concentration en lactose: [lactose]=10 ua, la vitesse avec thiolactose ou lactose est de 22 ua. Quand la quantité de lactose devient très supérieure à celle de thiolactose, l'enzyme ne fixe pratiquement plus de thiolactose. (rappel: le crabe n'attrape plus de fausses crevettes si les crevettes sont très nombreuses). Le thiolactose est un analogue de substrat.

 

Exercice 4 (5points)

Restitution des connaissances:

Légendez le schéma suivant:

 

Il y avait 17 légendes à mettre, le titre Biosynthèse des protéines et les deux sous titres: transcription de l'ADN en ARNm et traduction de l'ARNm en protéine comptaient double. Aucun élève ne m'a mis de titre!!!
I l fallait dessiner l'ARN polymerase ADN dépendante.

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J@©QUES FLORIMONT
Modifié le 02.12.2012