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Visualiser une très longue molécule d’ADN

Des fichiers de structure 3D de l’ADN de très grande taille (jusqu’à 500 nucléotides) permettent de visualiser la molécule en prenant conscience de sa grande longueur.

Auteur : Vincent GUILI, Lycée Descartes, Saint-Genis-Laval

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Programme de sciences de la vie et de la Terre de seconde et de première spécialité
BO spécial du 22 Janvier 2019

Seconde : La Terre, la vie et l’organisation du vivant
L’organisation fonctionnelle du vivant
L’organisme pluricellulaire, un ensemble de cellules spécialisées

Connaissances : […] information génétique organisée en gènes constitués d’ADN (acide désoxyribonucléique).
Notions fondamentales : ADN, double hélice, nucléotides (adénine, thymine, cytosine, guanine), complémentarité, séquence.
Objectifs : les élèves apprennent […] que la structure moléculaire de l’ADN lui permet de porter une information.

Première spécialité  : La Terre, la vie et l’organisation du vivant
Transmission, variation et expression du patrimoine génétique
La réplication de l’ADN

Connaissances : Chaque chromatide est constituée d’une longue molécule d’ADN associée à des protéines structurantes.
Capacités : Calculer la longueur totale d’une molécule d’ADN dans un chromosome et de l’ensemble de l’ADN d’une cellule.

Objectif

Visualiser la structure de très longues molécules d’ADN pour comprendre l’organisation du support de l’information génétique.

Problème

Les modèles moléculaires de l’ADN sont souvent extraits de structures dans lesquelles l’ADN était en relation avec une ou plusieurs protéines. De ce fait la double hélice est parfois incurvée. Si ces modèles permettent de comprendre l’organisation en double brins antiparallèles avec complémentarité des bases, ils sont généralement limités à une douzaine de nucléotides et ne permettent pas en revanche d’appréhender la très grande dimension linéaire de l’ADN. De plus les séquences sont parfois palindromiques, ce qui n’est pas représentatif de la majorité du génome.

Sur le plan didactique

Deux fichiers de structure de l’ADN, au format .pdb sont proposés. L’un de 100 nucléotides de long, l’autre de 500 nucléotides.
Ces structures ne sont pas issues de données expérimentales, mais obtenues par calcul en s’appuyant sur les caractéristiques de l’ADN déterminées par diffraction aux rayons X. Le serveur de calcul est accessible à cette adresse : http://www.scfbio-iitd.res.in
A noter que le fichier obtenu par modélisation sur le serveur n’est pas directement reconnu comme acide nucléique double brin par les logiciels de visualisation moléculaire et nécessite des ajustements de syntaxe.
La séquence utilisée comme support à la modélisation est l’allèle PAV du gène TAS2R38, impliqué dans la détection des substances amères par la langue.

Sur le plan pédagogique

La manipulation et la mise en forme de structures 3D de très grande longueur doivent permettre à l’élève de prendre la mesure de cet aspect de la molécule d’ADN.
Par ailleurs tous les autres aspects de la structure de l’ADN peuvent être établis avec ces modèles : structure en double brins antiparallèles, double hélice, 4 nucléotides différents, complémentarité des bases, liaisons hydrogènes, mesures de longueur.


Exemple de visualisations obtenues avec Libmol.

Fichiers à télécharger

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