
\thumb

\begin{qcm}{Vérification des connaissances}{10} % titre , temps
Choisissez la seule réponse exacte pour chaque série de propositions.

\begin{questions}
\item Une protéine est une macromolécule constituée :

\choix d'un enchaînement linéaire de bases azotées;

\choix d'un enchaînement linéaire ou ramifié de glucides;

\choix d'un enchaînement non ramifié d'acides aminés;

\choix d'un enchaînement linéaire d'acides nucléiques.

\item Les acides aminés se distinguent les uns des autres par :\resetchoix

\choix leur partie amine;

\choix le radical R qu'ils portent;

\choix leur partie acide carboxylique;

\choix par le type de protéine qu'ils portent sur leur chaîne latérale.

\item Une mutation décalante par délétion est une mutation qui :\resetchoix

\choix enlève un nucléotide de l'ARN messager et décale la transcription;

\choix enlève un acide aminé au cours de la traduction de l'ARN messager;

\choix enlève un nucléotide de l'ADN et décale la traduction de l'ARN messager;

\choix enlève un nucléotide de l'ADN et décale le code génétique de l'ARN messager.

\item Une mutation par substitution survenant sur une partie de gène correspondant à un exon ne s'exprime pas dans la protéine codée :\resetchoix

\choix car les exons ne sont pas traduits;

\choix dans certains cas du fait de la redondance du code génétique;

\choix si elle fait apparaître un codon STOP sur l'ARNm;

\choix si la fonction de la protéine n'est pas modifiée.

\item Le nombre de protéines différentes fabriquées par un organisme est :\resetchoix

\choix égal au nombre de ses allèles car chaque allèle code une protéine;

\choix inférieur au nombre de ses allèles car certains de ceux-ci sont récessifs et ne s'expriment pas;

\choix supérieur au nombre de ses allèles car certains gènes peuvent coder pour plusieurs protéines différentes.
\end{questions}
\end{qcm}

\begin{corrige}
\begin{questions}
\item Réponse \choix[c].
\item Réponse \choix[b].
\item Réponse \choix[c].
\item Réponse \choix[b].
\item Réponse \choix[c].
\end{questions}
\end{corrige}

%%% 2

\begin{exo}{Vérification des connaissances}{Lycée Montaigne, Paris}{1}{5} 
Complétez les phrases suivantes :

\begin{questions}
\item Une protéine est constituée \ldots\ \ldots\ enchaînés par des liaisons \ldots\ \ldots\ . Une protéine est donc un poly\ldots\ .

\item Au cours de la \ldots\ , un ARN pré-messager est synthétisé dans le noyau. L'ARNm est le résultat de la \ldots\ de cet ARN pré-messager.

\item La traduction se déroule dans le \ldots\  Elle est réalisée par des \ldots\  qui enchaînent des \ldots\ \ldots\ selon une séquence définie par l'ARNm.

\item Le \ldots\ \ldots\ est un système de correspondance entre les \ldots\ de nucléotides constituant l'\ldots\ et les \ldots\ \ldots\ constituant le polypeptide codé.
\end{questions}
\end{exo}

\begin{corrige}
\begin{questions}
\item Une protéine est constituée d'acides aminés enchaînés par des liaisons peptidiques.
Une protéine est donc un polypeptide.
\item Au cours de la transcription, un ARN pré-messager est synthétisé dans le
noyau. L'ARNm est le résultat de la maturation de cet ARN pré-messager.
\item La traduction se déroule dans le cytoplasme. Elle est réalisée par des ribosomes
qui enchaînent des acides aminés selon une séquence définie par l'ARNm.
\item Le code génétique est un système de correspondance entre les triplets de
nucléotides constituant l'ARN messager et les acides aminés constituant le
polypeptide codé.
\end{questions}
\end{corrige}

%%% 3

\begin{exo}{Vérification des connaissances}{Lycée du Parc, Lyon}{1}{5} 
Exprimer une idée importante du cours en utilisant chacune des listes de termes suivantes:

\begin{questions}
\item Acides aminés - Séquence caractéristique - Protéine - Propriétés fonctionnelles.
\item Introns - ARN pré-messager - Excision - ARN messager mûr.
\item Phénotype macroscopique - Mutation - Séquence de la protéine codée - Modification .
\end{questions}
\end{exo}

\begin{corrige}
\begin{questions}
\item Une protéine présente une séquence caractéristique en acides aminés dont
dépendent ses propriétés fonctionnelles.
\item L'excision des introns de l'ARN pré-messager participe à sa transformation
en ARN messager mûr.
\item La mutation d'un gène peut entraîner la modification de la séquence de la
protéine codée ainsi que du phénotype macroscopique gouverné.
\end{questions}
\end{corrige}

%%% 4

\begin{exo}{Vérification des connaissances}{Lycée La Bruyère, Versailles}{1}{5}  
À partir de la liste ci-dessous, retrouver l'ordre logique de causes à effets.

\begin{questions}
\item Phénotype macroscopique modifié.
\item Mutation faux sens d'un allèle.
\item Perturbation de la fonction de la protéine codée.
\item Séquence en acides aminés modifiée.
\item Phénotype cellulaire altéré.
\end{questions}
\end{exo}

\begin{corrige}
2, 4, 3, 5 et 1.
\end{corrige}


%%% 5

\begin{exo}{Transcription – traduction}{\null}{1}{10} 
L'ocytocine et la vasopressine sont deux hormones synthétisées par la post-hypophyse des Mammifères.

La première a comme organe-cible l'utérus et la seconde les artères et les reins.

Le document a représente la séquence des bases de l'ADN pour l'ocytocine. Le document b représente la séquence des bases de l'ADN pour la vasopressine. Dans les deux cas, seul le brin non transcrit du gène a été représenté.

\begin{figure}
\begin{center}
\includegraphics{093_4_exo5}
\tabcaption{Séquences nucléotidiques codant pour l'ocytocine et la vasopressine.}
\end{center}
\end{figure}

\textit{La maturation des ARN n'est pas envisagée dans cet exercice.}

\begin{questions}
\item Déterminez, en utilisant le tableau du code génétique, la séquence de ces deux hormones.
\item Comparez le nombre de différences observées entre les deux brins d'ADN d'une part et les deux chaînes polypeptidiques d'autre part, et expliquez pourquoi des différences dans la séquence des nucléotides n'entraînent pas forcément des différences dans la séquence des acides aminés.
\end{questions}
\end{exo}

\begin{corrige}
\begin{questions}
\item On dispose du brin non transcrit des gènes codant respectivement pour l'ocytocine
et la vasopressine. On sait que la séquence d'ARNm obtenue par transcription est complémentaire de celle du brin transcrit du gène. On sait de plus que les deux brins de l'ADN sont complémentaires. On obtient donc « directement » la séquence nucléotidique de l'ARNm en recopiant celle du brin non transcrit du gène et en remplaçant simplement les « T » par des « U ».

Séquence d'ARNm issue de la transcription du gène de l'ocytocine :
\begin{center}
UGC UAC AUC CAG AAC UGC CCC CUG GGC
\end{center}

Séquence d'ARNm issue de la transcription du gène de la vasopressine :
\begin{center}
UGC UAC UUC CAG AAC UGC CCA AGA GGA
\end{center}

On lit ensuite triplet par triplet chaque molécule d'ADN et on utilise le tableau du
code génétique pour déterminer quel est l'acide aminé désigné par chaque triplet
(codon) de l'ARNm au moment de la traduction; on obtient ainsi la séquence des
acides aminés de chaque hormone.

Séquence des acides aminés de l'ocytocine :
\begin{center}
Cys – Tyr – Ile – Gln – Asn – Cys – Pro – Leu – Gly
\end{center}

Séquence des acides aminés de la vasopressine :
\begin{center}
Cys – Tyr – Phe – Gln – Asn – Cys – Pro – Arg – Gly
\end{center}

\begin{attention}
Les séquences d'ARN messager ne sont pas exigées dans l'énoncé, mais leur
présentation est indispensable pour l'explication de la méthode d'obtention des
séquences d'acides aminés.
\end{attention}

\item Les deux brins d'ADN diffèrent au niveau de cinq nucléotides, ce qui modifie
quatre triplets dans le gène : ceux situés en position 3, 7, 8 et 9. Malgré cela, les
deux hormones ne diffèrent que par deux acides aminés : ceux situés en position
3 et 8. En effet, des différences dans la séquence des nucléotides n'entraînent pas
forcément de différences dans la séquence des acides aminés car le code génétique
est redondant : des codons différents peuvent désigner le même acide aminé.
\end{questions}
\newpage
\end{corrige}

%%% 6

\begin{exo}{Expression de l'information génétique}{Lycée Mansart, St Cyr l'Ecole}{1}{15} 
\begin{questions}
\item Écrivez la formule développée d'un acide aminé en général. Écrire la réaction de synthèse d'un dipeptide en général.
\item Donnez la définition d'une protéine.
\item Quels sont les différents niveaux de structure d'une protéine (expliquez-les succinctement) ?
\item Complétez les légendes manquantes et donnez un titre au schéma ci-dessous :
\enlargethispage*{3em}
\textit{Les cadres « doubles » concernent la structure de la cellule.}

\Par

\begin{figure}
\begin{center}
\includegraphics{093_4_exo6-1}
\tabcaption{Schéma à compléter.}
\end{center}
\end{figure}
\end{questions}
\end{exo}

\begin{corrige}
\begin{questions}
\item 
\raisebox{-0.5\totalheight}{\begin{figure}
\begin{center}
\includegraphics{111_4_exo6-3}
\figcaption{Formule développée d'un acide aminé.}
\end{center}
\end{figure}}

\Par

\begin{figure}
\begin{center}
\includegraphics{111_4_exo6-4}

\includegraphics{111_4_exo6-5}
\figcaption{Réaction de synthèse d'un dipeptide.}
\end{center}
\end{figure}

\item Une protéine est une macromolécule constituée de l'enchaînement de plus de 100
petites molécules appelées acides aminés.

