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Proportion d'acides aminés d'un polymère statistique de U et C


Un essai de synthèse protéique a été réalisé in vitro. Un polyribonucléotide contenant U et C en proportion 1:5 (les positions de U et C sont aléatoires) a été utilisé comme matrice. Quels acides aminés et dans quelles proportions seront incorporés dans les molécules polypeptidiques synthétisées ?

. 1Phe : 5Pro : 3Leu.

B. 1Leu : 1Pro : 1Ser : 1Phe.

C. 1Phe : 5Ser : 5Pro : 5Leu.

D. 1Phe : 25Pro : 5Ser : 5Leu.

E. 5Leu : 5Pro.

La première chose dont je ne suis pas sûr, c'est si seuls U et C sont là. J'ai essayé de résoudre cette somme en tenant compte des deux conditions. J'ai également essayé de le résoudre à partir des options mais je n'ai pas réussi.


La première chose à mentionner est que c'est le type d'expérience que Marshall Nirenberg a réalisée pour briser le code génétique, et pour laquelle il a obtenu le prix Nobel en 1968. Nous sommes sur les épaules de géants.

Si le rapport est U:C, 1:5, alors il est facile de calculer la probabilité de rencontrer chacun des 8 codons possibles composés uniquement de U et C. Ainsi par exemple :

la probabilité de UUU est (1/6)3

la probabilité de UUC est (1/6)2*(5/6)

etc.

Voici un tableau qui donne toutes les valeurs et démontre que la réponse est (D).


Figure 1. Le carbone peut former quatre liaisons covalentes pour créer une molécule organique. La molécule de carbone la plus simple est le méthane (CH4), représenté ici.

Le carbone contient quatre électrons dans sa couche externe. Par conséquent, il peut former quatre liaisons covalentes avec d'autres atomes ou molécules. La molécule de carbone organique la plus simple est le méthane (CH4), dans laquelle quatre atomes d'hydrogène se lient à un atome de carbone (figure 1).

Cependant, les structures plus complexes sont réalisées en carbone. N'importe lequel des atomes d'hydrogène pourrait être remplacé par un autre atome de carbone lié de manière covalente au premier atome de carbone. De cette manière, des chaînes longues et ramifiées de composés carbonés peuvent être formées (Figure 2a). Les atomes de carbone peuvent se lier à des atomes d'autres éléments, tels que l'azote, l'oxygène et le phosphore (Figure 2b). Les molécules peuvent également former des anneaux, qui eux-mêmes peuvent se lier à d'autres anneaux (Figure 2c). Cette diversité de formes moléculaires rend compte de la diversité des fonctions des macromolécules biologiques et repose en grande partie sur la capacité du carbone à former des liaisons multiples avec lui-même et avec d'autres atomes.

Figure 2. Ces exemples montrent trois molécules (trouvées dans les organismes vivants) qui contiennent des atomes de carbone liés de diverses manières à d'autres atomes de carbone et aux atomes d'autres éléments. (a) Cette molécule d'acide stéarique a une longue chaîne d'atomes de carbone. (b) La glycine, un composant des protéines, contient des atomes de carbone, d'azote, d'oxygène et d'hydrogène. (c) Le glucose, un sucre, a un cycle d'atomes de carbone et un atome d'oxygène.


Architectures macromoléculaires et nano-objets mous

6.15.2.1.1 Peptides

Des polypeptides de haut poids moléculaire peuvent être synthétisés par polymérisation par ouverture de cycle de l'AA N-carboxyanhydrides (ANC également connus sous le nom d'anhydride de Leuchs). 66 Cependant, ce procédé de polymérisation en chaîne ne permet que la synthèse d'homopolymères et de copolymères statistiques. De plus, du fait de la présence de réactions secondaires, les polymères synthétisés par polymérisation NCA classique présentent des structures macromoléculaires généralement mal définies. Cependant, certaines stratégies intéressantes pour contrôler les polymérisations de NCA ont été signalées, parmi lesquelles l'utilisation de catalyseurs de métaux de transition développés par Deming et ses collaborateurs 67 et l'utilisation d'initiateurs de chlorhydrate d'amine primaire tels qu'introduits par Dimitrov et Schlaad. 68 L'optimisation d'autres paramètres importants, par exemple la température 69 ou la pureté des réactifs 70, permet à la polymérisation du NCA de se dérouler de manière « vivante », conduisant à des homopeptides presque monodispersés avec un poids moléculaire réglable.

Les polypeptides monodispersés avec une séquence AA définie peuvent être synthétisés par trois approches principales : (1) synthèse sur phase solide, (2) ligature chimique et (3) génie génétique. Toutes ces méthodes permettent le contrôle de la séquence des monomères et l'intégration d'AA non naturels en tant que loci sélectifs pour la bioconjugaison.

Les méthodes de synthèse modernes basées sur la synthèse de peptides sur phase solide (SPPS) par étapes ont été lancées par Merrifield en 1963. Ces approches de synthèse chimique offrent un accès direct à pratiquement n'importe quel peptide de moins d'environ 40 résidus de longueur. Même s'il ne s'agit que de la taille des plus petites protéines connues (environ 6 kDa), 71 de nombreux oligopeptides sont décrits, présentant une activité biologique distincte ou des fonctions définies. Les développements du SPPS ont surmonté un certain nombre de difficultés liées à la sélectivité des réactions chimiques, à l'insolubilité des peptides protégés et à l'optimisation des supports polymères appliqués concernant l'accessibilité, les propriétés de diffusion et les interactions non spécifiques avec le peptide, ainsi que la difficulté pour conduire la réaction par étapes à la conversion quantitative. Même si chaque cycle de couplage pouvait aboutir à un rendement de 99 % du produit souhaité, le rendement global ne serait que d'environ 60 % après 50 cycles et de 37 % après 100 cycles. Ainsi, la formation par étapes de quantités extrêmement faibles de produits secondaires rend essentiellement impossible l'augmentation substantielle de la portée du SPPS. Cependant, SPPS a grandement facilité la synthèse de peptides et de petites protéines (< 100 AA) et a rendu les peptides largement disponibles grâce à des procédures automatisées. De plus, l'incorporation spécifique de séquence d'AA non naturels par synthèse chimique est pratiquement illimitée. Il permet des modifications polyvalentes des peptides allant de mutants à position unique où un AA est substitué à la synthèse de pseudopeptides comprenant des squelettes et une chimie non peptidiques. 72,73 Les méthodes SPPS sont particulièrement utiles pour l'incorporation d'analogues d'AA qui sont toxiques pour les cellules ou incompatibles avec la machinerie traductionnelle (par exemple, la synthèse de toutes les protéines d-AA). La synthèse chimique permet également un marquage isotopique spécifique à une séquence (par exemple, des AA marqués au H, au C ou au N) pour les études spectroscopiques. D'un autre côté, la synthèse chimique peut être problématique avec des peptides ou des protéines ayant une faible solubilité, et devient fastidieuse, à faible rendement et coûteuse lorsqu'elle est appliquée à des protéines plus grosses. Enfin, les protéines synthétisées chimiquement ne peuvent pas être utilisées pour in vivo études à moins d'être introduits mécaniquement ou chimiquement dans la cellule.

Pour surmonter les limitations de taille de SPPS, des stratégies efficaces ont été développées pour coupler des segments peptidiques synthétiques ensemble. 71,75 La combinaison de SPPS et de ligature enzymatique ou chimiosélective permet maintenant la construction de protéines entièrement synthétiques aussi grandes que 25 kDa. 71,76 De plus, des fragments recombinants exprimés par des machines de biosynthèse peuvent être attachés à des peptides synthétisés chimiquement en utilisant des réactions de couplage de fragments sélectifs. 77-79 Cette ligature des protéines exprimées permet des modifications non naturelles près des terminaisons protéiques dans des protéines de pratiquement n'importe quelle taille ( Figure 4 ). 74,80 Une stratégie élégante appelée « ligation chimique native » permet le couplage sélectif de fragments peptidiques dans des conditions naturelles pour former une liaison peptidique native. 81 La ligature chimique native peut être utilisée en routine pour la préparation de polypeptides de plus de 100 résidus AA de longueur. Récemment, l'approche a été élargie par Muir et ses collègues décrivant la semisynthèse des protéines basée sur la ligature chimique native, dans laquelle le thioester est produit de manière recombinante à partir d'un système d'épissage de protéines partiellement invalide.

Figure 4 . Synthèse chimique totale totalement convergente du lysozyme humain (130 résidus d'acides aminés 8 cystéines (4 disulfures)).

