Séance 2 - Explorer la spécialisation cellulaire

Introduction

Dans le pancréas, on trouve différents types de cellules : certaines, comme les cellules β, produisent l’insuline, une protéine essentielle à la régulation de la glycémie. Cette protéine n’est produite par aucun autre organe.

À l’inverse, une autre protéine impliquée dans la régulation du glucose, la glucose-6-phosphatase (G6PC), est produite uniquement par le foie.

On sait qu’une protéine est fabriquée lorsque un gène s’exprime.

Problème : comment expliquer que l'insuline soit produite uniquement par les cellules du pancréas ?

Une hypothèse possible serait que les cellules du pancréas sont les seules à posséder le gène de l’insuline, tandis que les autres cellules n’auraient pas ce gène.

Pour vérifier cela, il faut d’abord comprendre ce qu’est un gène.

Nous allons donc commencer par observer la molécule d’ADN, support de l’information génétique.

Consigne n°1 (Utiliser des outils numériques de modélisation moléculaire)

Ouvrir le logiciel Libmol.
Rechercher la molécule : ADN 14 paires de bases.
Dans Commandes : colorer les chaînes. Observer le nombre de chaînes de la molécule d'ADN.
Dans Commandes : colorer les résidus (dans cette molécule, les résidus sont des nucléotides). Observer le nombre de type de nucléotides. Observer le nom des différents nucléotides (en posant la souris dessus). Observer la complémentarité des nucléotides d'une chaîne à l'autre.
Appeler l’enseignant pour validation.

Bilan

2.1 – La structure de l’ADN et la notion de gène

La molécule d’ADN est une double hélice composée de deux chaînes enroulées, formées de bases A, T, C et G.

Un gène est un segment précis d’ADN dont la séquence de nucléotides permet de coder la fabrication d’une protéine spécifique.

Consigne n°2 (Utiliser des outils numériques de traitement de données)

Ouvrir le logiciel Geniegen2.
Ouvrir la banque de séquences.
Rechercher "insuline".
Sélectionner "Séquences du gène de l'insuline dans différentes cellules d'un même individu (insuline-diff-cellules.edi).
Rechercher "G6PC".
Sélectionner "Gène glucose-6-phosphatase (G6PC), allèle de référence".
Charger ces séquences.

On observe ici la séquence du gène de l'insuline dans différents organes (pancréas, foie, rein, neurone, estomac, muscle, rate) ainsi que le gène de la G6PC.

Dans "Actions", aligner les séquences des différents gènes.
Rédiger un court texte expliquant pourquoi le gène de l'insuline et le gène de la G6PC permettent la production de protéines différentes (l'insuline et la G6PC).
Rédiger un court texte indiquant, en justifiant, si l'hypothèse émise en début de séance est validée ou invalidée.

Autoévaluation

Critères à respecter :

J’ai su ouvrir Geniegen2, accéder à la banque de séquences et charger les gènes demandés.
J’ai utilisé l’outil « aligner les séquences » pour comparer les gènes.
J’ai observé attentivement les séquences obtenues et relevé des différences ou des ressemblances.
J’ai rédigé un court texte expliquant en quoi les séquences observées permettent de comprendre la production de protéines différentes.
J’ai formulé une conclusion claire sur l’hypothèse de départ, en justifiant ma réponse avec les résultats obtenus.

Comment se noter :

5 critères respectés → 5/5
4 critères respectés → 4/5
3 critères respectés → 3/5
2 critères respectés → 2/5
1 critère respecté → 1/5

Bilan

Par exemple, le gène de la G6PC et le gène de l’insuline n’ont pas la même séquence : ils codent donc pour des protéines différentes.

2.2 – L’unicité de l’ADN et la diversité de l’expression des gènes

Toutes les cellules d’un organisme proviennent de la cellule-œuf et possèdent le même ADN, contenant l’ensemble des gènes de l’organisme.

Cependant, chaque type cellulaire n’exprime qu’une partie de ses gènes.

Par exemple :

Le gène de l’insuline est présent dans toutes les cellules de l'organisme mais il n'est exprimé que dans les cellules β du pancréas.
Le gène G6PC est présent dans toutes les cellules de l'organisme mais il n'est exprimé que dans les cellules du foie et du rein.

Cette expression ciblée des gènes permet la spécialisation cellulaire et la production de protéines spécifiques à chaque type cellulaire.

Découverte de métiers

Généticien·ne (8-10 ans après le bac) : étudier les gènes et leur fonctionnement, comprendre les liens entre mutations génétiques et maladies, et participer au développement de tests de diagnostic ou de thérapies géniques.
Chercheur·se en biotechnologie (8-10 ans après le bac) : utiliser les connaissances en biologie moléculaire et en génétique pour concevoir de nouvelles applications médicales, pharmaceutiques, agricoles ou industrielles, par exemple développer des médicaments innovants ou des plantes résistantes.
Technicien·ne de laboratoire médical (2-3 ans après le bac) : réaliser des analyses biologiques sur des échantillons (sang, urine, tissus), manipuler des appareils de biologie médicale, et fournir des résultats permettant aux médecins d’établir un diagnostic.

Quiz de révision

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