\item La structure d'une molécule est l'organisation de ses constituants. Les protéines
ont toutes, 3 niveaux d'organisation et les plus complexes, 4 niveaux :
\begin{itemize}
\item Structure primaire : enchaînement linéaire des acides aminés constitutifs de la protéine ou séquence de la protéine.
\item Structure secondaire : certains acides aminés provoquent des pivotements (angles)
ou s'attachent entre eux ce qui crée des repliements de la
chaîne.
\item Structure tertiaire : organisation spatiale de la protéine, celle-ci est souvent globulaire.
\item Structure quaternaire : structure pour les protéines constituées de plusieurs
chaînes c'est-à-dire organisation spatiale des différents chaînes entre elles.
\end{itemize}

\newpage

\item Expression de l'information génétique.

\begin{figure}
\begin{center}
\includegraphics{112_4_exo6-2}
\tabcaption{Expression de l'information génétique.}
\end{center}
\end{figure}
\end{questions}
\end{corrige}

%%% 7

\begin{exo}{Transcription-ARNm}{Lycée Saint Jean Hulot, Versailles}{1}{15} 
La technique du pulse/chase consiste à incuber des cellules dans un milieu contenant de l'uracile radioactif pendant quelques minutes, puis à transférer ces cellules sur un milieu dit « froid », contenant de l'uracile non radioactif. La quantité de radioactivité est mesurée au cours du temps dans les différents compartiments cellulaires.

\begin{figure}
\begin{center}
\includegraphics[height=40mm]{094_4_exo7}
\tabcaption{\'Evolution de la quantité de radioactivité après le pulse.}
\end{center}
\end{figure}

À partir de vos connaissances, interprétez les résultats obtenus.
\end{exo}

\begin{corrige}
Dès les cinq premières minutes après le pulse, la totalité de l'uracile radioactif se
trouve dans le noyau de la cellule. Puis le pourcentage d'uracile radioactif dans le
noyau diminue progressivement pour être nul 27 minutes après le pulse. Or l'uracile
est la base azotée caractéristique de l'ARN; la concentration d'uracile dans le noyau
cinq minutes après le pulse est donc due à son intégration dans des molécules d'ARN
et en particulier dans l'ARN messager (ou pré-messager) au cours de la transcription
des gènes s'exprimant dans la cellule.

À l'inverse dans le cytoplasme, la quantité d'uracile radioactif est nulle au début de
l'expérience et augmente progressivement pour être maximale 27 minutes après le
pulse. Les molécules d'ARN messager marquées à la radioactivité ont donc migré
dans le cytoplasme. Cette expérience met donc en évidence que l'ARN messager (en
réalité l'ARN pré-messager) est synthétisé dans le noyau et migre secondairement
dans le cytoplasme où s'effectue la traduction.
\end{corrige}

%%% 8

\begin{exo}{\'Epissage alternatif}{Lycée du Parc, Lyon}{1}{15}
\label{ch4exo8} 
Le gène DSCAM de la drosophile, impliqué dans la formation du système nerveux, est constitué de \numprint{60000} nucléotides. Il comprend 115 exons dont 20 sont présents dans tous les ARNm mûrs. Les 95 autres exons sont répartis en quatre groupes qui subissent un épissage alternatif qui ne conserve qu'un seul exon de chaque groupe.

Les quatre groupes d'exons contiennent respectivement 12, 48, 33 et 2 exons.

\Par

\begin{figure}
\begin{center}
\includegraphics{094_4_exo8}
\tabcaption{\'Epissage de l'ARN du gène DSCAM.}
\end{center}
\end{figure}

\begin{questions}
\item Calculez combien de protéines DSCAM différentes la drosophile est capable de produire.
\item Que peut-on dire si l'on compare le génome de la drosophile à son protéome (ensemble des protéines qu'elle peut fabriquer) ?
\end{questions}
\end{exo}

\begin{corrige}
\begin{questions}
\item D'après les informations apportées par le document, l'ARN messager mûr issu de
la transcription du gène DSCAM de la drosophile contient quatre exons dont le
nombre de séquences différentes possibles est respectivement égal à 12, 48, 33 et 2.
Le nombre n de molécules d'ARN m différentes possibles est donc :
\[
n = 12 \times 48 \times 33 \times 2 = \numprint{38016}.
\]
Ce nombre est donc aussi celui des différentes protéines DSCAM que la drosophile
est capable de produire par traduction des ARNm.

\item On constate que l'expression du seul gène DSCAM permet la synthèse de plusieurs
dizaines de milliers de protéines différentes. Même s'il n'existe chez la
drosophile aucun autre cas d'épissage alternatif, ce qui est peu vraisemblable, on
peut déjà conclure que le protéome de la Drosophile est beaucoup plus grand que
son génome.
\end{questions}
\end{corrige}

%%% 9

\begin{exo}{\fontsize{11}{11}\selectfont Facteur de coagulation et expression génétique}{Lycée Montaigne, Paris}{2}{15} 
L'hémophilie est une maladie héréditaire grave qui se manifeste par des anomalies plus ou moins sévères de la coagulation du sang.

La forme appelée hémophilie A est due à la présence, chez les personnes atteintes, d'une anomalie dans une des protéines qui interviennent dans la coagulation du sang, le facteur VIII dont la séquence comporte \numprint{2332} acides aminés.

On a isolé le gène codant pour le facteur VIII sur le chromosome X. Après purification,
on a déterminé la séquence de ce gène chez quatre individus : deux, ne sont pas
hémophiles (individus 1 et 4) et deux sont atteints d'hémophilie (chez le patient 2,
on observe une forme sévère de la maladie et chez le patient 3, une forme atténuée).

Dans trois cas (2, 3, 4), l'analyse révèle une différence ponctuelle dans la séquence
des nucléotides de l'ADN par rapport à celle du gène normal \linebreak(individu~1).

Le document ci-dessous donne la séquence des nucléotides dans la portion de brin
transcrit d'ADN contenant le site modifié, pour les quatre individus :

\Par

Individu 1: --ATGGAAGCTTAAGTG--

Individu 2: --ATGGAAACTTAAGTG--

Individu 3 :--ATGGAAGTTTAAGTG--

Individu 4 :--ATGGAAGCCTAAGTG--

\Par

\begin{figure}
\begin{center}
\includegraphics{095_4_exo9}
\tabcaption{Code génétique sous une forme originale.}\label{code-genetique-exo9}
\end{center}
\end{figure}

\begin{questions}
\item À l'aide du code génétique (tableau \ref{code-genetique-exo9}), donnez la séquence des acides aminés de la portion du facteur VIII étudié, chez l'individu 1.
\item Pourquoi dans le cas 2, la forme de la maladie est-elle plus grave que dans le cas 3 ?
\item Pourquoi l'individu 4 n'est-il pas atteint d'hémophilie ?
\end{questions}
\end{exo}

\begin{corrige}
\begin{questions}
\item \begin{methode}
Dans ce type d'exercice où ce sont les brins transcrits qui sont donnés, il est
indispensable de donner les ARNm produits lors de la transcription avant de
répondre à la question posée.
\end{methode}

L'ARNm produit lors de la transcription de la portion du gène normal :
\begin{center}
--UAC CUU CGA AUU CAC--
\end{center}

À l'aide du code génétique fourni, on peut déterminer la portion d'acides aminés
correspondante :
\begin{center}
--tyrosine - leucine - arginine - isoleucine - histidine --
\end{center}

\item Pour répondre à cette question, il faut déterminer la séquence d'acides aminés pour
les cas 2 et 3 de la même manière que précédemment.

L'ARNm produit lors de la transcription de la portion du gène :

\qquad Cas 2 : --UAC CUU UGA AUU CAC--

\qquad Cas 3 : --UAC CUU CAA AUU CAC--

\Par

À l'aide du code génétique fourni, on peut déterminer la portion d'acides aminés
correspondante :

\qquad Cas 2 : --tyrosine - leucine - stop - isoleucine - histidine --

\qquad Cas 3 : --tyrosine - leucine - glutamine - isoleucine - histidine --

\Par

On constate que la mutation, dans le cas 2, entraîne le remplacement d'une arginine
par un codon stop. Ce qui signifie que la protéine sera plus courte et donc non fonctionnelle alors que dans le cas 3, l'arginine est remplacée par une glutamine provoquant
des perturbations moins importantes de la fonction du facteur VIII.

\item Lors de la traduction de l'ARNm produit à partir du gène de l'individu 4, le codon
CGA de l'ARNm normal, est remplacé par CGG. Or, d'après le code génétique fourni, CGG correspond comme CGA à une arginine. Il s'agit donc d'une mutation muette, ce qui explique que l'individu 4 ne soit pas malade.
\end{questions}
\end{corrige}

%%% 10

\begin{exo}{Traduction – Code génétique}{Lycée La Bruyère, Versailles}{2}{10} 
Une « entorse » à un dogme de la biologie moléculaire. 

