DST DE SCIENCES DE LA VIE ET DE LA TERRE - E9.pdf1s_cntsvt_2011_11_16_ 2/6 La mitose La mitose est une division cellulaire au cours de laquelle une cellule-mre donne naissance deux

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    CLASSE DE 1re S - DURE 3H00

    DST DE SCIENCES DE LA VIE ET DE LA TERRE

    CALCULATRICES INTERDITES

    1) RESTITUTION ORGANISE DES CONNAISSANCES (8 PTS)

    Le cycle cellulaire est marqu par deux grandes tapes : la duplication de lADN et la mitose.

    Montrez comment la duplication de lADN et la mitose se compltent afin les cellules filles soit des copies conformes de la cellule-mre qui leur donne naissance.

    (Noubliez pas de faire un plan).

    Introduction.

    Le cycle cellulaire est lensemble des tapes de la vie dune cellule, depuis sa naissance lissue dune mitose jusqu la fin de sa division en deux cellules filles. Le cycle cellulaire comprend deux grandes phases : linterphase et la mitose ; linterphase tant subdivis en phases G1, S, G2. Cest au cours de la phase S qu lieu la duplication du matriel gntique.

    Nous verrons comment duplication et mitose se compltent pour assurer une reproduction des cellules-filles conformes la cellule-mre.

    La duplication.

    La duplication (ou rplication) de lADN se fait par ouverture de la double chane dADN. Les bases adnine-thymine et guanine-cytosine des deux chanes (ou des deux brins) sont spares et il y a incorporation de nuclotides nouveaux sur chaque chane ouverte par complmentarit avec les nuclotides anciens. Il se forme ainsi une nouvelle molcule dans laquelle un brin est ancien et lautre est nouveau ; on dit que la rplication est semi-conservative.

    Les mcanismes de rplication sont assurs par des complexes enzymatiques (ADNpolymrase, ADNrparase...). Lobservation microscopique montre que plusieurs enzymes travaillent simultanment sur la duplication ; il se forme alors des yeux de rplication qui grossissent et fusionnent.

    Schma montrant la duplication dune molcule dADN

    Les deux molcules noformes contiennent des informations rigoureusement identiques et rigoureusement identiques aux informations de la molcule mre. Elles formeront les deux chromatides du chromosome mtaphasique.

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    La mitose

    La mitose est une division cellulaire au cours de laquelle une cellule-mre donne naissance deux cellules-filles. Cest un phnomne continu dune dure dune heure environ que lon dcoupe arbitrairement en 4 phases : prophase, mtaphase, anaphase, tlophase.

    Lorsque la cellule nest pas en division, elle est en repos mitotique, elle est en interphase.

    Prophase (avec schma) : Cest la phase la plus longue de la mitose (30 mn environ). Grossissement du noyau ; Condensation de la chromatine qui donne naissance des chromosomes forms de 2 chromatides runies par le centromre ; Disparition des nucloles ; Disparition de lenveloppe nuclaire ; Apparition dun fuseau de fibres achromatiques entre les deux ples de la cellule.

    Mtaphase (avec schma): Positionnement des chromosomes au centre de la cellule, le centromre dirig vers lintrieur de la cellule ; ils se disposent sur une plaque quatoriale (plaque situe lquateur de la cellule). Un fuseau kintochorien double le fuseau achromatique.

    Anaphase (avec schma): Les fibres kintochoriennes se raccourcissent, ce qui entrane un clivage du centromre et la sparation des chromatides de chaque chromosome. Les deux chromatides deviennent des chromosomes fils qui scartent lun de lautre et migrent vers des ples opposs.

    Tlophase (avec schma): Les chromosomes fils sont arrivs aux ples de la cellule et se dcondensent pour redonner de la chromatine ; Formation dun noyau chaque ple avec rapparition de membrane nuclaire ; Rapparition des nucloles ; Division du cytoplasme par constriction dans le cas de cellules animales et par apparition dune paroi paisse dans le cas de cellules vgtales.

    La cytodirse marque la sparation des deux cellules filles.