Réimprimé avec la permission de Durek, T. Torbeev, V. Y. Kent, S. B. H. Proc. Natl. Acad. Sci. ETATS-UNIS. 2007, 104, 4846 . Copyright 2007, Académie nationale des sciences. 74

Des polypeptides de haut poids moléculaire comprenant des variétés natives et progressivement croissantes d'AA non naturels 82 peuvent également être accessibles via des procédés d'ADN recombinant (c'est-à-dire, le génie génétique) en utilisant l'expression bactérienne des gènes artificiels correspondants. La synthèse moderne d'oligonucléotides d'ADN peut fournir 100-mères ou plus, et les méthodes basées sur la PCR facilitent l'assemblage de gènes de pratiquement n'importe quelle séquence. Dans des vecteurs appropriés, ces gènes peuvent être utilisés pour exprimer des protéines dans des bactéries, des levures, des plantes, des cellules d'insectes, des cellules de mammifères, voire des animaux vivants, permettant de générer des quantités raisonnables de protéines. L'effort de conception de gènes artificiels, de modification d'organismes hôtes et, en particulier, d'isolement de la protéine exprimée de l'hôte limite l'applicabilité de cette technique aux peptides ayant un poids moléculaire relativement élevé bien supérieur à 10 kDa. Cependant, la précision de la synthèse peptidique par la machinerie biosynthétique est inégalée, et la biotechnologie moderne permet une production à grande échelle. L'insertion spécifique au site d'un réseau en expansion d'AA non naturels dans de petites quantités de protéines peut être réalisée à n'importe quelle position en utilisant un ARN de transfert chimiquement acylé (ARNt). 83 Peut-être plus excitant, les ARNt et les synthétases modifiés dans les machines de biosynthèse des protéines de bactéries ou de levures génétiquement modifiées permettent désormais l'incorporation spécifique au site d'AA non naturels dans des cellules vivantes sans intervention chimique. 84,85 De plus, des méthodologies ont été développées, exploitant l'auxotrophie de certains Escherichia coli souches d'AA spécifiques pour introduire des analogues d'AA non naturels dans les protéines. 86 Par exemple, les cellules auxotrophes pour la phénylalanine AA peuvent être cultivées dans des milieux complétés par un analogue, tel que p-fluorophénylalanine ou p-azidophénylalanine. 87 Les méthodes d'expansion du code génétique au niveau des acides nucléiques, y compris les codons à 4 bases (séquence de nucléotides adjacents dans le code génétique, déterminant l'insertion d'un AA spécifique dans une chaîne polypeptidique) et les paires de bases non naturelles, deviennent utiles pour la ajout de plusieurs AA au code génétique. 88-91 Plus de 30 nouveaux AA ont été génétiquement codés en réponse à des codons triples et quadruplets uniques, y compris des AA fluorescents, photoréactifs et redox actifs, des AA glycosylés et des AA avec des chaînes latérales céto, azido, acétyléniques et contenant des atomes lourds. En supprimant les contraintes du code 20 AA existant et en élargissant le répertoire des AA, il devrait être possible de générer des protéines avec des propriétés nouvelles ou améliorées.


Base moléculaire de l'héritage Questions supplémentaires importantes Type de réponse très courte

Question 1.
Nommez le matériel génétique de la majorité des organismes.
Réponse:
ADN (acide nucléique désoxyribose)

Question 2.
Énumérez la fonction de l'ARN.
Réponse:
L'ARN agit comme matériel génétique dans les virus et fonctionne également comme adaptateur, structurel et, dans certains cas, comme molécule catalytique.

Question 3.
Combien de nucléotides sont présents dans un bactériophage × 174 ?
Réponse:
5386.

Question 4.
Indiquez le nombre de paires de bases dans :
(i) bactériophage lambda
Réponse:
48502 pb

(ii) E. coli et
Réponse:
4,6 × 10 6 pb

(iii) contenu haploïde de l'ADN humain.
Réponse:
3,3 × 10 9 pb.

Question 5.
Commentaire deux chaînes d'ADN ont une polarité antiparallèle.
Réponse:
Si une chaîne a une polarité 5′ → 3′, l'autre chaîne a une polarité 3′ → 5′.

Question 6.
Quelle est la différence entre l'ADN et la DNAase?
Réponse:
Les ADN sont le nombre de molécules d'ADN et la ADNase est une enzyme qui digère l'ADN.

Question 7.
Qu'est-ce qui fait de l'ADN du matériel génétique ?
Réponse:
Comme l'ARN était instable, il a évolué davantage avec certaines modifications chimiques et a formé de l'ADN. L'ADN est devenu plus stable.

Question 8.
Quelle est la vitesse moyenne de polymérisation ?
Réponse:
2000 pb par seconde.

Question 9.
Énumérez trois composants de l'unité de transcription.
Réponse:

Question 10.
Quel est le terme utilisé pour l'ARN hn entièrement transformé ?
Réponse:
Un ARN messager (ARNm).

Question 11.
Qu'est-ce que l'épissage ?
Réponse:
C'est l'élimination des introns et la jonction des exons d'une manière définie.

Question 12.
Où sont les UTR présents dans le brin d'ARNm ?
Réponse:
Les UTR (région non traduite) sont présentes à la fois à l'extrémité 5 & 8242 (avant le codon de démarrage) et à l'extrémité 3 & 8242 (après le signal d'arrêt).

Question 13.
Écrivez la signification des UTR.
Réponse:
Ils sont nécessaires à la régulation d'un processus de traduction efficace.

Question 14.
Nommez deux codons non-sens (signal d'arrêt).
Réponse:

Question 15.
Quelles sont les exceptions à la règle générale selon laquelle l'ADN est le matériel génétique de tous les organismes ? Fournissez des preuves à l'appui de ces exceptions.
Réponse:
Certains virus animaux et tous les virus végétaux contiennent de l'ARN comme matériel génétique.

Question 16.
Qu'est-ce qu'une fourche de réplication ? (CBSE, Delhi 2011)
Réponse:
Lorsque la réplication commence, les deux brins d'ADN se déroulent pour former une structure en forme de Y appelée fourche de réplication.

Question 17.
Nommez la technique par laquelle l'expression des gènes peut être contrôlée à l'aide d'une molécule d'ARN. (Exemple de document CBSE 2018-19)
Réponse:
Northern blotting

Question 18.
Nommez les parties « A » et « B » de l'unité de transcription ci-dessous. (C.B.S.E. Delhi 2008)
Réponse:

A-Promoteur
brin de codage B.

Question 19.
Mentionner le rôle des codons AUG et UGA lors de la synthèse des protéines. (CBSE 2011, 2016)
Ou
Mentionnez deux fonctions du codon AUG. (CBSE 2010)
Réponse:

  1. AUG agit comme un signal de démarrage et code également pour l'acide aminé méthionine.
  2. UGA agit comme un signal d'arrêt.

Question 20.
Comment les histones acquièrent-elles une charge positive ? (CBSE Delhi 2011)
Réponse:
Une protéine histone acquiert une charge positive car elle est riche en résidus d'acides aminés basiques tels que la lysine, l'arginine et l'histidine. Tous sont chargés positivement dans leurs chaînes latérales.

Question 21.
Pourquoi les fragments d'ADN se déplacent-ils vers l'anode lors de l'électrophorèse sur gel ? (CBSE Delhi 2018C)
Réponse:
La molécule d'ADN est chargée négativement. Lorsqu'il est placé dans un champ électrique, il se déplace vers une anode chargée positivement.

Question 22.
Nommez un acide aminé codé par un seul codon. (CBSE Delhi 2018 C)
Réponse:
Méthionine – AUG/ Tryptophane – UGG

Base moléculaire de l'héritage Questions supplémentaires importantes Type de réponse courte

Question 1.
Si la séquence du brin codant dans une unité de transcription s'écrit comme suit : (CBSE Delhi 2011)
5′- A T G C A T G C A T G C A T G C A T G C A T G C A T G C – 3′
Notez la séquence de l'ARNm.
Réponse:
La séquence de l'ARNm doit être :
5′ – U A C G U A C G U A C G U A C G U A C G U A C G U A C G – 3′.

Question 2.
Qu'est-ce que la règle de Chargaff ? (CBSE Delhi 2011)
Réponse:
Règles de Chargaff :

  1. Dans la molécule d'ADN, les paires de bases A - T sont égales en nombre aux paires de bases G - C.
  2. A + G = T + C, c'est-à-dire purines et pyrimidines en quantité égale.
  3. A = T et C = G (Montant).
  4. Le rapport de base A + T/G + C peut varier d'une espèce à l'autre mais est constant pour chaque espèce. Il aide à identifier la source de l'ADN.
  5. Le sucre désoxyribose et le composant phosphate sont présents dans des proportions égales.

Question 3.
(a) Nommez le composant d'un nucléotide responsable de la polarité 5’-3′ à un polynucléotide.
Réponse:
Un polymère a à une extrémité une fraction phosphate libre à l'extrémité 5 & 8242 du sucre ribose, appelée extrémité 5 & 8242 d'une chaîne polynucléotidique. De même, à l'autre extrémité du polymère, le ribose a un groupe 3-OH libre qui est appelé l'extrémité 3 & 8242 d'une chaîne polynucléotidique.

(b) Où dans un nucléotide la liaison glycosidique est-elle présente ? (CBSE Delhi 2019 C)
Réponse:
Une base azotée est liée au sucre pentose par une liaison N-glycosidique pour former un nucléoside.

Question 4.
Quelle propriété de la double hélice de l'ADN a conduit Watson et Crick à émettre l'hypothèse d'un modèle semi-conservateur de réplication de l'ADN ? Expliquer.
Ou
Écrivez une note sur le mode semi-conservateur de la réplication de l'ADN. (CBSE Delhi 2008 Delhi 2011, 2014)
Réponse:
Le modèle semi-conservateur de la réplication de l'ADN supposé par Watson et Crick était basé sur la propriété que pendant la réplication, les deux brins se sépareraient et agiraient comme un modèle pour la synthèse de nouveaux brins complémentaires. Après l'achèvement de la réplication, chaque molécule d'ADN aurait un brin parental et un brin nouvellement synthétisé. Ce schéma a été qualifié de réplication de l'ADN « semi-conservatrice ».