En exploitant les documents 1 et 2 et à l'aide de vos connaissances, proposez une explication aux résultats obtenus dans
l'expérience de transgénèse (document de référence). En conclusion, vous montrerez
qu'il peut exister des exceptions au caractère « universel » du code génétique.

\textit{La maturation des ARN n'est pas envisagée dans cet exercice.}

\textit{Vous pourrez vous aider du tableau de code génétique page \pageref{tab-code-genetique}} ou \pageref{code-genetique-exo9}.

\Par

\begin{figure}
\begin{tabular}{|Z{m{0.96\linewidth}}|}
\hline
Des chercheurs ont isolé des gènes de la paramécie (organisme unicellulaire), puis
les ont transférés dans des cellules de lapin. Ils ont eu la surprise de constater que
les cellules de lapin ne synthétisent jamais les protéines complètes attendues mais
seulement des fragments. Ils ont en outre constaté que les protéines de la paramécie
présentent une proportion plus importante de glutamine que les protéines de lapin.\\
\hline
\end{tabular}

\figcaption{Document de référence : résultats d'expériences de transgenèse.}
\end{figure}

\begin{figure}
\begin{tabular}{|Z{m{0.96\linewidth}}|}
\hline
La séquence en bases azotées ci-dessous est celle du brin transcrit d'un gène codant
pour un peptide qui, chez la paramécie, comporte 10 acides aminés :\\
\centering\arraybackslash
TAC TAT TTC TCC ATG CTC ATT CGT GCA CGA ACT CGA.\\
\hline
\end{tabular}

\figcaption{Séquence en bases d'un gène de la paramécie.}
\end{figure}
\end{exo}

\begin{corrige}
\begin{methode}
Cet exercice intègre un document dit « de référence » comme on en trouve parfois
dans des sujets de baccalauréat. Il contient des données scientifiques que l'on
cherche à comprendre, à valider ou à invalider grâce aux informations apportées par
les autres documents. Il ne faut pas rédiger d'étude de ce document de référence.
D'ailleurs si vous vous y essayez, vous verrez que vos explications tourneront rapidement
à de la paraphrase inutile.
\end{methode}

La transgénèse consiste à insérer dans le génome d'un individu un gène supplémentaire
qui peut provenir d'une autre espèce, appartenant éventuellement à un groupe
évolutivement très éloigné. Le code génétique (système de décodage de l'information
génétique) étant universel, le transgène peut en théorie s'exprimer dans l'organisme
hôte par la synthèse d'une protéine spécifique.

En exploitant les documents proposés, nous verrons qu'il peut exister des exceptions
au caractère universel du code génétique.

\begin{questions}
\item Transcription d'une séquence d'ADN.

Dans le document 1 est présentée la séquence en bases du brin transcrit de l'ADN
d'une portion de gène de paramécie. Au cours de la transcription, un complexe
enzymatique ARN polymérase synthétise un brin d'ARN en enchaînant des ribonucléotides
selon une séquence complémentaire de celle du brin transcrit (l'uracile
remplaçant la thymine comme base complémentaire de l'adénine). La séquence du
brin d'ADN transcrit étant :
\begin{center}
TAC TAT TTC TCC ATG CTC ATT CGT GCA CGA ACT CGA
\end{center}
La séquence en base de l'ARN messager synthétisé est donc :
\begin{center}
AUG AUA AAG AGG UAC GAG UAA GCA CGU GCU UGA GCU
\end{center}

\begin{methode}
Une source d'erreur classique mais fâcheuse dans cet exercice est de confondre le
brin transcrit de l'ADN et le brin non transcrit, appelé aussi brin codant. L'ARNm
a en effet une séquence complémentaire de celle du brin transcrit mais identique à
celle du brin codant.
\end{methode}

\item Traduction de l'ARN messager.

Le document 2 est le code génétique, c'est-à-dire le système de correspondance
entre les codons portés par l'ARNm et les acides aminés qui sont enchaînés par les
ribosomes au cours de la traduction.

À partir du code génétique, on peut déterminer la séquence en acides aminés correspondant
à la molécule d'ARN ci-dessus.

Méthionine-Isoleucine-Lysine-Arginine-Tyrosine-Acide glutamique.

Le septième codon de l'ARNm, UAA, est un codon STOP c'est-à dire un signal
de lecture qui provoque l'arrêt de la traduction par les ribosomes. Le peptide synthétisé
est donc composé de 6 acides aminés seulement. Ce résultat peut paraître
curieux car le gène de la paramécie est censé coder un peptide de dix acides
aminés (la traduction aurait donc dû s'arrêter au dixième codon ; le onzième étant
le codon STOP UGA). Ces données contradictoires montrent que chez la paramécie,
le codon UAA n'est pas un codon stop mais un codon codant. En revanche,
le résultat obtenu permet de comprendre pourquoi les transgènes de paramécie ne
permettent pas d'obtenir des protéines entières chez un lapin.
\end{questions}

\textit{Synthèse :} il semble donc que le code génétique de la paramécie ne soit pas tout-à-fait identique au code génétique du lapin (et de la plupart des organismes). Il est précisé
dans le document de référence que les protéines de la paramécie sont particulièrement
riches en arginine. Dans le code génétique « universel », cet acide aminé est codé par deux codons seulement : CAA et CAG. On peut émettre comme hypothèse que
dans le code génétique de la paramécie UAA code, comme CAA, pour l'acide aminé
arginine. Cette différence de code génétique montre qu'il peut exister des exceptions
à son caractère universel.
\end{corrige}

%%% 11

\begin{exo}{Synthèse des protéines du lait}{Lycée Jules Ferry, Paris}{2}{10}%  dans les glandes mammaires
Le lait maternel qui est composé de nombreuses substances, en particulier des protéines
appelées caséines. Des expériences ont été réalisées afin de mettre en évidence
les synthèses effectuées dans les cellules de glandes mammaires de femmes en fin de
grossesse.

À partir de l'analyse de ces expériences et de vos connaissances, vous expliquerez la
chronologie des synthèses mises en évidence.

Description de l'expérience : des cellules de glandes mammaires sont mises à incuber,
les unes en présence d'uracile radioactif (culture 1), les autres en présence d'un
acide aminé radioactif : la leucine (culture 2). La leucine est présente en forte quantité
dans les caséines.

On extrait toutes les deux heures les molécules radioactives fabriquées par les cellules
de la culture 1 et les cellules de la culture 2. Les résultats sont consignés dans le graphique ci-dessous.

\begin{figure}
\begin{center}
\includegraphics[height=45mm]{097_4_exo11}
\figcaption{Résultats expérimentaux.}
\end{center}
\end{figure}
\end{exo}

\begin{corrige}
En plongeant les cellules mammaires humaines dans un milieu contenant de l'uracile
radioactif, nucléotide spécifique de l'ARN et de la leucine radioactive, acide aminé
présent en grande quantité dans la caséine, protéine du lait maternel, on va pouvoir
suivre spécifiquement la synthèse de l'ARN et de la caséine au cours du temps dans
les cellules.

Dès le début de l'expérience, on remarque une augmentation rapide de la fabrication
de molécules dans la culture 1, c'est-à-dire d'ARN à partir de l'uracile radioactif : la
synthèse a lieu durant les 12 premières heures puis se stabilise à un maximum de 5.

Pour la culture 2 avec la leucine, la radioactivité nulle au début, commence à augmenter
doucement à partir de 4h et augmente considérablement vers 16h au moment où
la radioactivité est maximale dans la première culture.

On peut en déduire, grâce au choix judicieux des molécules marquées, que les cellules
mammaires féminines fabriquent dans un premier temps de l'ARN : l'ARN messager
nécessaire pour ensuite élaborer de la caséine. Cette synthèse se fait rapidement et
atteint son meilleur rendement au bout de 12h. Ensuite l'ARN messager fabriqué
au niveau du noyau se déplace dans le cytoplasme pour permettre la synthèse de
protéines dont la caséine : ce déplacement puis la traduction du message
codé met entre 4 et 12h à s'effectuer. La synthèse de la caséine s'opère donc avec un
décalage et se réalise correctement 16h après.
\end{corrige}

%%% 12

\begin{exo}{Transcription – ARN m}{Lycée Claude Bernard, Paris}{2}{10} \label{ch4exo12}
La technique du pulse/chase consiste à incuber des cellules dans un milieu contenant de
l'uracile radioactif pendant quelques minutes, puis à transférer ces cellules sur un milieu
dit « froid », contenant de l'uracile non radioactif. Le document ci-dessous montre le
résultat obtenu par autoradiographie de telles cellules 5 minutes après le pulse (photo 1)
et 20 minutes après le pulse (photo 2).

À partir de vos connaissances, interprétez les résultats obtenus.

\begin{figure}
\begin{center}
\includegraphics{097_4_exo12}
\tabcaption{résultat des autoradiographies.}
\end{center}
\end{figure}
\end{exo}

\begin{corrige}
L'autoradiographie de la photo 1 permet d'observer l'aspect caractéristique d'une cellule
de type cellule animale : membrane plasmique, cytoplasme, noyau.

L'uracile radioactif, ayant marqué la radiographie sous forme de points bleus est localisé
dans le noyau. L'uracile est la base azotée caractéristique de l'ARN ; la concentration
d'uracile dans le noyau cinq minutes après le pulse est donc due à son intégration
dans des molécules d'ARN et en particulier dans l'ARN messager au cours de la
transcription des gènes s'exprimant dans la cellule.

