TP-TD 3 : Structure de l’ADN

La molécule d’ADN, ou Acide Désoxyribo Nucléique, est présente chez tous les êtres vivants et même chez de nombreux virus. Cette molécule est porteuse de l’information qui permet non seulement de caractériser chacun de nous, mais aussi la spécialisation de nos cellules.

Problème : Comment est organisé l’ADN au niveau moléculaire ?

Objectif de la séance : Bien comprendre l’organisation de l’ADN et son universalité.

Compétences : Utiliser un logiciel de simulation moléculaire et comprendre les propriétés moléculaires

I- L’organisation 3D de la molécule d’A.D.N

Lancer le logiciel Rastop (Ici Libmol)

  • Afficher la molécule d’ADN dans la fenêtre (fichier ouvrir suivant les indications de votre enseignant un exemple de molécule d’ADN) pour libmol : choisir dans rechercher ADN 14 paires de base
  • Cliquer sur l’icône pour afficher les différents atomes (boules) de la molécule reliés entre eux par des liaisons sous forme de bâtonnets – Libmol : colorer par atomes
  • Faîtes tourner dans tous les sens la molécule. Pour faire pivoter la molécule dans l’espace, cliquer sur la molécule et maintenir le bouton gauche de la souris.
  • Puis choisissez Atomes et Colorer par Chaîne (valable aussi sous libmol). Cliquer sur l’item Rubans

Questions : 

  1. 1- De combien de chaînes est constituée la molécule d’ADN ?
  2. 2- Quelle est la forme en trois dimensions de cette molécule ?
  3. 3- Schématise-la de manière simplifiée (légende obligatoire du schéma : chaîne ou hélice a, chaîne ou hélice b. Titre : double hélice d’ADN)

II- Les atomes constitutifs de l’ADN

  • Cliquer et éditer Commande : taper restrict*B
  • Atomes Colorer par CPK et Rubans => Effacer
  • En bas de l’écran, choisir Trans/Zoom puis actionner le curseur Z pour modifier la taille de l’affichage. Les curseurs X et Y permettent les déplacements horizontaux et verticaux.
  • Pour libmol : cliquez sur colorer par atomes et relever les atomes en fonction des couleurs

En cliquant sur n’importe quel atome de la molécule d’A.D.N., la lettre de la base du nucléotide sélectionné apparaît en bas dans la fenêtre RasTop .à côté de Atom . Il s’agit uniquement de la première lettre. (dans l’exemple ci-contre : O)

Questions : 

  1. 1- Quels sont les atomes présents dans la molécule (ne tenir compte que de la 1ère lettre) ?
  2. 2- Cette molécule est-elle d’origine organique ? Justifiez votre réponse

Remarque : une molécule organique est constituée d’atomes majoritaires CHO

III- La notion de nucléotide

Chaque chaîne de la molécule d’A.D.N. est un hétéropolymère. Il est constituée d’une polymérisation d’unités répétitives : les nucléotides (=monomères). En cliquant sur n’importe quel atome de la molécule d’A.D.N., la lettre de la base du nucléotide sélectionné apparaît dans la fenêtre RasTop .à côté de Group . Il s’agit uniquement de la lettre (Dans l’exemple cité avant : G12).

  • Pour colorer chaque nucléotide, cliquer sur Eléments et choisir dans la sélection le nucléotide à colorer. Cliquer sur l’icône, puis sur la palette de couleurs et choisir la couleur.
  • Recommencer la même opération pour les autres nucléotides.
  • Pour libmol : cliquez sur colorer par résidus

Questions : 

  1. 1- Combien existe-t-il de nucléotides ? Quels sont ils ? 
  2. 2- Quelle forme a la molécule d’ADN ? 

Un nucléotide est constitué par la liaison de trois éléments ; Un acide phosphorique (PO4H3), un sucre (C5=désoxyribose) et d’une base azotée (N). Repère ces trois éléments.

Pour libmol : faîtes un clic droit et masquer le reste : Vous visualisez un sel nucléotide.

Questions : 

  1. 1- Compléter le dessin en donnant les atomes et en légendant les grandes parties 

Questions : 

  1. 2- Comparer le nouveau nucléotide sélectionné avec le précédent : indiquer quelle est la partie qui diffère d’un nucléotide à un autre.
  2. 3- Par quelle partie sont liés 2 nucléotides de la même chaîne (hélice) ?

IV- l’organisation complète de l’ADN

Vous venez de comprendre que la molécule d’ADN est un polymère de nucléotides. Les nucléotides sont liés les uns aux autres par des liaisons covalentes fortes*, cette association forme une chaîne de nucléotides ou une hélice de la molécule d’ADN. Il nous reste à comprendre de quelle façon les deux hélices de la molécule d’ADN sont liées l’une à l’autre.

Information importante

Une liaison covalente entre deux atomes est une liaison de haute énergie avec mise en commun d’électrons.

Il existe des liaisons de faible énergie entre atomes, sans mise en commun d’électrons, entre par exemple un atome d’oxygène et un atome d’hydrogène, que l’on appelle des liaisons hydrogène ou liaisons H.

Liaisons hydrogène Afficher

Pour Libmol, zoomer jusqu’à faire apparaître les liaisons hydrogènes

Questions : 

  1. 1- Précisez la nature et le nombre de liaisons entre 2 nucléotides des 2 chaînes de la molécule d’A.D.N.
  2. 2- Par quelle partie sont liés 2 nucléotides de la même chaîne (hélice) ? 

Questions : 

  1. 1- Combien de liaisons hydrogènes ?
  2. 2- Représentez par un schéma l’organisation des nucléotides de cette molécule d’A.D.N. en imaginant que l’on déroule la molécule, c’est à dire que l’on supprime les torsades. Utiliser les représentations ci- dessous.
  3. 3- Comment l’information est-elle donc stockée ?

V- Modélisation et dessin

  1. 1- A l’aide des modèles moléculaires en maquette (modèle analogique) et des consignes de votre enseignant, construire une molécule d’ADN comportant la séquence CATGAC ou CATGTG puis appelez l’enseignant pour qu’il vérifie votre modèle.
  2. 2- Dessinez un ADN à 4 nucléotide avec un enchainement ACGT avec la schématisation suivante :  
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