Question 5.
L'ARN a été le premier matériel génétique, l'ADN a évolué plus tard. Expliquer.
Ou
Pourquoi l'ARN est-il considéré comme le premier matériel génétique ? (CBSE, 2009 2012)
Réponse:
L'ARN a été le premier matériel génétique. Il existe maintenant suffisamment de preuves pour suggérer que des processus vitaux essentiels (tels que le métabolisme, la traduction, l'épissage, etc.) ont évolué autour de l'ARN. L'ARN servait de matériel génétique ainsi que de catalyseur (il existe certaines réactions biochimiques importantes dans les systèmes vivants qui sont catalysées par des catalyseurs d'ARN et non par des enzymes protéiques). Mais, l'ARN étant un catalyseur était réactif et donc instable. Par conséquent, l'ADN a évolué à partir de l'ARN avec des modifications chimiques qui le rendent plus stable. L'ADN étant double brin et ayant des brins complémentaires, résiste davantage aux changements en développant un processus de réparation.

Question 6.
Discutez de l'importance de l'isotope lourd de l'azote dans l'expérience de Meselson et Stahl.
Réponse:

  1. En utilisant l'isotope lourd de l'azote, ils ont pu découvrir la nature semi-conservatrice de la réplication de l'ADN car les densités d'ADN ayant 15 N dans les deux brins d'ADN 15 N/ 14 N et 14 N/ 14 N d'ADN étaient toutes différentes.
  2. L'ADN hybride (ADN 15 N/ 14 N) avait une densité intermédiaire entre celle de l'ADN lourd ( ADN 15 N/ 15 N) et celle de l'ADN léger/normal ( ADN 14 N/ 14 N).

Question 7.
Différencier l'ARNm polycistronique et l'ARNm monocistronique.
Réponse:
Différences entre l'ARNm polycistronique et l'ARNm monocistronique :

ARNm polycistronique ARNm monocistronique
1. C'est l'ARNm qui ne peut coder que pour un seul polypeptide, c'est-à-dire qu'il possède un seul cistron 1. C'est l'ARNm qui peut coder pour plus d'un polypeptide, c'est-à-dire qu'il a plus d'un cistron.
2. On le trouve normalement dans les cellules eucaryotes. 2. Il se trouve dans les cellules procaryotes.

Question 8.
Vous répétez l'expérience Hershey-Chase et disposez de deux isotopes 32 p et 15 N (au lieu de 35 S dans l'expérience originale). En quoi pensez-vous que vos résultats seront différents ?
Réponse:

  1. L'utilisation du 15 N ne donnera aucun résultat concluant car ce n'est qu'un isotope lourd de l'azote.
  2. Dans l'expérience originale, le 35S n'a été détecté que dans le surnageant car il n'était incorporé que dans les protéines, tandis que le 15N sera incorporé dans les protéines ainsi que dans l'ADN et apparaîtra donc à la fois dans le surnageant et dans les sédiments.

Question 9.
Qu'est-ce que l'empreinte ADN ? Mentionnez ses applications.
Ou
Énumérez deux applications de la technique des empreintes génétiques. (CBSE Delhi 2018)
Réponse:
Empreintes génétiques : La technique consistant à utiliser des fragments d'ADN, résultant du clivage d'une enzyme endonucléase de restriction pour identifier des individus particuliers, est appelée empreintes génétiques.

Applications de l'empreinte ADN :

  1. Les conflits de paternité peuvent être résolus par empreintes génétiques.
  2. Il peut résoudre les problèmes d'évolution.
  3. Il peut être utilisé pour étudier les modes de reproduction des animaux menacés d'extinction.
  4. Il est utile pour restaurer la santé des patients souffrant de leucémie (cancer du sang).
  5. Il est très utile dans la détection du crime et des poursuites judiciaires.

Question 10.
Quelles sont les principales enzymes de la réplication de l'ADN ? (CBSE 2009)
Réponse:
Enzymes de réplication de l'ADN :

  1. ADN polymérase dépendante de l'ADN. Il catalyse la polymérisation des désoxynucléotides,
  2. Des fragments d'Okazaki, qui sont ensuite rapidement réunis par une enzyme appelée ADN ligase.
  3. La découverte des hélicases et des enzymes topoisomérases explique le déroulement de l'hélice d'ADN.

Question 11.
L'un des codons de l'ARNm est AUG. Dessinez la structure de la molécule adaptatrice d'ARNt pour ce codon. Expliquez le caractère unique de cet ARNt. (CBSE Delhi et en dehors de Delhi, 2008)
Réponse:
ARN de transfert ou ARN soluble ou ARN adaptateur (ARNt ou ARNs). Il constitue 15% de l'ARN total et est le plus petit des trois avec seulement 70-85 nucléotides ayant un coefficient de sédimentation de 45.

Il est unique car il a une double spécificité, l'une pour le codon sur le brin d'ARNm et l'autre pour l'acide aminé correspondant.


Structure de l'adaptateur d'ARNt

Question 12.
Décrivez brièvement la terminaison d'une chaîne polypeptidique. (C8SE 2009)
Réponse:
Arrêt de la synthèse polypeptidique :

  1. Lorsqu'un des codons de terminaison (UAA, UAG, UGA) arrive sur le site A, il ne code pour aucun acide aminé et il n'y a pas de molécule d'ARNt pour lui.
  2. En conséquence, la synthèse du polypeptide (ou l'allongement du polypeptide) s'arrête.
  3. Le polypeptide synthétisé est libéré du ribosome, catalysé par un « facteur de libération ».

Question 13.
Écrivez le double objectif des désoxyribonucléosides triphosphates en polymérisation. (CBSE Delhi 2018)
Réponse:
Les désoxyribonucléosides triphosphates servent de substrats, c'est-à-dire de nucléotides pendant la réplication, et fournissent également de l'énergie pour la réaction de polymérisation par clivage de la liaison phosphate terminale à haute énergie. Ainsi, ils servent à deux fins.

Question 14.
Bien qu'une cellule procaryote n'ait pas de noyau défini, l'ADN n'est pas dispersé dans toute la cellule. Expliquer. (CBSE Delhi 2018)
Réponse:
Dans la région nucléoïde, l'ADN chargé négativement est maintenu par des protéines chargées positivement. L'ADN du nucléoïde est organisé en grandes boucles tenues par des protéines. Et l'ADN sous forme de chromosomes uniques est attaché au mésosome en un point. 15

Question 15.
Faites la différence entre les codes génétiques donnés ci-dessous :
(i) Sans ambiguïté et universelle
Réponse:

  • Sans ambiguïté : le code est spécifique, c'est-à-dire un code Condon pour un seul acide aminé.
  • Universel : Le code est le même dans TOUS les organismes.

(ii) Dégénéré et initiateur (CBSE Delhi 2017)
Réponse:

  • Dégénéré : Lorsqu'un acide aminé est codé par plus d'un codon, on dit qu'il est dégénéré.
  • Initiateur : AUG est un codon initiateur, c'est-à-dire qu'il initie le processus de traduction et code également pour la méthionine.

Question 16.
Pourquoi l'opéron lac s'arrête-t-il quelque temps après l'ajout de lactose dans le milieu où E.coti se développait ? Pourquoi l'expression de bas niveau de l'opéron lac est-elle toujours requise ? (Exemple de document CBSE 2018-19)
Réponse:
Après l'ajout de lactose, une décomposition complète du lactose en glucose et galactose a lieu. Par conséquent, il n'y a plus de lactose à lier à la protéine répresseur et l'opéron lac s'arrête.

Un très faible niveau d'expression de l'opéron lac doit être présent dans la cellule tout le temps, sinon le lactose ne peut pas pénétrer dans les cellules.

Question 17.
Examinez attentivement les structures A et B du sucre pentose indiquées ci-dessous. Lequel des deux est le plus réactif ? Donne des raisons. (Exemple de papier CBSE 2019-20)

Réponse:
Le sucre pentose de la figure A est plus réactif.
Les raisons:

  1. Il y a deux groupes -OH présents dans le sucre pentose.
  2. Cela le rend plus labile.
  3. Il est facilement dégradable.

Base moléculaire de l'héritage Questions supplémentaires importantes Type de réponse longue

Question 1.
(i) Comment les éléments suivants sont-ils formés et impliqués dans l'encapsidation de l'ADN dans le noyau d'une cellule ?
(a) Octamère d'histones
(b) Nucléosome
(c) Chromatine
Réponse:
Emballage de l'ADN.
(a) Octamère d'histone : cinq types de protéines d'histone (H1, H2A, H2B, H3, et H4) sont impliqués. Parmi ceux-ci, quatre d'entre eux H1 A, H2 B, H3, et H4 se produisent par paires pour produire l'octamère d'histone, également appelé corps nu. Les histones sont organisées sous la forme d'une unité compacte formée de 8 molécules d'où le nom d'octamère d'histones.

(b) Nucléosome : L'unité de compactage de l'ADN est le nucléosome. Environ 146 pb de DMA sont enveloppés
sur un octamère d'histone pendant 1 (frac<3><4>) tour pour former un nucléosome de la taille 110 × 60 A.

(c) Chromatine: L'ADN de liaison relie deux nucléosomes adjacents. Il porte H1 protéine. En conséquence, une chaîne se forme appelée chromatique. La chaîne de nucléosomes donne l'apparence de «billes sur ficelle» au microscope électronique. Les chromatines sont des unités répétitives d'une structure située sur le nucléosome.