Sur l'autoradiographie prise 20 minutes après le pulse, l'uracile radioactive est localisée
dans le cytoplasme. Les molécules d'ARN messager marquées à la radioactivité
se sont donc déplacées du noyau vers le cytoplasme.

Ces expériences mettent donc en évidence que l'ARN messager (en réalité l'ARN
prémessager) est synthétisé dans le noyau puis se dirige vers le cytoplasme qui est le
siège de la traduction.
\end{corrige}

%%% 13

\begin{exo}{\fontsize{13}{13}\selectfont Expression de l'information génétique}{Lycée Pablo Picasso, Fontenay/bois}{2}{15}
\label{ch4exo13} 
Du gène à la protéine :Vous présenterez les grandes étapes de l'expression d'un gène.
Votre réponse comportera une introduction, un plan apparent, une conclusion ainsi
que des schémas. La maturation des ARN n'est pas attendue.
\end{exo}

\begin{corrige}
Dans la cellule, le noyau avec ses molécules d'ADN contient l'information génétique
nécessaire à la synthèse des protéines qui a lieu dans le cytoplasme.

Cette synthèse se déroule donc en 2 étapes :\enlargethispage*{3em}
\begin{itemize}
\item La transcription du gène en un ARN messager dans le noyau.
\item La traduction du message contenu dans l'ARN messager en séquence\linebreak d'acides aminés dans le cytoplasme.
\end{itemize}

\begin{questions}
\item La transcription.

Chaque molécule d'ADN comporte plusieurs gènes c'est-à-dire des successions
de nucléotides ordonnées contenant chacune un message codé pour la fabrication
d'un polypeptide spécifique.

L'ADN ne pouvant sortir du noyau, cette étape consiste à copier le message codé
au niveau du gène en une molécule éphémère appelée ARN messager.

L'ARN messager est une chaîne simple nucléotidique (monocaténaire) constituée
de 4 sortes de nucléotides avec comme sucre un ribose et différant par leur base:
adénine, guanine, cytosine ou uracile (spécifique et correspondant à la thymine de
l'ADN).

Mécanisme de la transcription :

Une enzyme, ARN polymérase se fixe en amont du gène et provoque l'ouverture
graduelle et temporaire des 2 brins de l'ADN qui se séparent. L'ARN messager se
forme au contact d'un des 2 brins, dit brin transcrit, par complémentarité.

L'ARN se détache en fin de transcription et les 2 brins d' ADN se réassocient.

Plusieurs ARN polymérases transcrivent successivement le même gène ce qui permet de produire rapidement de nombreux ARN messagers.

\item La traduction.

L'ARN messager créé s'échappe du noyau en traversant la membrane nucléaire au
niveau d'un pore et rejoint le cytoplasme.

Ici le message va être décodé et traduit en une suite d'acides aminés. Il faut pour
cela des unités de lecture, les ribosomes (constitués de 2 sous-unités).

Le ribosome se fixe sur l'ARN messager au début du message (reconnaissable par
le signal AUG) puis il se déplace le long de la molécule par séquences de 3 nucléotides
appelées codon. Le codon est identifié et traduit en un acide aminé qui vient se
positionner à ce niveau. Le ribosome se décale d'un codon et le nouvel acide aminé
arrive et se lie au précédent par liaison peptidique.

La correspondance entre les codons et les acides aminés est appelée code génétique,
il est identique pour tous les êtres vivants, c'est un code universel mais différents codons donnent le même acide aminé, le code est redondant. De plus, certains
codons n'ont pas de correspondant en acide aminé, ce sont les codons « stop ».

Lorsque le ribosome arrive à un codon « stop », la traduction s'arrête et le ribosome
se détache.

Le polypeptide (ou protéine) fabriqué est libéré, il a acquis sa structure primaire.
Pour être fonctionnelle, la molécule va être découpée, repliée, associée parfois à
d'autres molécules afin d'acquérir sa structure spatiale définitive (structure tertiaire),
tout ceci au niveau de réseaux membranaires à l'intérieur du cytoplasme.

L'ARN messager sera lu et traduit plusieurs fois par d'autres ribosomes avant
d'être détruit. Un gène actif va donc produire de nombreuses protéines identiques
en un temps relativement court.
\end{questions}

\textit{Conclusion :} l'expression d'un gène est permise grâce à une molécule intermédiaire,
l'ARN messager qui assure le transfert du message génétique contenu dans le noyau
et sa traduction en protéine au niveau du cytoplasme.

La protéine formée sera ensuite dirigée vers la partie appropriée de la cellule ou vers
le milieu extérieur en fonction de son rôle à jouer.

\Par

\begin{figure}
\begin{center}
\includegraphics{118_4_exo13}
\figcaption{Schéma bilan de la synthèse des protéines}
\end{center}
\end{figure}
\newpage
\end{corrige}

%%% 14

\begin{exo}{\'Elaboration des protéines de lait}{Lycée Guynemer, compiègne}{2}{15} 
Le lait est sécrété par les cellules des glandes mammaires groupées en acinus, avant
d'être évacué par les canaux galactophores (a). Les caséines sont les protéines les
plus abondantes du lait et sont codées par des gènes dont on connaît la séquence des
nucléotides, chez la Brebis et chez la Vache (b). Afin de comprendre comment les
caséines sont élaborées, des fragments de tissus de glandes mammaires de Brebis
sont placés pendant 3 minutes sur un milieu de culture contenant un acide aminé, la
leucine, radioactif, puis sur un milieu non radioactif. Des fragments de tissus sont
prélevés 3, 15, 25, 45 et 60 minutes après que les cellules ont été placées sur le milieu
non radioactif. Le graphique (c) traduit l'évolution de la radioactivité dans une de ces
cellules.

\'A l'aide du tableau du code génétique du cours (page \pageref{tab-code-genetique}) ainsi que des documents et de vos connaissances, vous identifierez et expliquerez les
différentes étapes de la synthèse de la caséine depuis le gène jusqu'à l'exportation de
la protéine. Vous mettrez également en évidence la redondance du code génétique.

\begin{figure}
\begin{center}
\includegraphics{098_4_exo14-1}
\tabcaption{Document a : schéma de coupe d'acinus.}
\end{center}
\end{figure}

\begin{figure}
\begin{center}
\begin{tabular}{l*9{@{\hspace*{2mm}}l}}
Brebis& GCC &CTT& GTT &CTT &AAC& TTA& CAA& CAT& CCA\\
Vache &TCC &CTC& AAT &CTT &AAT &TTG& GGA &CAG& CCT
\end{tabular}

\tabcaption{Document b : séquence des nucléotides d'une portion du gène (brin non transcrit).}
\end{center}
\end{figure}

\begin{figure}
\begin{center}
\includegraphics{099_4_exo14-2}
\tabcaption{Document c : évolution de la radioactivité dans une cellule d'acinus en fonction du temps.}
\end{center}
\end{figure}
\end{exo}

\begin{corrige}
\begin{methode}
Cette étude s'appuie sur des expériences de marquage : dans de telles expériences
on fournit aux cellules un précurseur radioactif durant un laps de temps donné de
manière à suivre le devenir des produits synthétisés à partir de lui. Ainsi dans le cas
présent on fournit un acide aminé radioactif, on cherche donc à suivre la synthèse
et le devenir des protéines puisque les acides aminés sont les précurseurs des protéines.
Si on avait voulu suivre la synthèse d'une autre molécule comme l'ADN
par exemple, on aurait utilisé un nucléotide comme précurseur : un nucléotide à
thymine par exemple.
\end{methode}

Grâce au marquage d'un acide aminé (leucine radioactive), on peut voir indirectement
le devenir de la caséine, protéine contenant cet acide aminé au niveau de la glande
mammaire d'une brebis (doc c).

Ainsi on remarque que durant les 60 min, le noyau est exempt de radioactivité : la
protéine n'est pas synthétisée dans le noyau. En effet, le noyau contient le programme
génétique sous forme d'ADN. L'information génétique contenue dans le gène de la
caséine est transcrite (copiée) en ARN messager qui se déplace du noyau vers le cytoplasme,
il s'agit de la transcription.

C'est justement le cytoplasme qui est radioactif le premier de 3 à 15 min : les acides
aminés provenant des vaisseaux sanguins rentrent dans la cellule où ils sont incorporés
suivant un ordre précis grâce à l'ARN messager et les ribosomes pour fabriquer
la caséine. Le cytoplasme est le lieu de la traduction de l'information génétique et
donc de la synthèse des protéines.

Ensuite de 15 à 25 min, la radioactivité augmente parallèlement dans le cytoplasme
et la lumière du tube : la synthèse de la caséine continue dans le cytoplasme puis la
protéine quitte la cellule pour se retrouver dans la lumière de l'acinus.

Enfin de 45 à 60 min la radioactivité disparait de la cellule et elle diminue progressivement de la lumière du tube : la caséine fabriquée dans le cytoplasme quitte totalement la cellule pour se retrouver dans la lumière de l'acinus et s'en va ensuite dans le canal galactophore.

Cette synthèse a nécessité une première étape qui a lieu dans le noyau non visible
dans le document c : la transcription où le message contenu au niveau du gène de la
protéine est recopié dans une molécule monobrin l'ARN messager.

Cet ARNm quitte le noyau et va dans le cytoplasme où il est lu et traduit grâce aux
ribosomes par groupes de 3 nucléotides : les codons.

On peut remarquer dans le doc b que la séquence fournie pour la vache diffère de 10
nucléotides au niveau de l'ADN sur 27 soient 8 triplets différents sur les 9. Malgré ce nombre important de différences, en utilisant le code génétique, on s'aperçoit que
seuls 4 acides aminés seront différents (les 1\ier, 3\ieme, 7\ieme et 8\ieme).