    Les deux cellules filles ainsi cres ont le mme nombre de chromosomes que la cellule-mre qui leur a donn naissance ; elles entrent en interphase.

    Complmentarit de la duplication et de la mitose

    A lissue de la duplication de lADN, les deux molcules noformes contiennent des informations rigoureusement identiques et rigoureusement identiques aux informations de la molcule mre. Elles formeront les deux chromatides des chromosomes mtaphasiques.

    Au cours de la mitose, les chromatides de chaque chromosome se sparent et migrent vers des ples opposs.

    Ainsi chaque cellule fille va recevoir un nombre de chromosomes gal celui de la cellule-mre, contenant exactement les mmes informations que la cellule-mre.

    Conclusion.

    La fcondation est lorigine dune cellule-uf qui, par mitoses successives, donne naissance un organisme complet compos de milliards de cellules. Linformation gntique contenue dans la cellule uf est transmise intgralement toutes les cellules de lorganisme. Quel processus permet la diffrenciation des cellules et leur spcialisation ?

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    2) EXPLOITATION DE DOCUMENTS (6 POINTS)

    Problmatique :

    LADN est la molcule qui dtient linformation gntique prsidant la synthse des protines. Or lADN ne sort jamais du noyau et la synthse des protines se fait dans le cytoplasme. Il doit donc exister une molcule intermdiaire capable de transmettre les plans de fabrication des protines depuis le noyau vers le lieu de synthse.

    1) En vous basant sur vos connaissances, mettez une hypothse sur la nature de cette molcule intermdiaire (votre rponse doit exposer, en 5 10 lignes, vos connaissances sur la structure du noyau).

    Le noyau dune cellule prsente 2 types dacides nucliques : lADN et lARN. LADN forme des amas accols la paroi nuclaire, ce sont les amas de chromatine. LARN est diffus dans le nucloplasme et forme des amas localiss plutt vers le centre de la cellule, ce sont les nucloles.

    LADN contient linformation gntique prsidant la synthse des protines, mais ne sort pas du noyau. LARN pourrait-il tre cette molcule intermdiaire capable dexporter linformation ?

    2) Proposez une exprience permettant dprouver votre hypothse (prcisez les modalits de lexprience, en 5 10 lignes, sans exposer de rsultats).

    Pour prouver cette hypothse, on peut utiliser un matriel biologique simple, gros producteur de protines comme les cellules acineuses de pancras. On effectue un pulse (une culture) de quelques minutes avec un prcurseur radioactif caractristique de lARN (on choisira luridine, nuclotide propre lARN). Le pulse est suivi dune chasse en milieu froid cest dire que le matriel biologique est replac dans un milieu contenant de luridine normale. A intervalles de temps dfinis, on prlve des cellules et on effectue une autoradiographie.

    3) En 1951 Brachet montra cette relation. Les deux photographies ci-dessous montre deux cellules :

    la premire (a) cultive 15 minutes sur milieu chaud puis soumise autoradiographie.

    la seconde (b) cultive 15 minutes sur milieu chaud, puis 90 minutes sur milieu froid, puis soumise autoradiographie

    Exploitez ces rsultats pour rpondre la problmatique.

    On observe sur la photographie A des impacts de radioactivit concentrs au niveau du noyau (et quelques impacts dans le cytoplasme). Lapparition de radioactivit traduit lutilisation de luridine chaude par la cellule, donc la fabrication dARN.

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    On observe sur la photographie B la disparition de la radioactivit dans le noyau en mme temps que lapparition dimpacts dans le cytoplasme. Le matriel cellulaire ayant t plac en milieu froid, la synthse nouvelle dARN nest plus visible et seule reste prsente la radioactivit prcdente. Il sagit donc dun dplacement de radioactivit donc un dplacement de lARN prcdemment synthtis. LARN se dplace vers le cytoplasme.

    En conclusion : lARN est synthtis dans le noyau (l o se trouve lADN cest dire linformation gntique) et se dplace vers le cytoplasme (l o a lieu la synthse des protines). Bien que cette exprience ne montre pas que lADN sert de matrice lARN, non plus que lARN migre trs prcisment vers le rticulum endoplasmique, lieu de synthse des protines, lARN tant la seule molcule du noyau en plus de lADN, il est vraisemblable quelle est la molcule intermdiaire transmettant les plans de fabrication des protines.