(ii) Différencier l'Euchromatine : 1 et l'Hétérochromatine. (CBSE Delhi 2016)
Réponse:

Hétérochromatine Euchromatine
1. Sombrement taché. 1. légèrement taché.
2. Régions condensées des fibres de chromatine. 2. régions moins étroitement enroulées des fibres de chromatine.
3. Transcriptionatty inactif ou moins actif. 3. Transcnptionnellement actif.
4. moins affecté par la température, le sexe ou l'âge. il n'est pas acétylé. 4. Plus affecté par la température, le sexe ou l'âge. Il est acétylé pendant l'interphase.

Question 2.
Distinguer hétérochromatine et euchromatine. Lequel des deux est transcriptionnellement actif ?
Réponse:
Différences entre l'hétérochromatine et l'euchromatine :

Hétérochromatine Euchromatine
1. Sombrement taché. 1. légèrement taché.
2. Régions condensées des fibres de chromatine. 2. régions moins étroitement enroulées des fibres de chromatine.
3. Transcriptionatty inactif ou moins actif. 3. Transcnptionnellement actif.
4. moins affecté par la température, le sexe ou l'âge. il n'est pas acétylé. 4. Plus affecté par la température, le sexe ou l'âge. Il est acétylé pendant l'interphase.

L'euchromatine est plus active transcriptionnellement.

Question 3.
Écrivez une note sur l'ARN messager.
Réponse:
ARN messager (ARNm).
Il ne forme que 5% de l'ARN total mais est le plus long de tous. Il apporte des instructions de l'ADN pour la formation d'un polypeptide particulier. Les instructions sont codées sous la forme d'une séquence de bases appelée code génétique. Trois bases azotées adjacentes spécifient un acide aminé particulier. La formation de polypeptides se produit sur les ribosomes. L'ARNm s'attache aux ribosomes.

Il commence comme un capuchon pour la fixation avec le ribosome. Il est suivi d'un codon d'initiation (AUG) soit immédiatement, soit après une petite région non codante. Il est suivi de la région codante suivie du codon de terminaison (UAA, UAG et UGA). Ensuite, il y a une petite région non codante et une zone poly-A à 3 extrémités. L'ARNm peut spécifier un seul polypeptide ou plusieurs d'entre eux appelés respectivement monocistronique et polycistronique.

La durée de vie de l'ARNm peut être de quelques minutes à une heure ou même des jours dans le cas des RBC.

Question 4.
Qu'est-ce que le code génétique ? Énumérez les propriétés du code génétique.
Réponse:
Le langage codé de l'ADN et de l'ARNm est complémentaire. Ainsi, le code génétique est la séquence de nucléotides dans l'ADN et l'ARN qui détermine la séquence d'acides aminés dans les protéines. Certains acides aminés sont spécifiés par plus d'un codon. La séquence de nucléotides sur la molécule d'ARNt qui complète le codon est appelée anticodon, par ex. l'un des codons de l'acide aminé leucine est CUG et l'anticodon est GAC. De même, le codon de la phénylalanine est UUU, tandis que l'anticodon est AAA.

Propriétés du code génétique :
Les propriétés suivantes du code génétique ont maintenant été prouvées par des preuves expérimentales.

  1. Le code est un triplet.
  2. Le code est dégénéré.
  3. Le code ne se chevauche pas.
  4. Le code est sans virgule.
  5. Le code n'est pas ambigu.
  6. Le code est universel,
  7. Colinéarité.

Le polypeptide et l'ADN ou l'ARNm ont tous deux un arrangement linéaire de leurs composants.

Le terme lettre de code représente un nucléotide A, T, G ou C dans l'ADN et A, U, G ou C dans l'ARN. La séquence de trois ne code pour aucun acide aminé, de tels codons sont appelés codon non-sens, par ex. UGA.

Question 5.
Quel est le rôle des ribosomes lors de la traduction ? Les ribosomes se déplacent le long des molécules d'ARNm et catalysent l'assemblage des acides aminés dans les chambres à protéines. (CBSE en dehors de Delhi 2019)
Réponse:
Rôle des ribosomes : Les ribosomes forment généralement des groupes linéaires ou hélicoïdaux lors de la synthèse active des protéines, appelés polyribosomes ou polysomes. Le brin d'ARNm ayant des informations codées se joint à de plus petites sous-unités de ribosomes. Les ribosomes adjacents sont distants de 360 ​​A.

Les différentes parties du ribosome liées à la synthèse des protéines sont :

  1. Un tunnel pour l'ARNm.
  2. Un sillon pour le passage du polypeptide nouvellement synthétisé (sous-unité plus grande).
  3. Deux sites actifs (site P-peptidyle de transfert ou site donneur et site A ou site aminoacyle ou site accepteur).
  4. Un site de liaison pour l'ARNt près du site A.
  5. Présence d'enzyme peptidyl transférase.
  6. Point de reconnaissance de la sous-unité plus petite pour l'ARNm.
  7. Présence de GTP-ase, de sites de liaison pour les facteurs d'élongation et de translocases.

Question 6.
Décrire les étapes du séquençage du génome humain.
Réponse:
Séquençage d'un génome.
La méthode impliquait deux approches principales :

  1. Étiquettes de séquences exprimées (EST) : elles se concentrent sur l'identification de tous les gènes exprimés sous forme d'ARN.
  2. Annotation de séquence : il s'agit simplement de séquencer l'ensemble du génome qui comprenait toutes les séquences codantes et non codantes, puis d'attribuer des fonctions à différentes régions de la séquence.

HGP a suivi la deuxième technique :

  1. L'ADN total de la cellule est isolé et converti en fragments aléatoires de tailles relativement plus petites.
  2. Ces fragments sont ensuite clonés dans des hôtes appropriés à l'aide de vecteurs spécialisés. Les hôtes couramment utilisés sont des bactéries et des levures et les vecteurs sont des chromosomes artificiels bactériens (BAC) et des chromosomes artificiels de levure (YAC).
  3. Les fragments sont ensuite séquencés à l'aide de séquences d'ADN automatisées.
  4. Les séquences ont ensuite été arrangées sur la base de certaines régions chevauchantes présentes dans celles-ci, ce qui nécessitait la génération de fragments chevauchants pour le séquençage.
  5. Ces séquences sont annotées et attribuées aux chromosomes respectifs.

Question 7.
(i) Pourquoi la molécule d'ADN est-elle un matériel génétique plus stable que l'ARN ? Expliquer.
Réponse:
Il existe maintenant suffisamment de preuves pour suggérer que les processus vitaux essentiels (tels que le métabolisme, la traduction, l'épissage, etc.) tournaient autour de l'ARN. L'ARN agissait comme un matériel génétique ainsi qu'un catalyseur (il existe certaines réactions biochimiques importantes dans les systèmes vivants qui sont catalysées par l'ARN catalyseur et non par des enzymes protéiques). Mais, l'ARN étant un catalyseur était réactif et donc instable. Par conséquent, l'ADN a évolué à partir de l'ARN avec des modifications chimiques qui le rendent plus stable. L'ADN étant double brin et ayant des brins complémentaires, résiste davantage aux changements en développant un processus de réparation.

(ii) « non ambiguë », « dégénérée » et « universelle » sont quelques-unes des caractéristiques saillantes du code génétique. Expliquer. (CBSE 2008, 2011, Delhi 2014, 2016)
Réponse:
Sans ambiguïté : chaque codon code pour un acide aminé, aucun pour plus d'un.

Dégénéré: Un acide aminé a souvent plus d'un codon triplet, seule la méthionine et le tryptophane ont un seul codon triplet.

Universel : Le code génétique est universel. Un codon donné dans l'ADN et l'ARN m spécifie le même acide aminé dans tous les organismes, des virus, des bactéries aux êtres humains.

Question 8.
Expliquer le rôle de l'ARNt dans l'initiation de la synthèse des protéines. (CBSE 2012)
Réponse:
Rôle de l'ARNt' dans l'initiation de la synthèse des protéines :

  1. L'ARNt est une molécule adaptatrice qui, d'une part, se lierait à un acide aminé spécifique.
  2. L'ARNt est alors appelé sRNA (soluble RNA).
  3. L'ARNt a une boucle d'anticodon qui a des bases complémentaires au code.
  4. Il a une extrémité accepteur d'acide aminé à laquelle il se lie à un acide aminé.
  5. Les ARNt sont spécifiques à chaque acide aminé.
  6. Pour l'initiation, il existe un autre ARNt, appelé ARNt initiateur.
  7. Les acides aminés sont activés en présence d'ATP et joints à leur ARNt correspondant, cela s'appelle charge de l'ARNt ou aminoacylation de l'ARNt.
  8. Deux de ces ARNt chargés sont rapprochés et la formation d'une liaison peptidique se produit.

Question 9.
Énumérez les critères qui peuvent servir de matériel génétique doit remplir. Lequel des critères est le mieux rempli par l'ADN ou l'ARN, faisant ainsi de l'un d'eux un meilleur matériel génétique ? Expliquer. (CBSE (Delhi) 2016)
Réponse:
Exigences essentielles du matériel génétique :

  1. Un matériel génétique doit être capable de stocker et d'exprimer des informations pour conférer les caractères héréditaires des organismes vivants.
  2. Il devrait être capable de faire sa propre réplique.
  3. Le matériel génétique devrait également avoir le mécanisme pour subir des mutations qui généreront des variations.