Les mutations accumulées au cours du temps entre ces 2 espèces de Mammifères
n'ont pas affecté de façon conséquente la composition de la protéine synthétisée. Cela
s'explique par le fait que le code génétique universel est redondant : plusieurs codons
codent pour le même acide aminé comme par exemple le 2\ieme triplet fourni pour la
brebis CTT => codon CUU => aa leucine et pour la vache CTC => codon CUC =>
aa leucine.

La caséine, protéine du lait, est donc synthétisée dans le cytoplasme des cellules sécrétrices des acini des glandes mammaires suivant un programme situé et copié dans le
noyau puis elle est excrétée dans la lumière des acini et enfin évacuée dans les canaux
galactophores.
\end{corrige}

%%% 15

\begin{exo}{De l'ADN à l'ARN}{Lycée Mansart, St Cyr l'Ecole}{2}{15} 
Chez les Eucaryotes, l'information génétique est contenue dans le noyau de toutes
les cellules. Cette information permet la synthèse de protéines dans le cytoplasme.
Un intermédiaire est alors indispensable entre ces deux compartiments cellulaires, il
s'agit de l'ARNm.

À partir de vos connaissances, vous expliquerez les mécanismes qui permettent le
passage de l'ADN à l'ARNm cytoplasmique chez les Eucaryotes.

Un exposé structuré ainsi que des schémas légendés sont attendus.
\end{exo}

\begin{corrige}
\label{ch4exo15corr}
Chez les Eucaryotes, la synthèse protéique s'effectue en 2 étapes : la transcription et
la traduction car l'information génétique sous la forme d'ADN se trouve isolée dans
le noyau alors que tout le système d'assemblage des acides aminés se trouve dans le
cytoplasme séparé du noyau par des membranes.

Pour pallier à cette difficulté, une molécule intermédiaire, l'ARNm, va être créée au
contact de l'ADN, réarrangée dans la plupart des cas puis véhiculée jusqu'au cytoplasme.

\begin{questions}
\item La transcription ou transfert de l'information génétique.

Chez les Eucaryotes, la plupart des gènes sont morcelés, ils sont constitués de
séquences codantes, les exons, séparées par des séquences non codantes, les
introns.

Au niveau du gène, l'ARN polymérase écarte les 2 brins de l'ADN ce qui permet
la synthèse par complémentarité d'un des 2 brins (le brin dit transcrit) d'une molécule
monocaténaire l'ARN.

Cet ARN est un polymère de 4 nucléotides différant par leur base : adénine, guanine,
cytosine et uracile, exclusivité de l'ARN.

L'ARN complémentaire du brin transcrit n'est pas la molécule définitive qui doit
aller dans le cytoplasme, on le nomme ARN pré-messager, il comporte encore les
parties non codantes pour la synthèse de la protéine.

Il faut donc une étape intermédiaire avant le passage dans le cytoplasme : la maturation
de l'ARN.

\item La maturation de l'ARN.

Toujours dans le noyau, l'ARN pré-messager formé précédemment, va subir
une excision (coupure) d'un ou plusieurs introns puis un épissage (soudure) des exons. On obtient alors un ARN messager fonctionnel prêt à franchir l'enveloppe
nucléaire pour rejoindre le cytoplasme.

Cette étape de maturation qui n'existe pas pour quelques gènes (non morcelés),
permet suivant le contexte des épissages différents et donc des ARN messagers
différents qui produiront plusieurs protéines différentes à partir d'un même gène.
Voir schéma bilan ci-dessous :

\begin{figure}
\begin{center}
\includegraphics{121_4_exo15}
\figcaption{schéma bilan de l'expression de l'information génétique de l'ADN en ARN.}
\end{center}
\end{figure}
\end{questions}
\end{corrige}

%%% 16

\begin{exo}{L'albinisme}{Lycée Teilhard de Chardin, St Maur-Les-Fossés}{2}{15} 
En exploitant les documents ci-dessous :

\begin{questions}
\item Expliquez que le phénotype albinos est sous la dépendance de plusieurs gènes.
\item Réalisez un dessin du cliché d'autoradiographie et légendez le avec les indications
du schéma du document 1. Justifiez du type d'albinisme dont le patient est atteint.
\end{questions}

Cette pathologie héréditaire est un syndrome caractérisé par une faible pigmentation
des phanères (peau, cheveux) et de l'iris.

La peau est pigmentée grâce à un pigment, la mélanine, synthétisé dans les mélanocytes
(cellules du derme), puis transporté dans les kératinocytes (document 1).

Dans l'albinisme oculo-cutané, une des enzymes de la chaîne de synthèse de la mélanine
est défectueuse.

Dans le syndrome de Griscelli, c'est la myosine Va qui n'assure pas le transport des
mélanosomes (vésicules remplies de mélanine) dans les prolongements cytoplasmiques
du mélanocyte. Enfin, le transporteur membranaire PAR 2 peut également être
déficient, empêchant la mélanine d'atteindre les kératinocytes.

On recherche l'origine de l'albinisme chez un patient. Une biopsie cutanée (prélèvement
de tissu) est effectuée. La peau est mise à incuber avec de la tyrosine radioactive,
puis une autoradiographie est réalisée (document 2).

\Par

\begin{figure}
\begin{center}
\includegraphics{100_4_exo16-1}
\figcaption{Document 1 : schéma de la synthèse de mélanine.}
\end{center}
\end{figure}

Le mélanocyte est une cellule ayant des prolongements cytoplasmiques qui s'insinuent
entre les kératinocytes. Sur ce schéma, pour faciliter la lisibilité du document la membrane cytoplasmique du mélanocyte n'a pas été représentée : elle est en réalité
« confondue » avec celle des kératinocytes qui se trouvent à son contact.

\Par\enlargethispage*{4em}

\begin{figure}
\begin{center}
\includegraphics[scale=0.5]{100_4_exo16-2}
\figcaption{Document 2 : autoradiographie d'un mélanocyte du patient étudié après 60 min d'incubation.}
\end{center}
\end{figure}
\end{exo}

\begin{corrige}
\begin{questions}
\item Le phénotype d'un individu dépend de son génotype ainsi que de l'environnement.
Dans le cas de l'albinisme, si les symptômes généraux (phénotype macroscopique)
sont identiques : faible pigmentation des phanères et de l'iris, il n'en est pas de
même pour le phénotype moléculaire.

Dans le premier cas : albinisme oculo-cutané, c'est une enzyme, la tyrosinase
intervenant dans la synthèse de la mélanine, le pigment absent, qui est défectueuse.
Une enzyme est une protéine, elle est donc synthétisée grâce à un gène. Ici le gène
de la tyrosinase est en cause.

\newpage

Dans le 2\ieme cas, syndrome de Griscelli, c'est la myosine Va qui est défectueuse, ce
n'est pas une enzyme mais une protéine assurant le transport de la mélanine dans
les prolongements de la cellule. Nous avons une autre protéine en cause et donc un
autre gène responsable de l'albinisme.

Enfin dans le 3\ieme cas, un transporteur membranaire est déficient et la mélanine
produite, transportée dans le mélanosome ne peut pas aller dans les autres cellules
: les kératinocytes. On ne précise pas dans le texte la nature du transporteur mais
au niveau de la membrane cellulaire, ce sont en général les protéines qui assurent
tous les transferts moléculaires. Nous avons une 3\ieme protéine en cause et donc un
3\ieme gène.

L'albinisme, maladie héréditaire (génétique) a pour origine 3 gènes possibles : gènes
intervenant dans l'élaboration du pigment, son transport au sein de la cellule productrice
et son transfert jusqu'aux cellules superficielles de l'épiderme ou de l'iris.

\Par

\item \raisebox{-0.5\totalheight}{\begin{figure}
\begin{center}
\includegraphics{122_4_exo16-3}
\figcaption{Dessin du cliché d'autoradiographie/}
\end{center}
\end{figure}}

\Par

Chez le patient étudié, atteint d'albinisme, on observe des mélanosomes : grains noirs
bien visibles à l'intérieur du mélanocyte et une absence de pigmentation dans les
kératinocytes avoisinants. On peut donc en déduire que la mélanine a été normalement
synthétisée : la tyrosinase est donc active. Le patient n'est pas atteint d'albinisme
oculo-cutané. Puis cette mélanine a été transportée dans les mélanosomes, en
revanche puisque la mélanine n'est pas transféré aux kératinocytes, on peut en conclure
que le transporteur membranaire Par 2 est déficient. Il est donc atteint du syndrome
de Griscelli.
\end{questions}
\newpage
\end{corrige}

%%% 17

\begin{exo}{Traduction}{Lycée Charlemagne, Paris}{2}{15} 
Cellules nucléées et énucléées (MET X100).

Des acides aminés radioactifs (leucine tritiée $^3$H) ont été ajoutés au milieu nutritif
de cellules en culture. Certaines cellules sont normales, d'autres ont été énucléées
(extraction du noyau) avant l'introduction de leucine tritiée dans le milieu. Cette technique d'autoradiographie permet de localiser la leucine incorporée dans les protéines (points sombres).

\Par

\begin{figure}
\begin{center}
\includegraphics{101_4_exo17}%[height=50mm]
\figcaption{Cellules marquées à la leucine radioactive (MET x100).}
\end{center}
\end{figure}

\begin{questions}
\item Après avoir observé la photographie, schématisez une cellule nucléée et une cellule
énucléée, ajoutez des légendes.
\item Où sont situés les points sombres ? 

