1. L'ADN, support de l'information génétique

L'essentiel
  • L'ADN (acide désoxyribonucléique) est une double hélice : deux brins enroulés, formés d'une succession de nucléotides. Chaque nucléotide porte une base : A, T, C ou G.
  • Les deux brins sont complémentaires : A est toujours face à T, C toujours face à G. Connaître un brin suffit pour reconstituer l'autre.
  • L'information est portée par l'ordre des bases (la séquence). Un gène est une portion d'ADN qui code une protéine.
  • Un même gène peut exister sous plusieurs versions, les allèles, qui diffèrent par quelques nucléotides.
  • L'ADN est universel : même molécule et même langage chez tous les êtres vivants, ce qui témoigne d'une origine commune.

Simulation : la double hélice

Brin 1 (lu de gauche à droite) et brin complémentaire
Nombre de paires de bases
Proportion de paires C–G
A = T et C = G ?
Dernière mutation

Dans toute molécule d'ADN, il y a autant de A que de T et autant de C que de G : c'est la conséquence directe de la complémentarité (règle de Chargaff).

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2. Expression d'un gène : transcription et traduction

L'essentiel
  • Transcription (dans le noyau) : un brin d'ADN, le brin transcrit, sert de modèle pour fabriquer une molécule d'ARN messager. L'ARNm a la même séquence que l'autre brin (le brin codant), avec U à la place de T.
  • Traduction (dans le cytoplasme, par les ribosomes) : l'ARNm est lu par groupes de trois nucléotides, les codons. Chaque codon correspond à un acide aminé selon le code génétique.
  • La lecture commence au codon initiateur AUG (méthionine) et s'arrête à un codon stop (UAA, UAG, UGA).
  • Le code est redondant : plusieurs codons peuvent coder le même acide aminé. Il est aussi universel.
  • Une mutation peut être silencieuse (même acide aminé), faux-sens (un acide aminé change) ou non-sens (apparition d'un codon stop : protéine raccourcie).

Simulation : lire un gène et le muter

Clique sur une base du brin codant pour la changer (A → C → G → T). Observe l'effet sur l'ARNm et sur la protéine.

Brin codant de l'ADN
ARN messager (codons)
Protéine (chaîne d'acides aminés)
Effet de la mutation
Longueur de la protéine
Codons lus
Acides aminés modifiés

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3. Réplication de l'ADN et mitose

L'essentiel
  • Avant de se diviser, la cellule réplique son ADN (phase S) : chaque chromosome passe d'une à deux chromatides identiques, reliées au centromère. La réplication est semi-conservative.
  • La mitose répartit ensuite ces chromatides : prophase (condensation), métaphase (alignement sur la plaque équatoriale), anaphase (séparation des chromatides vers les pôles), télophase (deux noyaux).
  • Résultat : deux cellules filles identiques entre elles et à la cellule mère, avec le même nombre de chromosomes (2n).
  • La quantité d'ADN double pendant la phase S (de Q à 2Q) puis revient à Q à la fin de la mitose.
  • Rare erreur de réplication : c'est l'origine des mutations, transmises aux cellules filles.

Simulation : le cycle cellulaire (2n = 4)

Quantité d'ADN par cellule au cours du cycle
Phase
Ce qui se passe
ADN par cellule

Orange : chromosomes hérités de la mère ; bleu : du père. Deux paires de chromosomes homologues, une longue et une courte.

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4. Méiose et brassages génétiques

L'essentiel
  • La méiose produit les gamètes : deux divisions successives qui font passer de 2n à n chromosomes. Elle donne 4 cellules haploïdes.
  • Division I (réductionnelle) : les chromosomes homologues s'apparient puis se séparent. Division II (équationnelle) : les chromatides se séparent, comme en mitose.
  • Brassage interchromosomique (anaphase I) : chaque paire s'oriente au hasard, indépendamment des autres. Avec n paires, 2ⁿ combinaisons : 2²³ ≈ 8 millions chez l'humain.
  • Brassage intrachromosomique (prophase I) : des crossing-over échangent des portions entre chromatides homologues. Des allèles portés par un même chromosome peuvent ainsi être recombinés.
  • Avec la fécondation, ces brassages expliquent que chaque individu est génétiquement unique.

Simulation : la méiose, gamète par gamète

Gamètes obtenus (barres) et proportions attendues (traits)

Parent hétérozygote : il a reçu A et B de sa mère (orange), a et b de son père (bleu). Les gamètes « recombinés » sont ceux qui associent un allèle maternel et un allèle paternel.

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5. Croisements et échiquier de croisement

L'essentiel
  • Un individu diploïde possède deux allèles de chaque gène : homozygote (AA, aa) ou hétérozygote (Aa). Le génotype détermine le phénotype (caractère observable).
  • Un allèle dominant (majuscule) s'exprime même en un seul exemplaire ; un allèle récessif (minuscule) ne s'exprime que chez l'homozygote.
  • Chaque gamète ne reçoit qu'un allèle de chaque gène. L'échiquier de croisement combine tous les gamètes des deux parents.
  • Monohybridisme Aa × Aa : 3/4 de phénotype dominant, 1/4 de récessif. Dihybridisme AaBb × AaBb (gènes indépendants) : 9/16, 3/16, 3/16, 1/16.
  • Le test-cross (croisement avec un homozygote récessif) révèle directement les gamètes de l'individu testé.

Simulation : les pois de Mendel

×

A : jaune, dominant sur a : vert. B : lisse, dominant sur b : ridé.

Phénotypes : proportions théoriques (traits) et graines obtenues (barres)

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6. Dérive génétique et sélection naturelle

L'essentiel
  • Dans une population, la fréquence d'un allèle est la proportion de cet allèle parmi tous les exemplaires du gène.
  • Dérive génétique : à chaque génération, les gamètes qui participent à la reproduction sont tirés au hasard. Les fréquences fluctuent, d'autant plus que la population est petite. Un allèle peut disparaître ou se fixer (fréquence 100 %) par simple hasard.
  • Sélection naturelle : si un allèle augmente la survie ou la reproduction, sa fréquence tend à augmenter. Son effet est d'autant plus visible que la population est grande.
  • Sans dérive ni sélection (et sans mutation, migration), les fréquences restent stables : c'est le modèle de Hardy-Weinberg, avec les génotypes en proportions p², 2pq, q².
  • Ces mécanismes, avec les mutations qui créent de nouveaux allèles, expliquent l'évolution de la biodiversité.
AA : p²  ·  Aa : 2pq  ·  aa : q²  ·  p + q = 1

Simulation : 8 populations sur 150 générations

chaque courbe est une population indépendante
Génération
Populations où A est fixé
Populations où A a disparu
Fréquence moyenne de A

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Bientôt en SVT

GéologieTectonique des plaques, séismes et ondes sismiques.
En préparation
ImmunologieRéponse innée et adaptative, vaccination.
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ÉcologieRéseaux trophiques, dynamique des populations.
En préparation