Question 10.
Un petit tronçon de brin d'ADN qui code pour un polypeptide est présenté ci-dessous :
3'— — — — CAT CAT AGA TGA AAC — — — — 5'
(a) Quel type de mutation a pu se produire dans chaque type, entraînant les erreurs suivantes lors de la réplication de la séquence d'origine ci-dessus ?
(i) 3' … … … … CAT CAT AGA TGA ATC … … … 5'
Réponse:
Une mutation ponctuelle (substitution d'une seule base)

(ii) 3' … … … … CAT ATA GAT GAA AC … … … 5'
Réponse:
Une mutation ponctuelle (délétion d'une seule base)

(b) Combien d'acides aminés seront traduits à partir de chacun des brins (i) et (ii) ci-dessus ? (Exemple de papier CBSE 2019-20)
Réponse:
(i) 4 acides aminés
(ii) 4 acides aminés

Question 11.
(i) Dans le génome humain, lequel des chromosomes a le plus de gènes et lequel en a le moins ?
Réponse:
Le chromosome 1 a le plus de gènes (2968) et le chromosome Y a le moins de gène (231).

(ii) Les scientifiques ont identifié environ 1,4 million de polymorphes de nucléotides simples dans le génome humain. Comment l'information de leur existence va-t-elle aider les scientifiques ? (CBSE2009)
Réponse:
Cette information promet de révolutionner les processus de recherche de l'emplacement chromosomique des séquences associées à la maladie et de traçage de l'histoire humaine.

Question 12.
Décrire la structure d'une chaîne polynucléotidique d'ARN ayant quatre types différents de nucléotides. (CBSE Delhi 2013, 2019)
Réponse:


ARN polynucléotide

  1. L'ARN est formé de polynucléotides de la série des riboses.
  2. Chaque nucléotide est formé d'une base azotée, de sucre ribose (pentose) et d'acide phosphorique.
  3. Il existe deux types de bases azotées : les purines et les pyrimidines.
  4. L'adénine (A) et la guanine (G) sont des purines.
  5. La cytosine (C) et l'uracile (U) sont des pyrimidines.
  6. La base azotée est liée au sucre pentose par une liaison N-glycosidique pour former un nucléoside.
  7. Lorsqu'un groupe phosphate est lié à 5′ -OH d'un nucléoside par l'intermédiaire d'une liaison phosphodiester, il se forme ainsi un nucléotide.
  8. Les nucléotides de la série des riboses présents sont l'AMP, le GMP, le CMP et l'UMP.
  9. Deux nucléotides sont liés par une liaison phosphodiester 3 - 8242 - 5 - 8242 pour former des dinucléotides.
  10. Davantage de nucléotides peuvent être joints de manière à former une chaîne polynucléotidique.

Question 13.
Décrire le processus d'initiation de la transcription chez les bactéries. (CBSE 2010, 2016, 2019)
Réponse:
Initiation de la transcription chez les bactéries :

  1. Le processus de copie d'informations génétiques à partir de brins antisens ou matrices d'ADN en ARN est appelé transcription.
  2. Le segment d'ADN qui participe à la transcription est appelé unité de transcription. Il a trois composants
    (a) un promoteur,
    (b) le gène de structure et
    (c) un terminateur.
  3. Le gène de structure est composé de ce brin d'ADN qui a une polarité 3′ → 5′ car la transcription ne peut se produire que dans la direction 5′ → 3′.
  4. La transcription nécessite une ARN polymérase dépendante de l'ADN et un facteur d'initiation.
  5. Les bactéries n'ont qu'un seul type d'ARN polymérase qui transcrit les trois types d'ARN.
  6. Les ribonucléotides de la série ribose sont activés par phosphorylation (ATP, GTP, CTP, UTP).
  7. La transcription commence sur le site d'initiation. Un promoteur a un site de reconnaissance d'ARN polymérase et il se lie au site spécifique.
  8. Les enzymes nécessaires au déroulement de la chaîne sont des protéines de liaison déroulées et simple brin.
  9. Les nucléotides sont ajoutés selon la règle d'appariement des bases.

Question 14.
Énoncer le rôle des VNTR dans les empreintes génétiques. (CBSE en dehors de Delhi 2013)
Réponse:
Rôle du nombre variable de répétitions en tandem (VNTR) Les répétitions courtes de nucléotides dans l'ADN sont très spécifiques à chaque individu et varient en nombre d'une personne à l'autre, mais sont héritées. Ce sont les « répétitions en tandem à nombre variable » (VNTR). On les appelle aussi « minisatellites ». Chaque individu hérite de ces répétitions de ses parents qui sont utilisées comme marqueurs génétiques dans un test d'identité personnelle.

Par exemple, un enfant pourrait hériter d'un chromosome avec six répétitions en tandem de la mère et le même tandem répété quatre fois dans le chromosome homologue hérité du père. La moitié des allèles VNTR de l'enfant ressemble à celle de la mère et la moitié à celle du père.

Question 15.
(i) Énumérez les deux méthodologies qui ont été impliquées dans le projet du génome humain. Mentionnez comment ils ont été utilisés.
Réponse:
(a) Étiquettes de séquences exprimées (EST) : cette méthode se concentre sur l'identification de tous les gènes qui sont exprimés sous forme d'ARN.
(b) Annotation de séquence : il s'agit d'une méthode consistant simplement à séquencer l'ensemble du génome qui contient toutes les séquences codantes et non codantes, puis à attribuer des fonctions à différentes régions de la séquence.

(ii) Développez « YAC » et indiquez à quoi il a été utilisé. (CBSE Delhi 2017)
Réponse:
« YAC » est une forme abrégée de « chromosome artificiel de levure ». Il est utilisé comme vecteur de clonage pour cloner des fragments d'ADN dans un hôte approprié afin que le séquençage de l'ADN puisse être effectué.

Question 16.
Résumez le processus par lequel la séquence des bases d'ADN dans le projet du génome humain a été déterminée à l'aide de la méthode développée par Frederick Sanger. Nommez un nématode non pathogène vivant en liberté dont l'ADN a été complètement séquencé. (Exemple de papier CBSE 2019-20)
Réponse:
(a) La stratégie HGP :

(b) Chromosome 1
(c) Caenorhabditis elegans

Question 17.
Pourquoi une molécule d'ADN est-elle considérée comme un meilleur matériel héréditaire qu'une molécule d'ARN ? (CBSE Delhi 2018C
Réponse:
L'ADN est le meilleur matériel héréditaire par rapport à l'ARN en raison des caractéristiques suivantes :

  1. La molécule d'ADN est plus stable que l'ARN (car la thymine est présente ici au lieu de l'uracile trouvé dans l'ARN).
  2. L'ADN est moins réactif que l'ARN (a- n'a pas de groupe 2' OH wl rend l'ARN très réactif).
  3. Puisque l'ADN est moins réactif, il n'est donc pas facilement dégradable.
  4. Les chances de mutation sont moindres. par rapport à l'ARN.

Question 18.
Nommez les trois ARN polymérases présentes dans les cellules eucaryotes et mentionnez leurs fonctions. (CBSE Delhi 2018C)
Réponse:

  • ARN polymérase I – Il transcrit les ARN ribosomiques (ARNr 28S, 18S, 5.8S)
  • ARN polymérase II – Il transcrit les précurseurs de l'ARNm – ARN nucléaire hétérogène (hnRNA)
  • ARN polymérase III – Il transcrit l'ARN de transfert (ARNt), le 5SrRNA et les petits ARN nucléaires (snRNA)

Question 19.
Expliquez les modifications post-transcriptionnelles que subit l'ARN-hn dans les cellules eucaryotes. (CBSE Delhi 2018C)
Réponse:
Chez les eucaryotes, le transcrit primaire n'est pas fonctionnel en raison de la présence d'exons et d'introns. Il nécessite donc certaines modifications pour le rendre fonctionnel. Tout d'abord, les introns sont supprimés et les exons restants sont réunis dans l'ordre par le processus appelé épissage.

Ensuite, le hnRNA subit un coiffage suivi d'une queue. Lors du coiffage, du méthyl guanosine triphosphate est ajouté à l'extrémité 5 'de l'ARNn. Dans la queue, 200 à 300 résidus d'adénylate sont ajoutés à l'extrémité 3' d'une manière indépendante de la matrice. Maintenant, le hnRNA a été transformé en ARNm.

Question 20.
Quels sont les objectifs de la bioinformatique ?
Réponse:
Objectifs de la bioinformatique :

  1. Diffuser des connaissances scientifiquement étudiées au profit de la communauté des chercheurs.
  2. Transformer les séquences polymériques biologiques en séquences de symboles numériques et les stocker sous forme de bases de données.
  3. Développer une variété de méthodes et d'outils logiciels pour l'analyse des données.

Question 21.
Décrivez l'expérience de Griffith pour démontrer que l'ADN est le matériel génétique de base. Quelle explication de l'observation de Griffith a été donnée par Avery, McCarty et MacCleod ? (CBSE Delhi 2008, 2009, 2012)
Réponse:
L'expérience de Griffith démontre l'ADN comme matériel génétique. Des expériences de transformation ont été initialement menées par F. Griffith en 1928.

  1. Il a injecté un mélange de deux souches de Pneumocoque (Diplococcus pneumoniae) à des souris. L'une de ces deux souches S III était virulente et l'autre souche All était non virulente.
  2. Les bactéries de type S III, lorsqu'elles sont injectées dans des souris, provoquent une pneumonie et finalement la mort. Les bactéries de type R II lors de l'injection, aucune pneumonie ne s'est produite.
  3. Les bactéries S III, avant injection, sont tuées par chauffage. Il est ensuite injecté aux souris. Cela n'a pas causé la maladie.
  4. La chaleur a tué les bactéries S III et RII (non virulentes), lorsqu'elles sont injectées à des souris, provoquant une pneumonie. Finalement, la mort survint.