Quelle information cela nous apporte-t-il ?
\item Que montrent les expériences d'énucléation ?
\end{questions}
\end{exo}

\begin{corrige}
\begin{figure}
\begin{center}
\includegraphics{123_4_exo17-2}
\figcaption{Schémas d'une cellule nucléée et d'une cellule énuclée marquées à la leucine radioactive}
\end{center}
\end{figure}

\begin{questions}
\item Les points noirs sont situés dans le cytoplasme pour les 2 sortes de cellule. La leucine radioactive étant incorporée dans les nouvelles protéines, on peut en déduire
que la synthèse des protéines se fait au niveau du cytoplasme.
\item Avec ou sans noyau, on retrouve des protéines marquées dans le cytoplasme : la
synthèse effective des protéines ne nécessite donc pas la présence d'un noyau.
\item La synthèse ne se fait pas au contact de l'ADN, il doit exister un intermédiaire qui
passe du noyau, lieu de l'information génétique au cytoplasme, lieu de synthèse
des protéines, expressions de l'information génétique.
\end{questions}
\end{corrige}

%% 11 (ancien chap 3)

\begin{exo}{Variabilité de l'ADN et drépanocytose}{Lycée Sophie Germain, Paris}{2}{20} 
À partir de l'étude des documents ci-joints, mettez en évidence les phénotypes macroscopiques et microscopiques de la drépanocytose et proposez une hypothèse à l'origine de cette maladie.

Vous présenterez votre réponse sous la forme d'un tableau.

\Par

\textit{Document 1 : symptômes de la drépanocytose.}

\Par

L'anémie falciforme ou drépanocytose est particulièrement fréquente sur le continent africain. Les personnes atteintes font régulièrement des crises drépanocytaires au cours desquelles elles présentent une anémie plus ou moins grave, des essoufflements, des vertiges, des céphalées. Ces symptômes très généraux peuvent être accompagnés
de douleurs articulaires et de fièvre.

Une analyse sanguine met en évidence un nombre anormalement faible d'hématies fonctionnelles par millilitre de sang, ce qui s'accompagne aussi d'une augmentation de la viscosité sanguine et de la formation de caillots à l'origine des douleurs articulaires.

\Par

\begin{figure}
\begin{center}
\includegraphics{102_3_exo11-1}
\figcaption{Document 2 : examens cellulaires.}
\end{center}
\end{figure}

\enlargethispage*{3em}

\begin{figure}
\begin{center}
\includegraphics{102_3_exo11-2}
\figcaption{Document 3 : examen microscopique de l'hémoglobine.}
\end{center}
\end{figure}

\newpage

\textit{Document 4 : étude de l'hémoglobine par électrophorèse.}

\Par

Afin de comparer la nature chimique de l'hémoglobine présente chez les individus sains et malades, on réalise une électrophorèse. Cette technique permet de séparer des protéines en fonction de leur charge électrique. Les protéines sont constituées d'un assemblage d'acides aminés pouvant être porteurs, ou non, d'une charge électrique.

\begin{figure}
\begin{center}
\includegraphics{103_3_exo11-3}
\figcaption{Document 4 : résultat de l'électrophorèse.}
\end{center}
\end{figure}
\end{exo}


\begin{corrige}
\begin{center}
\textit{Voir tableau page ci-contre}
\end{center}

\Par


Hypothèse explicative : Les données des documents montrent que la drépanocytose est le résultat de la présence dans les hématies des malades d'une hémoglobine dont la composition en acides aminés est anormale. Or, la séquence en acides aminés d'une protéine est le résultat de l'expression du gène correspondant. La drépanocytose est
donc une maladie d'origine génétique, due à une ou plusieurs mutations affectant le ou les gènes codant pour l'hémoglobine.

\Par

\begin{figure}
\begin{tabular}{|>{\centering\arraybackslash}M{24mm}|Z{m{34mm}}|Z{m{34mm}}|}
\tabulartitle\hline
Échelle de\linebreak définition du\linebreak phénotype & 
\centering\arraybackslash Description du\linebreak phénotype &
\centering\arraybackslash Cause vraisemblable ou avérée\\
\hline
Macroscopique &
Essoufflement, vertiges, céphalées douleurs articulaires et fièvres &
Problèmes circulatoires et sanguins suspectés\\
\hline
Microscopique tissulaire (sanguin) &
Manque d'hématies, viscosité excessive, caillots bloquant la
circulation, mauvaise oxygénation de certains tissus &
Anomalie des hématies\\
\hline
Microscopique cellulaire (hématies) &
Hématies en forme de faucille &
Défaut de l'hémoglobine, principale protéine des hématies\\
\hline
Microscopique intracellulaire &
Hémoglobine précipitant sous forme de fibres et déformant les hématies &
Altération de la composition chimique de l'hémoglobine\\
\hline
Moléculaire & 
Vitesse de migration anormale de l'hémoglobine du fait d'un déficit
de charge électrique &
Composition en acides aminés différente de l'hémoglobine normale
(non drépanocytaire)\\
\hline
\end{tabular}

\tabcaption{Tableau résumant le déterminisme de la drépanocytose
à différentes échelles de définition du phénotype.}
\end{figure}
\end{corrige}



%%%% 9 ancien chap 3

\begin{exo}{\fontsize{13}{13}\selectfont Variabilité de l'ADN et phénylcétonurie}{Lycée Montaigne, Paris}{2}{20} 
À l'aide des documents, montrez comment des différences au niveau des allèles des gènes de la phénylalanine hydroxylase (PAH) se traduisent finalement par des phénotypes différents.

\Par

\textit{Document 1 : le phénotype clinique et biochimique de la phénylcétonurie.}

\Par

Le phénotype clinique phénylcétonurique est caractérisé par une arriération mentale et des troubles caractériels. Ces troubles s'accompagnent d'une\linebreak concentration sanguine élevée de phénylalanine dont l'excès est toxique pour le système nerveux. La concentration normale de phénylalanine est de 0 à 0,8 mg/dL de sang; elle dépasse
30 mg/dL chez les individus malades.

\Par

\textit{Document 2 : les phénotypes cellulaire et moléculaire.}

\Par

\small La phénylalanine est apportée par l'alimentation en quantité, en général, très supérieure aux besoins. La phénylalanine en excès, chez les sujets non-atteints, est transformée en tyrosine dans les cellules du foie. Chez l'individu phénylcétonurique, cette transformation ne peut se produire et la phénylalanine s'accumule dans tous les liquides de l'organisme. Chez une personne non-atteinte, la réaction chimique de conversion de la phénylalanine en tyrosine, est assurée grâce à une enzyme, la phénylalanine hydroxylase ou PAH. La PAH, fabriquée par le foie, est inactive chez les individus phénylcétonuriques. Comme toutes les enzymes, la PAH est une protéine.

\enlargethispage*{5em}

\Par


\begin{figure}
\begin{minipage}{0.5\linewidth}
\includegraphics[height=40mm]{103_3_exo9}
\end{minipage}
\begin{minipage}{0.5\linewidth}
\figcaption{Modèle moléculaire de la PAH.}
\end{minipage}
\end{figure}

\newpage


\textit{Document 3.}

\Par

\begin{figure}
\begin{center}
\begin{tabular}{|Zc|*4{>{\centering\arraybackslash}Z{m{16mm}}|}}
\tabulartitle\hline
Individu & 
Position de l'acide aminé dans la chaîne polypeptidique & 
Nature de l'acide aminé dans la PAH normale & 
Nature de l'acide aminé
dans la PAH du malade & \% d'activité de la PAH du malade\\
\hline
Malade 1 &158 &Alanine &Valine & $<10\%$\\
\hline
Malade 2& 252 &Alanine &Thréonine & $<10\%$\\
\hline
Malade 3 &311& Acide glutamique & Glycine & 0\%\\
\hline
Malade 4 &408 &Alanine &Thréonine &0\%\\
\hline
\end{tabular}

\tabcaption{Tableau comparatif des différentes formes de la PAH.}
\end{center}
\end{figure}

\Par

Dans les différentes variantes de la PAH des sujets malades, tous les autres acides
aminés de la PAH sont identiques à ceux de la PAH saine.
\Par

\textit{Document 4.}

\begin{figure}
\hspace*{-5mm}
\includegraphics{104_3_exo9-2}
\figcaption{Allèles de la PAH et structures primaires de la PAH.}
\end{figure}
\end{exo}

\begin{corrige}
On cherche à montrer que les phénotypes phénylcétonuriques et normaux des individus sont liés à des différences d'allèles du gène de la PAH.

On constate dans le document 4 que l'allèle de la PAH non fonctionnelle présente une adénine à la place d'une guanine, il s'agit d'une mutation par substitution. Cette mutation a pour effet une modification de la séquence des acides aminés de la PAH, avec une lysine à la place d'un acide glutamique. Cette substitution comme celles présentées dans le document 3 provoquent une activité de la PAH nulle ou inférieure à 10\% chez les individus malades.

Or le rôle de la PAH (document 2) est de permettre la conversion de la phénylalanine en tyrosine afin de maintenir le taux de phénylalanine sanguin compris entre 0 et 0,8 mg/dL. Ainsi, chez les individus malades, la PAH n'étant pas fonctionnelle, ce taux sera supérieur à 30 mg/dL, ce qui est toxique pour le système nerveux et provoque une arriération mentale et des troubles caractériels (document 1).