    3) RSOLUTION DUN PROBLME (6 POINTS)

    Lorsquune cellule est cultive dans un milieu contenant de la BrdU (bromodsoxyuridine), cette substance est incorpore lors de la synthse de lADN la place des nuclotides thymine. A chaque rplication de lADN dans ce mme milieu les nouveaux brins forms sont ainsi dpourvus de thymine (remplace par la BrdU).

    Cette incorporation de BrdU a une consquence observable si on traite les chromosomes mitotiques par le colorant de Giemsa : les chromatides sont trs peu colores si leur ADN a incorpor la BrdU sur les deux brins ; en revanche elles sont normalement colores si un seul brin de leur ADN a incorpor de la BrdU.

    Des cellules de hamster, cultives jusque l sur un milieu normal, sont prleves en tout dbut dinterphase puis placs dans un milieu de culture o la thymine est remplace par la BrdU. Au cours dun des cycles cellulaires suivants, une observation des chromosomes en mitose est ralise aprs coloration au Giemsa (voir dessin).

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    1) Schmatisez la structure dune portion de la molcule dADN au dbut de lexprience (en interphase, avant culture sur BrdU - choisissez arbitrairement une squence dune dizaine de paires de bases).

    ATAGCTATGCTTTAAA

    TATCGATACGAAATTT

    2) A laide de schmas, expliquez le devenir de cette molcule dans le milieu de culture contenant la BrdU (vous reprsenterez la BrdU en rouge), pendant 1 cycle cellulaire jusqu la mtaphase.

    En phase G1, lADN est une molcule double brin.

    ATAGCTATGCTTTAAA

    TATCGATACGAAATTT

    En phase S, lADN Il y a synthse de 2 nouveaux brins, par complmentarit avec les brins anciens, la BrdU remplaant la thymidine :

    CTTTAAA

    GAAABrBrBr

    ATAGCTATG

    TATCGATAC

    GAAABrBrBr

    CTTTAAA

    En phase G2, lADN a t entirement dupliqu et il y a 2 molcules identiques qui formeront les chromosomes mtaphasiques :

    ATAGCTATGCTTTAAA _____________________

    BrABrCGABrACGAAABrBrBr _____________________

    symbolisation :

    BrABrCGABrACGAAABrBrBr _______________________________

    TATCGATAC CTTTAAA _______________________________

    3) Indiquez quel moment prcis et au cours de quel cycle cellulaire a t ralise lobservation traduite par le dessin Si vos explications doivent saccompagner de schmas complmentaires, vous pourrez simplifier vos schmas et reprsenter les brins sous forme de traits ; vous utiliserez la couleur rouge pour les brins BrdU.

    Il faut que les deux brins aient incorpor la BrdU pour que la chromatide soit colore. Ce nest pas le cas ici, donc ce nest pas en mtaphase de 1re mitose que la photo a t prise.

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    A la fin de la premire mitose, les chromatides se sparent et chaque cellule fille est pourvue du mme type de chromosome :

    _______________________________

    _______________________________

    En prolongeant la culture sur milieu BrdU, les deux nouveau brins seront marqus leur tour et donneront naissance des chromosomes mtaphasiques diffrents :

    _______________________________

    _______________________________

    _______________________________

    _______________________________

    Lune des chromatide ayant 2 brins BrDu apparatra colore et lautre non.

    Ceci est conforme lobservation, donc la photographie a t ralise en mtaphase la 2me mitose.

    4) Immdiatement aprs la division dessine ici, les cellules filles sont replaces dans un milieu normal (milieu sans BrdU, thymine normale). Dfinissez laspect (ou les aspects) prvisibles(s) des chromosomes la division suivante.

    Les cellules tant place dans un milieu sans BrdU, les nouveaux brins synthtiss ne comporteront pas de BrdU. Aucune chromatide naura ses 2 brins marqu par la BrdU et tous les chromosomes seront normalement colors.

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