Griffith’s expérimente la transformation de démonstration dans le pneumocoque.

Ceci prouve que l'ADN des bactéries de type S III a transformé l'ADN des bactéries de type R II en type S III virulent. Ce phénomène de transfert des caractères d'une souche à une autre en utilisant un extrait d'ADN de la première est appelé transformation. Conclusion. Griffith a conclu que la virulence était transférée des cellules mortes de type S aux cellules vivantes de type R sous la forme d'une capsule (un composant d'une cellule) plutôt que des cellules entières.

Contribution d'Avery, MacCleod et MacCarty : Avery, MacCleod et McCarty ont apporté la preuve que « l'agent de transformation » est l'ADN. Ils ont réalisé les expériences avec Diplococcus et ont montré la transformation du type R-ll en type S-III. Ils ont découvert que les protéases et les RNases n'affectaient pas la transformation mais que les ADNases l'affectaient. Ainsi, ils ont apporté la preuve que le composant actif était l'ADN et non l'ARN, les protéines ou les polysaccharides.

Question 22.
Comment Hershey et Chase ont-ils fait la différence entre l'ADN et la protéine dans leur expérience tout en prouvant que l'ADN est le matériel génétique ? (CBSE 20015)
Ou
Pourquoi Hershey et Chase ont-ils utilisé 35S et 32P dans leur expérience ? Expliquer. Énoncez l'importance du mélange et de la centrifugation dans leur expérience. Écrivez la conclusion à laquelle ils sont arrivés après avoir terminé leur expérience. (CBSE 20019 C)
Ou
Hershey et Chase ont mené leur expérience en trois étapes : (a) Infection, (b) Mélange et (c) Centrifugation.
Ou
Expliquez chacune de ces étapes qui les ont aidés à prouver que l'ADN est le matériel héréditaire. (CBSE (En dehors de Delhi) 2019)
Réponse:
1. Alfred Hershey et Martha Chase (1952) ont travaillé avec des virus qui infectent des bactéries appelées bactériophages.

2. Ils ont utilisé du soufre radioactif (35S) pour identifier les protéines et le phosphore radioactif (32P) pour identifier les composants de l'acide nucléique.

3. Le bactériophage en forme de têtard s'attache à la bactérie. Son matériel génétique pénètre dans la cellule bactérienne en dissolvant la paroi cellulaire des bactéries. La cellule bactérienne traite le matériel génétique viral comme s'il lui appartenait et fabrique par la suite plus de particules virales.

4. Infection : Ils ont fait croître certains virus sur un milieu contenant du phosphore radioactif et d'autres sur un milieu contenant du soufre radioactif.


L'expérience Hershey-Chase

5. Les virus cultivés en présence de phosphore radioactif contenaient de l'ADN radioactif mais pas de protéines radioactives car l'ADN contient du phosphore mais pas les protéines. De même, les virus cultivés sur du soufre radioactif contenaient des protéines radioactives mais pas d'ADN radioactif car l'ADN ne contient pas de soufre.

6. On a laissé les phages radioactifs se fixer aux bactéries E. co/i. Ensuite, au fur et à mesure de l'infection, les couches virales ont été retirées des bactéries en les agitant dans un mélangeur. Les particules virales ont été séparées des bactéries en les faisant tourner dans une centrifugeuse.

7. Les bactéries infectées par des virus contenant de l'ADN radioactif étaient radioactives, ce qui indique que l'ADN était le matériel qui passait du virus à la bactérie.

8. Les bactéries infectées par des virus contenant des protéines radioactives n'étaient pas radioactives.

9. Cela indique que les protéines ne sont pas entrées dans les bactéries à partir des virus.

10. L'ADN est donc le matériel génétique qui passe du virus à la bactérie.

Question 23.
Énumérez les caractéristiques des molécules d'ADN.
Réponse:
Caractéristiques de la molécule d'ADN :

  1. Les deux chaînes sont enroulées en spirale autour d'un axe commun pour former une double hélice droite régulière.
  2. La double hélice a alternativement un sillon majeur et un sillon mineur.
  3. L'hélice mesure 20 pouces de large, un tour complet mesure 34 pouces de long et compte 10 paires de bases, et les paires de bases successives sont espacées de 3,4 pouces.
  4. Les deux chaînes sont complémentaires l'une de l'autre en ce qui concerne la séquence de bases.
  5. Les deux brins sont liés par hydrogène : A sur une chaîne est relié à T sur l'autre chaîne par 2 hydrogène
    liaisons C sur une chaîne est liée à G sur l'autre chaîne par 3 liaisons hydrogène.
  6. Les deux brins courent dans une direction antiparallèle.
  7. La quantité de A + G = la quantité de T + C la quantité de A = la quantité de T : la quantité de G = la quantité de C. Les groupes sucre et phosphate apparaissent en proportions égales.
  8. La molécule d'ADN est remarquablement stable en raison de la liaison hydrogène et des interactions hydrophobes.
  9. La molécule d'ADN subit facilement une dénaturation et une renaturation.
  10. Les brins d'ADN dénaturés sont hyperchromes.
  11. La molécule d'ADN peut se répliquer et se réparer, et peut également transcrire des ARN.
  12. La séquence de bases d'une chaîne sert de code génétique.
  13. L'ADN peut fonctionner in vitro.
  14. La quantité d'ADN par noyau est constante dans toutes les cellules du corps d'une espèce donnée.

Question 24.
Comment une longue molécule d'ADN est-elle ajustée dans un noyau ? (CBSE Delhi 2008)
Ou
(i) Que représente ce schéma ?
(ii) Nommez les parties A, B et C.
(iii) Chez les eucaryotes, les molécules d'ADN sont organisées au sein du noyau. Comment la molécule d'ADN s'organise-t-elle dans une cellule bactérienne en l'absence de noyau ? (CBSE 2009)

Réponse:
La distance entre deux paires de bases consécutives est de 0,34 nm (0,34 × 10-9 m). Si la longueur de la double hélice d'ADN dans une cellule de mammifère typique est calculée (simplement en multipliant le nombre total de pb par la distance entre deux pb consécutifs, c'est-à-dire 6,6 × 109 pb × 0,34 × 1 (T9 m/pb), il fait environ 2,2 mètres, une longueur bien supérieure à la dimension d'un noyau typique (environ 10-6 m).

Chez les eucaryotes, cette organisation est beaucoup plus complexe. Il existe un ensemble de protéines basiques chargées positivement appelées « histones ». Une protéine acquiert une charge en fonction de l'abondance de résidus d'acides aminés avec des chaînes latérales chargées. Les histones sont riches en résidus d'acides aminés lysines et arginines. Les deux résidus d'acides aminés portent des charges positives dans leurs chaînes latérales. Histone organisée pour former une unité de huit molécules d'histone appelée « octamère d'histone ». L'ADN chargé négativement est enroulé autour d'un octamère d'histone chargé positivement pour former une structure appelée « nucléosome ».

Un nucléosome typique contient 200 pb d'hélice d'ADN. Les nucléosomes constituent l'unité répétitive d'une structure dans le noyau appelée « chromatine », des corps tachés (colorés) en forme de fil observés dans le noyau. Les nucléosomes de la chromatine sont considérés comme une structure de « perles sur chaîne » lorsqu'ils sont observés au microscope électronique (EM).
Ou
(i) Nucléosome

(iii) Organisation de la molécule d'ADN dans les bactéries. Chez les procaryotes comme les bactéries dépourvues de noyau, l'ADN n'est pas dispersé. L'ADN chargé négativement se lie à des protéines chargées positivement dans une région appelée nucléoïde.

Question 25.
Décrivez brièvement le mécanisme de réplication de l'ADN. (CBSE (Delhi) 2019)
Ou
Dessinez un diagramme étiqueté de la fourche de réplication. (CBSE 2011)
Ou
Dessinez un croquis étiqueté soigné de la fourche de réplication de l'ADN.
Ou
(a) Pourquoi la réplication de l'ADN se produit-elle dans une fourche de réplication et non sur toute sa longueur simultanément ?
(b) "La réplication de l'ADN est continue et s'arrête sur les deux brins de la fourche de réplication." Donne des raisons. (CBSE (En dehors de Delhi) 2019)
Réponse:
Mécanisme de réplication de l'ADN. Watson et Crick, tout en expliquant leur modèle de structure de l'ADN, ont suggéré le mécanisme semi-conservateur de sa réplication. La qualité et la quantité d'ADN dans les cellules mères et filles doivent être les mêmes.

La réplication est l'une des propriétés les plus importantes de l'ADN et constitue la base même de la vie :
1. La réplication a lieu pendant la phase S de l'interphase entre deux cycles mitotiques.

2. La réplication est un processus semi-conservateur dans lequel chacune des deux doubles hélices formées à partir du double brin parent a un ancien et un nouveau brin. La réplication de réparation n'est pas conservatrice.

3. La réplication de l'ADN nécessite une matrice d'ADN, une amorce, des désoxyribonucléosides triphosphates (dATP, dGTP, dTTP, dCTP), Mg++, une protéine de déroulement de l'ADN, une protéine de relaxation superhélicoïdale, une ARN polymérase modifiée pour synthétiser l'amorce d'ARN, une polynucléotide ligase de jonction, une enzyme .