Les variations de l'ADN, liées aux mutations, au niveau des allèles du gène de la PAH se traduisent donc par des phénotypes moléculaires, cliniques et biochimiques différents.
\end{corrige}



%%% 20

\begin{exo}{Traduction de l'ARN messager}{Lycée Charlemagne, Paris}{3}{10} 
Une synthèse de protéines in vitro est réalisée en utilisant une enzyme, la polynucléotide
phosphorylase, capable de fabriquer de l'ARN de séquence aléatoire sans matrice
ADN.

Deux types de nucléotides sont fournis à l'enzyme : 75\% d'uridine\up{(*)} et 25\% de guanosine\up{(**)}.

La composition en acides aminés des polypeptides obtenus est donnée dans le tableau page ci-contre. La composition est présentée pour un ensemble de 64 acides aminés de façon à simplifier les calculs.

\Par\enlargethispage*{5em}
{\small
\up{(*)} L'uridine est un nucléoside, résultant de rattachement de l'uracile sur un cycle ribose.

\up{(**)} La guanosine est un nucléoside, formée d'une guanine liée à un cycle ribose.}

\newpage

\begin{minipage}{6cm}
\begin{figure}
\begin{center}
\begin{tabular}{|Zc|Zc|}
\tabulartitle\hline
Acides aminés &Total = 64\\\hline
Phényalanine (Phé)& 27\\\hline
Leucine (leu) &9\\\hline
Cystéine (cys) &9\\\hline
Tryptophane (trp) &3\\\hline
Valine (Val)& 9+3\\\hline
Glycine (gly) &3+1\\\hline
\end{tabular}

\tabcaption{Résultats obtenus.}
\end{center}
\end{figure}
\end{minipage}
\begin{minipage}{\dimexpr\linewidth-6cm}
À l'aide du code génétique du cours (voir page \pageref{tab-code-genetique}) et de vos connaissances, expliquez de façon détaillée les résultats obtenus.
\end{minipage}
\end{exo}

\begin{corrige}
L'ARN formé grâce à l'enzyme et les 2 seuls matériaux fournis : uridine et guanosine,
est une chaîne de ces 2 molécules disposées de façon aléatoire mais en respectant la
proportion de 3/4 U et 1/4 G.

Cet ARN est traduit par un ribosome en se déplaçant le long de la chaîne par ensembles
de 3 nucléotides ou codons. Ces codons ne peuvent contenir que des U et des G. Les
différentes combinaisons possibles de 3 nucléotides avec U et G sont :
\begin{center}
UUU ; UUG ; UGU ; GUU ; UGG ; GUG ; GGU ; GGG
\end{center}
Si on utilise le code génétique, c'est-à-dire la correspondance entre les codons d'un ARN et les acides aminés de la protéine correspondante, on trouve :
\begin{center}
UUU phénylalanine UUG leucine UGU cystéine UGG tryptophane

GUU valine GGU glycine GUG valine GGG glycine
\end{center}
Si on regarde le résultat obtenu, on retrouve exactement tous les acides aminés possibles avec les codons constitués de U et de G.

Il reste à expliquer les proportions obtenues. Nous avons un total de 64 acides aminés
soit en correspondance:

$64\times 3$ nucléotides = 192 nucléotides avec 3/4 de U et 1/4 de G.

L'acide aminé le plus fréquent est Phénylalanine correspondant au codon UUU et les
moins fréquents Glycine et Tryptophane correspondant aux codons GGG et UGG, ce
qui est logique puisque l'ARN possède beaucoup de U et peu de G.

On peut supposer que l'ARN comportait 144 U et 48 G. Si on applique toujours la
correspondance du code génétique pour chaque acide aminé obtenu, on devrait retrouver
les valeurs en U et G supposées, attention 2 codons sont possibles pour les acides aminés val et gly !

Résultats: \enlargethispage*{5em}

\begin{center}
\includegraphics{125_4_exo18}
\end{center}

\newpage

Un ARN créé aléatoirement avec des U et des G dans les proportions 3/4 , 1/4 peut donc
donner des polypeptides constitués de 6 acides aminés différents à cause de la correspondance codon-acide aminé (code génétique), 3 nucléotides ordonnés donne 1 acide
aminé et de la redondance de ce code.
\end{corrige}

%%% 19

\begin{exo}{Origine d'une forme de nanisme}{Lycée Hector Berlioz, Vincennes}{3}{10} 
À partir d'une étude rigoureuse des documents et de vos connaissances, vous rappellerez
en quoi consiste la maturation des ARN pré-messagers, et vous donnerez une explication pour la maladie présentée dans le document 2C.

\begin{figure}
\begin{center}
\includegraphics{105_4_exo19-1}

\includegraphics{105_4_exo19-2}

\figcaption{Document 1 : on a hybridé l'ARN messager du gène de l'ovalbumine
de poule avec le brin codant (le brin ayant servi de modèle lors de la transcription).
En haut : photographie au microscope électronique à transmission.
En bas : figure interprétée.}
\end{center}
\end{figure}

\Par

\textit{Document 2 : Le déficit en hormone de croissance.}

\Par

Le déficit congénital en hormone de croissance désigne une maladie qui se caractérise
par une petite taille à l'âge adulte. Elle est due à une production nulle ou très faible
d'une protéine, l'hormone de croissance. Cette protéine est normalement produite par
l'hypophyse, une glande située à la base du cerveau, à partir du gène GH1.

\Par

\textbf{A - Les variants de l'ARNm du gène de l'hormone de croissance.}

\Par

Le gène GH1 comporte 5 exons et 4 introns. On a mis en évidence 5 variants de l'ARN messager du gène GH1.
\begin{itemize}
\item Le variant 1 est constitué par les 5 exons du gène. La protéine correspondante représente 90\% environ de l'hormone de croissance produite.
\item Le variant 2 comprend les exons 1, 2, une partie de l'exon 3 et les exons 4 et 5. Les 45 premiers nucléotides de l'exon 3 sont éliminés (donc une partie de l'exon 3 est
éliminée). Ce variant code pour une protéine qui représente 10\% de l'hormone de
croissance produite, elle a une activité biologique assez proche de l'hormone majoritaire.
\item Le variant 3, le variant 4 et le variant 5 sont présents à l'état de traces et n'ont pas d'activité biologique connus.

\begin{figure}
\begin{center}
\includegraphics{106_4_exo19-3}
\figcaption{Les différents variants de l'ARNm du gène GH1.}
\end{center}
\end{figure}
\end{itemize}

\Par

\textbf{B - Les signaux d'épissage.}

\Par

Sur tout ARN pré-messager, à la jonction intron-exon, il existe une séquence particulière,
qui joue un role de signalisation, et qui est reconnue par les enzymes d'excision-épissage.
L'une des séquences couramment rencontrée est la suivante :
\begin{center}
GGCCAAGUAAGU\\
(séquence d'ADN correspondance : GGCCAAGTAAGT)
\end{center}

\textbf{C - Étude de cas.}

\Par

Afin de comprendre l'origine d'un cas de nanisme, on a séquencé le gène GH1 chez un patient. On a trouvé la mutation suivante, au niveau de la jonction entre le 1\ier intron et le 2\ieme exon :\enlargethispage*{4em}

\begin{figure}
\begin{center}
\begin{tabular}{l@{~:~}l}
Normal & GGCCAAGTAAGT\\
Mutant & GGCCAAATAAGT
\end{tabular}

\tabcaption{Excision et épissage de l'ARN de GH1.}
\end{center}
\end{figure}
\end{exo}

\begin{corrige}
Dans le doc. 1 on remarque que l'hybridation, c'est-à-dire l'association de l'ARN
messager du gène de l'ovalbumine de poule avec le brin ayant servi de modèle à
l'élaboration de cet ARN ne correspond pas en tout point ce qui est surprenant en premier
lieu. En effet, lors de la transcription normalement les 2 brins de l'ADN s'écartent
sous l'action de ARN polymérase et une molécule monocaténaire, l'ARN messager se
forme par complémentarité avec un des 2 brins, le brin transcrit. On constate ici que
l'ARNm est plus court, certaines portions du brin codant ne se retrouvent pas dans
l'ARN et forment des boucles « monobrin ».

L'explication est la suivante : le gène de l'ovalbumine de poule est un gène morcelé,
il est constitué de séquences codantes « exons » intercalées avec des séquences non
codantes « introns ». Lors de la transcription du gène, une copie complète du brin
codant est réalisée et appelée ARN pré-messager. Ensuite lors de la maturation, il y a coupure ou excision des introns et soudure ou épissage des exons entre eux ce qui
donne l'ARN messager : molécule fonctionnelle mais plus courte que l'ARN prémessager
ou le brin codant du gène correspondant.

Dans le doc. 1, les portions associées ARNm et brin codant correspondent aux exons
ou parties codantes et les boucles (absentes dans l'ARNm) correspondent aux introns,
parties non codantes.

L'hormone de croissance citée dans le document est une protéine produite grâce au
gène GH1 qui est aussi un gène morcelé avec 5 exons (parties codantes) et 4 introns
(parties non codantes).

On nous précise dans le doc 2A qu'il peut exister 5 ARNm différents pour ce gène
dans les cellules : majoritairement le variant n°1 qui possède les 5 exons en entier et
qui assure une protéine fonctionnelle, le variant n°2 qui possède un exon n°3 un peu
plus petit avec toujours une protéine fonctionnelle et enfin les variants 3, 4 et 5 en
quantité infime qui ne donnent pas de protéine fonctionnelle.