4. Watson et Crick ont ​​suggéré que les deux brins de molécules d'ADN se déroulent et se séparent, et chaque brin sert de matrice pour la synthèse d'un nouveau brin à côté de lui.

5. La séquence de bases qui devraient être présentes dans les nouveaux brins peut être facilement prédite car elles seraient complémentaires des bases présentes dans les anciens brins. A s'appariera avec T, T avec A, C avec G et G avec C.

6. Ainsi, deux molécules filles sont formées à partir de la molécule mère et elles sont identiques à la molécule mère.

7. Chaque molécule d'ADN fille se compose d'un ancien brin (parent) et d'un nouveau brin.

Synthèse continue et discontinue d'ADN.

8. Étant donné qu'un seul brin parent est conservé dans chaque molécule fille, ce mode de réplication est dit semi-conservateur.

9. Dans un brin, la réplication a lieu de manière discontinue et de courts morceaux appelés fragments d'Okazaki sont synthétisés. Un brin peut synthétiser un brin continu et l'autre des fragments d'Okazaki. Les deux nouveaux brins sont synthétisés dans le sens 5' → 3'. Ainsi, un brin est synthétisé vers l'avant et l'autre vers l'arrière.

10. Les morceaux d'Okazaki sont reliés par une polynucléotide ligase, une enzyme de liaison, pour former des brins continus.

Question 26.
Fournir des preuves expérimentales du mode semi-conservateur de réplication de l'ADN. (CBSE 2008 (En dehors de Delhi) 2012, 2016, 2019 C)
Réponse:
Meselson et Stahl (1958) ont prouvé expérimentalement que la réplication de l'ADN est semi-conservatrice.

  1. La bactérie E. coli a été cultivée pendant de nombreuses générations dans un milieu de culture dans lequel la source d'azote contenait l'isotope lourd N 15 ainsi le marquage de l'ADN bactérien a été effectué.
  2. Plus tard, ces bactéries ont été cultivées dans l'isotope N 14 non radioactif.
  3. L'ADN a été analysé pour déterminer la distribution de la radioactivité.
  4. L'expérience a montré qu'un brin de chaque molécule d'ADN fille était radioactif alors que l'autre n'était pas radioactif.
  5. Lors de la seconde réplication dans le milieu N 14, les brins radioactifs et non radioactifs se sont séparés et ont servi de matrice pour la synthèse des brins non radioactifs.
  6. Sur quatre molécules d'ADN, deux sont totalement non radioactives et les deux autres ont la moitié de la molécule non radioactive.
  7. Cette preuve montre que la réplication de l'ADN est semi-conservatrice.
  8. Cette preuve biochimique a été appuyée par l'observation cytologique directe de la duplication de l'ADN d'E. coli.

Question 27.
(i) Énoncez le « dogme central » tel que proposé par Francis Crick. Y a-t-il des exceptions? Soutenez votre réponse par une raison et un exemple.
Réponse:
Francis Crick a proposé le dogme central en biologie moléculaire, qui stipule que l'information génétique

Dogme central
Dans certains virus, le dogme central est vu dans le sens inverse, c'est-à-dire de l'ARN à l'ADN car l'ARN est le principal matériel génétique. Exemple : rétrovirus (VIH) et le processus est la transcription inverse.

(ii) Expliquez comment la caractérisation biochimique (nature) du « Principe de transformation » a été déterminée, ce qui n'a pas été défini à partir des expériences de Griffith. (CBSE Delhi 2018)
Réponse:
Principe transformateur : En 1928, Frederick Griffith, dans une série d'expériences avec Streptococcus pneumonia qui est une bactérie responsable de pneumonie, assista à une transformation miraculeuse de la bactérie. Au cours de l'expérience, un organisme vivant (une bactérie) a changé de forme physique. Il a conclu que les bactéries de la souche R avaient été transformées d'une manière ou d'une autre par les bactéries de la souche S tuées par la chaleur.

Certains « principes de transformation », transférés de la souche S tuée par la chaleur, avaient permis à la souche R de synthétiser une couche de polysaccharide lisse et de devenir virulente. Cela doit être dû au transfert du matériel génétique. Cependant, la nature biochimique du matériel génétique n'a pas été définie à partir de ses expériences.

Oswald Avery, Colin MacLeod et Maclyn McCarty ont travaillé pour déterminer la nature biochimique du «principe de transformation» dans l'expérience de Griffith. Ils ont purifié les produits biochimiques (protéines, ADN, ARN, etc.) des cellules S tuées par la chaleur pour voir lesquelles pourraient transformer des cellules R vivantes en cellules S. Ils ont découvert que l'ADN seul des bactéries S provoquait la transformation des bactéries R.

Ils ont également découvert que les enzymes digérant les protéines (protéases) et les enzymes digérant l'ARN (RNases) n'affectaient pas la transformation, de sorte que la substance transformante n'était pas une protéine ou un ARN. La digestion avec la DNase a inhibé la transformation, suggérant que l'ADN a causé la transformation. Ils ont conclu que l'ADN est le matériel héréditaire, mais tous les biologistes n'étaient pas convaincus.

Question 28.
(a) Écrivez les contributions des scientifiques suivants au déchiffrement du code génétique : George Gamow Hargobind Khorana Marshall Nirenberg Severo Ochoa.
Réponse:
Contributions des scientifiques :

  1. George Gamow : Il a suggéré que pour coder les 20 acides aminés, le code devrait être composé de trois nucléotides. Il a prouvé que le codon est un triplet.
  2. Hargobind Khorana : Il a fourni la preuve expérimentale que le codon génétique est toujours un triplet. Il a été capable de synthétiser des molécules d'ARN avec une combinaison définie de bases (homopolymères et copolymères)
  3. Marshall Nirenberg : Il a préparé un système acellulaire pour la synthèse des protéines et a finalement déchiffré le code génétique.
  4. Ochoa sévère : Il a établi que l'enzyme polynucléotide phosphorylase était utile dans la synthèse d'ARN avec une séquence définie d'une manière indépendante de la matrice.

(b) Énoncer l'importance d'un code génétique dans la biosynthèse des protéines. (CBSE Delhi 2019)
Réponse:
Importance du code génétique : Le code génétique code pour un acide aminé spécifique requis pour la synthèse des protéines. (CBSE en dehors de Delhi 2018)

Question 29.
Expliquez la traduction en détail.
Ou
Expliquez le processus de chargement de l'ARNt.
Réponse:
Traduction : Au cours du processus de traduction, les protéines sont fabriquées par les ribosomes sur le brin d'ARNm :
Les principales étapes sont :

Synthèse continue et discontinue d'ADN :

  1. Activation de l'acide aminé.
  2. Transfert d'acide aminé activé à l'ARNt.
  3. Initiation de la synthèse.
  4. Allongement d'une chaîne polypeptidique.
  5. Fin d'une chaîne.

Question 30.
Expliquer les étapes de la prise d'empreintes génétiques. (CBSE 2009)
Réponse:
Étapes de la prise d'empreintes génétiques :
Les étapes/procédure de la prise d'empreintes génétiques sont les suivantes :

  1. Extraction : l'ADN est extrait des cellules dans une centrifugeuse réfrigérée à grande vitesse.
  2. Amplification : De nombreuses copies de l'ADN extrait sont produites par une réaction en chaîne par polymérase.
  3. Digestion de restriction: L'ADN est coupé en fragments avec des enzymes de restriction en séquences reproductibles précises.
  4. Séparation des séquences d'ADN/fragments de restriction : les fragments d'ADN coupés sont introduits et passés à travers une installation d'électrophorèse contenant un gel polymère d'agarose. Les fragments séparés peuvent être visualisés en les colorant avec un colorant qui montre une fluorescence sous rayonnement ultraviolet.

    Lac opéron
  5. Southern Blot : Les séquences d'ADN séparées sont transférées sur une membrane de nitrocellulose ou de nylon.
  6. Hybridation : La membrane de nylon est immergée dans un bain et des sondes radioactives (segments d'ADN de séquence connue) sont ajoutées : ces sondes ciblent une séquence nucléotidique spécifique qui leur est complémentaire.
  7. Autoradiographie : La membrane en nylon est pressée sur un film radiographique et des bandes sombres se développent au niveau des sites de sonde.

Question 31.
Quel est l'inducteur dans l'opéron lac? Comment assure-t-il la « mise en marche » des gènes ?
(i) Dessinez une représentation schématique de l'opéron Lac.
Réponse:
Inducteur. Il s'agit d'un produit chimique qui peut être un substrat, une hormone ou un autre métabolite qui, après être entré en contact avec le répresseur, fait passer ce dernier à l'état de non-liaison à l'ADN afin de libérer le gène opérateur. Ainsi, le « switch on » se produit.

(ii) Expliquez comment cet opéron est activé ou désactivé.
Réponse:
L'expression des gènes est généralement contrôlée pour obtenir une économie cellulaire maximale.Cela signifie que le gène sera activé ou désactivé selon les besoins. Un ensemble de gènes sera activé lorsqu'il sera nécessaire de manipuler et de métaboliser un nouveau substrat. Lorsque ces gènes sont activés, des enzymes sont produites, qui métabolisent le nouveau substrat. Le phénomène est connu sous le nom d'induction.

(iii) Quel est le rôle d'un gène régulateur ? (CBSE Delhi 2012, 2019 C)
Réponse:
Rôle du gène régulateur dans un opéron lac : Il synthétise une protéine biochimique ou régulatrice qui peut agir positivement comme activateur et négativement comme répresseur. Il contrôle l'activité du gène opérateur.