Le variant n°3 ne possède pas l'exon 3, le variant n°4 n'a pas les exons 3 et 4 et enfin
le variant n°5 a seulement les exons 1 et 5.

Il parait donc indispensable que l'ARN messager possède les exons 2, 4 et la partie de
l'exon 3 du variant n°2 pour que l'hormone de croissance soit fonctionnelle.

\newpage

D'autre part, il existe des signaux d'épissage (soudure) sur le gène et donc sur l'ARN
pré-messager qui vont permettre lors de la maturation de coller les 5 exons entre
eux pour constituer l'ARN messager fonctionnel. On nous donne la version la plus
courante de ces signaux (document 2B). Or dans l'étude de cas (document 2C), on
compare justement cette séquence avec celle présente en avant du 2ème exon chez un
patient atteint de nanisme. On constate qu'il existe une mutation ponctuelle au niveau
du 6ème nucléotide : il y a substitution du G en A.

Cette mutation pourrait être à l'origine de l'absence de la protéine.

L'explication plausible est la suivante : lors de la maturation de l'ARN pré-messager,
les 5 exons sont séparés mais la mutation en avant de l'exon n°2 ne permet pas aux
enzymes d'excision-épissage de reconnaitre l'exon n°2, ainsi il ne peut pas être collé
et est absent dans l'ARN messager.

L'exon n°2 étant indispensable pour synthétiser une protéine fonctionnelle, l'ARN
messager de ce patient comme les variants 3, ne produit pas d'hormone de croissance
et cette personne ne pouvant pas grandir est atteinte de nanisme.
\end{corrige}

%%% 15 (ancien chap 3)

\begin{exo}{Génotype et environnement}{Lycée Pablo Picasso, Fontenay/bois}{3}{30} 
À l'aide des documents et de vos connaissances, vous montrerez comment le génotype et l'environnement peuvent déterminer le phénotype « couleur du pelage » des lapins à ses différentes échelles. Les lapins sauvages ont un pelage sombre (1). Certains
lapins, dits himalayens, ont une fourrure blanche sauf sur les extrémités (bouts des pattes et du museau, queue, oreilles) (2a). Ces lapins, tondus et placés à 15 °C pendant le temps de la repousse des poils, acquièrent la couleur des animaux sauvages (2b).

\Par

\begin{figure}
\begin{center}
\includegraphics{107_3_exo17-1}
\figcaption{Document 1 : la couleur du pelage des lapins.}
\end{center}
\end{figure}

\Par

La couleur du pelage est due à la présence, dans le poil, d'un pigment sombre : la mélanine. En son absence, le poil est blanc. La fabrication de la mélanine nécessite une enzyme (protéine), la tyrosinase qui transforme la tyrosine en mélanine.

On détecte quelques propriétés de la tyrosinase par électrophorèse chez les animaux présentés dans le document 1. Les protéines migrent différemment dans une électrophorèse selon leur forme et leur séquence d'acides aminés.

\Par

\begin{figure}
\begin{center}
\includegraphics{107_3_exo17-2}
\figcaption{Document 2 : comparaison des tyrosinases par électrophorèse.}
\end{center}
\end{figure}

{\vfil\hfil\textit{(suite de l'énoncé page suivante)}}


\newpage

On teste in vitro la transformation de la tyrosine en mélanine par la tyrosinase. Les mesures sont faites à 30°C (température des extrémités) et à 36°C (température du reste du corps).

\Par

\begin{figure}
\begin{center}
\includegraphics{108_3_exo17-3}
\figcaption{Document 3 : activité enzymatique de la tyrosinase.}
\end{center}
\end{figure}

\Par

\textit{Document 4 : Le gène codant la tyrosinase.}

\Par

Les enzymes des lapins sauvages et himalayens sont codées par le même gène. Les séquences des allèles sont identiques, à l'exception du codon 422 (CGC transformé en CAG chez le lapin himalayen).
\end{exo}

\begin{corrige}
On cherche à déterminer l'origine d'une particularité de la couleur du pelage d'une race de lapin, le lapin himalayen. Afin de montrer que l'environnement et le génotype (les allèles d'un ou plusieurs gènes) de cette race de lapin sont responsables de ses caractéristiques phénotypiques à différentes échelles, nous étudierons les documents dans l'ordre proposé.
\begin{questions}
\item Le phénotype macroscopique du lapin himalayen : étude du document~1.

Le document 1 montre que les lapins himalayens ont un pelage blanc à l'exception des extrémités (museau, bout des pattes, oreilles) qui sont marron. Si l'on tond un lapin himalayen et qu'on le soumet à une température fraîche (15°C), l'ensemble de son corps devient marron lorsque ses poils repoussent. Son phénotype est alors celui d'un lapin sauvage. Cette expérience montre qu'un facteur de l'environnement est déterminant sur la couleur des poils : la température.

Les extrémités normalement froides du corps sont naturellement marron et le corps est blanc. On peut maintenant s'intéresser à l'origine moléculaire de la couleur des poils chez le lapin himalayen.

\item Synthèse de mélanine chez le lapin himalayen : étude du document 2.

Le document 2 précise que la couleur marron d'un poil est due à la présence d'une molécule colorée (un pigment), la mélanine, elle-même fabriquée grâce à la présence d'une protéine enzymatique : la tyrosinase. Si la tyrosinase est absente ou inactive, la mélanine n'est pas synthétisée et le poil sera blanc.

On peut émettre comme hypothèses que la forme blanche du lapin himalayen fabrique peu ou pas de tyrosinase ou que cette tyrosinase est anormale.

Le résultat de l'électrophorèse montre que les formes marron et blanche de lapin himalayen fabriquent toutes deux la même tyrosinase. La taille des tâches étant identique, il n'est visiblement pas question ici d'une modification de la quantité de tyrosinase fabriquée. En revanche, on constate que la tyrosinase des lapins himalayens a plus migré que celle du lapin sauvage ; or il est précisé qu'une différence de migration correspond à une différence de la séquence en acides aminés des protéines. On peut donc conclure que la composition chimique de la tyrosinase du lapin himalayen (composition en acides aminés) est différente de celle du lapin
sauvage.

En quoi l'environnement, et plus précisément la température peut-elle expliquer que la tyrosinase soit habituellement active dans les extrémités du corps du lapin himalayen et inactive dans les autres parties du corps ?

\enlargethispage*{3em}
\item Influence de la température sur l'activité de la tyrosinase : étude du document 3. Le document 3 montre qu'à 30°C, température des extrémités du corps chez le lapin, 100\% de la tyrosine est transformée par la tyrosinase en 25 minutes que ce soit en présence de tyrosinase de lapin sauvage ou de lapin himalayen. Chez ce dernier la tyrosinase est donc active à basse température.

À 36°C (température du corps) au contraire, on constate qu'en présence de tyrosinase de lapin himalayen, la tyrosine est peu transformée après 25 minutes d'expérience alors qu'elle l'est complètement en présence de tyrosinase de lapin sauvage.

On constate ainsi que la tyrosinase du lapin himalayen est thermosensible; elle ne fonctionne correctement qu'à basse température.

Cette expérience permet de comprendre pourquoi le corps du lapin himalayen est blanc. C'est parce que la tyrosinase anormale de ce lapin est inactive à 36°C. On comprend alors aussi pourquoi, si les poils repoussent à une température ambiante de 15°C, ils deviennent marron; c'est parce que la température de surface du corps
étant un peu abaissée, la tyrosinase redevient active.

L'ensemble des expériences précédentes a permis de comprendre l'action de la température sur le phénotype du lapin himalayen. Mais en quoi cette caractéristique est-elle d'origine génétique ?

\item Déterminisme génétique du phénotype himalayen : étude du document~4.

Le document 4 explique que la tyrosinase des lapins sauvage et himalayen est le résultat de l'expression d'un gène. On observe une différence dans la séquence en nucléotides de l'allèle du lapin himalayen (une adénine s'est substituée à une guanine dans le 422\ieme codon (triplet de nucléotides) du gène. Cette différence serait donc à l'origine des propriétés chimiques particulières de la tyrosinase.

\newpage

\begin{methode}
Dans cet exercice, les différents aspects de la question (génotype, environnement, échelles de phénotypes) sont inévitablement un peu perdus de vue au moment de l'étude de chaque document. Il faut donc les remettre en perspective à la lumière de l'ensemble des données au moment de la synthèse. Un conseil : relisez plusieurs fois la question avant et pendant la rédaction de la synthèse pour vérifier que vous « collez » bien au sujet.
\end{methode}

Ainsi les expériences précédentes montrent que chez le lapin himalayen, c'est le génotype, c'est-à-dire le type d'allèles portés par l'individu, qui est responsable du phénotype. En effet, c'est une mutation du gène de la tyrosinase qui est à l'origine de son caractère thermosensible.

À l'échelle moléculaire et cellulaire, c'est la présence de cette enzyme ne fonctionnant pas à haute température qui est responsable de l'absence de mélanine dans les cellules des poils du corps du lapin mais permet sa synthèse dans les extrémités.

À l'échelle macroscopique, c'est la présence ou l'absence de mélanine qui fait que les extrémités du lapin sont marron alors que son corps est blanc. Cependant, ce phénotype macroscopique est aussi dépendant de l'environnement puisque c'est la température qui déterminera les zones où la tyrosinase sera active (et permettra la synthèse de mélanine).
\end{questions}
\end{corrige}


\thumb
\AfficheCorrige