Question 32.
(i) Décrire la structure et la fonction d'une molécule d'ARNt. Pourquoi l'appelle-t-on molécule adaptatrice ?
Réponse:
L'ARNt (ARN de transfert) lit le code génétique d'une part et transfère les acides aminés d'autre part. Elle a donc été appelée molécule adaptatrice par Francis Crick. On l'appelle aussi ARN soluble (SRNA).

Remarque : Pour la figure, veuillez consulter la réponse de Q. no. 11 questions de type réponse courte. La structure secondaire de l'ARNt ressemble à une feuille de trèfle, mais la structure 3-D est en forme de L inversé. L'ARNt a cinq bras ou boucles :

  • Boucle Anticodon : Elle a des bases complémentaires au code.
  • Fin accepteur d'acide aminé: L'acide aminé s'y lie.
  • Boucle en T : Elle aide à se lier aux ribosomes.
  • Boucle D : Elle aide à lier l'aminoacyl synthétase.
  • Boucle variable : Sa fonction n'est pas connue.

(ii) Expliquer le processus d'épissage de l'ARN-hn dans une cellule eucaryote. (CBSE Delhi 2017)
Réponse:
Le transcrit primaire formé chez les eucaryotes est non fonctionnel, contenant à la fois l'exon de la région codante et l'intron de la région non codante dans l'ARN et sont appelés ARN hétérogène ou hn-ARN. L'ARN-hn subit un processus dans lequel les introns sont retirés et les exons sont joints pour former l'ARNm par le processus appelé épissage.

Question 33.
(i) Pourquoi la réplication se produit-elle dans de petites fourches de réplication et non sur des longueurs entières ?
Réponse:
La réplication se produit dans une petite ouverture d'une hélice d'ADN appelée fourches de réplication pour les molécules d'ADN très longues. La raison en est que dans le cas de longues molécules d'ADN, les deux brins d'ADN ne peuvent pas être séparés sur toute leur longueur en raison d'une demande d'énergie très élevée.

(ii) Pourquoi la réplication de l'ADN est-elle continue et discontinue dans une fourche de réplication ?
Réponse:
L'ADN polymérase dépendante de l'ADN catalyse la polymérisation de l'ADN dans un seul sens, c'est-à-dire 5′ → 3′. Les brins d'ADN sont antiparallèles et ont une polarité opposée. Ainsi, sur le brin modèle de polarité 3′ → 5′, la réplication de l'ADN est continue en blanc sur le brin modèle de polarité 5′ → 3′ la réplication est discontinue.

(iii) Énoncer l'importance de l'origine de réplication dans une fourche de réplication. (CBSE Delhi 2018C)
Réponse:
La réplication ne peut pas commencer au hasard à n'importe quel point de l'ADN. Il nécessite une région définie de séquences d'où provient la réplication. Ce site est appelé l'origine de réplication.

Question 34.
Comparez les processus de réplication et de transcription de l'ADN chez les procaryotes. (CBSE Delhi 2019C)
Réponse:

Réplication Transcription
(i) C'est une synthèse d'ADN à partir d'ADN. (i) C'est une synthèse d'ARN à partir d'ADN.
(ii) Les deux brins participent à la réplication. (ii) Un seul brin fonctionne comme modèle.
(iii) Il forme un ADN double brin. (iii) Il forme un ARN simple brin.
(iv) L'amorce d'ARN est essentielle pour l'initiation. (iv) Aucun apprêt n'est requis.
(v) Se produit dans la phase S du cycle cellulaire. (v) Se produit dans le G1 et G2 phases du cycle cellulaire.
(vi) Catalysé par des enzymes ADN polymérase. (vi) Catalysé par des enzymes ARN polymérase.
(vii) Les désoxyribonuctéoside triphosphates (dATP, dGTP, dCTP, dTTP) servent de matières premières. (vii) Les ribonucléosides triphosphates (ATP, GTP, CTP, UTP) servent de matières premières.
(viii) Implique le déroulement et la division de la molécule d'ADN entière (chromosome). (viii) Implique le déroulement et le fractionnement des seuls gènes qui doivent être transcrits.
(ix) Deux molécules d'ADN double brin sont formées à partir d'une molécule d'ADN. (ix) Une seule molécule d'ARN à un brin est formée à partir d'un segment d'un brin d'ADN.

Question 35.
Ecrire les différentes composantes d'un opéron lac dans E. coil. Expliquez son expression dans un état « ouvert ». (CBSE Delhi 2017, 2019 C)
Réponse:
L'opéron Lac (opéron inductible) : Le concept de l'opéron a été proposé pour la première fois en 1961 par Jacob et Monod.
Composants d'un opéron :

  1. Gènes structuraux: C'est le fragment d'ADN qui transcrit l'ARNm pour la synthèse des polypeptides.
  2. Promoteur: C'est la séquence d'ADN où l'ARN polymérase se lie et initie la transcription.
  3. Opérateur : C'est la séquence d'ADN adjacente au promoteur.
  4. Gène régulateur : C'est le gène qui code pour la protéine répresseur qui se lie à l'opérateur grâce auquel l'opéron est désactivé.
  5. Inducteur : le lactose est un inducteur qui aide à « allumer » un opéron. L'opéron Lac se compose de trois gènes de structure (z, y, a), opérateur (o), promoteur (p), gène régulateur (r).

(une)

(b)

  • Codes gène z pour la p-galactosidase
  • Codes gène y pour la perméase.
  • Le gène code pour les enzymes transacétylase. Lorsque le lactose est absent :

Lorsque le lactose est absent, c'est-à-dire que le gène produit une protéine répresseur.

Cette protéine répresseur se lie à l'opérateur et, par conséquent, empêche l'ARN polymérase de se lier à l'opéron, et l'opéron est désactivé.

  • Le lactose agit comme un inducteur qui se lie au répresseur et forme un répresseur inactif.
  • Le répresseur ne peut pas se lier à l'opérateur.
  • Maintenant, l'ARN polymérase se lie à l'opérateur et transcrit l'ARNm lac.
  • L'ARNm de Lac est polycistronique, c'est-à-dire qu'il produit les trois enzymes p-galactosidase, perméase et transacétylase.
  • L'opéron lac est activé.

Question 36.
Qu'est-ce que le projet du génome humain (HGP) ? Écrivez les caractéristiques principales du projet de génome humain.
Réponse:
Projet du génome humain. C'est un méga projet impliquant beaucoup d'argent, les techniques les plus avancées, de nombreux ordinateurs et des scientifiques au travail. On peut imaginer l'ampleur du projet que si le coût de séquençage d'un pb est de 3 dollars, un séquençage de 3 × 109 pb serait d'un milliard de dollars. Si les données doivent être stockées dans des livres, chaque livre ayant 1 000 pages et chaque page avec 1 000 lettres, quelque 3 300 livres seront nécessaires. Ici, les bases de données bioinformatiques et d'autres dispositifs informatiques à grande vitesse ont contribué à l'analyse, au stockage et à la récupération d'informations.

Caractéristiques principales du génome humain :

  1. Le génome humain contient 3164,7 millions de nucléotides (paires de bases).
  2. La taille des gènes varie, un gène moyen se compose de 3000 bases, tandis que le plus grand gène, la dystrophine, se compose de 2,4 millions de bases.
  3. Le nombre total de gènes est estimé à 30 000 et 99,9 % des nucléotides sont les mêmes chez l'homme.
  4. Les fonctions de plus de 50 % des gènes découverts ne sont pas connues.
  5. Seulement moins de 2% du génome code pour les protéines.
  6. Les segments répétitifs constituaient une grande partie du génome humain.
  7. Les séquences répétitives éclairent la structure, la dynamique et l'évolution des chromosomes, bien qu'on pense qu'elles n'ont pas de fonctions de codage directes.
  8. (Le chromosome 1 a 2968 gènes et le chromosome Y en a le moins (231 gènes).
  9. Les scientifiques ont identifié environ 1,4 million d'emplacements, où l'ADN diffère en une seule base chez les êtres humains. Ceux-ci sont appelés polymorphismes nucléotidiques simples (SNP).
  10. Les séquences répétées constituent une grande partie du génome humain.

RépLication unidirectionnelle

Réplication bidirectionnelle

Le flux d'informations génétiques.

Transcription chez les eucaryotes


« Problème de longueur de Flory » : les processus de polymérisation produisent principalement des chaînes courtes

Les expériences de polymérisation prébiotique produisent rarement de longues chaînes. Il est généralement admis que les protéines prébiotiques ou les acides nucléiques qui ont initié la transition vers la biologie doivent avoir une longueur d'au moins 30 à 60 monomères (25). Les acides aminés et les nucléotides peuvent polymériser dans des conditions prébiotiques sans enzymes, mais ils produisent principalement des chaînes courtes (26 ⇓ ⇓ ⇓ –30). Léman et al. (29) ont montré que le sulfure de carbonyle, un simple gaz volcanique, provoque la formation d'oligopeptides à partir d'acides aminés dans des conditions douces en solution aqueuse en quelques minutes à quelques heures. Cependant, les produits sont principalement des dimères et des trimères. Des chaînes plus longues peuvent parfois résulter de l'adsorption sur des argiles (31, 32) ou des minéraux (33, 34), de l'évaporation des bassins de marée (35), de la concentration dans la glace par la fonte eutectique (36), ou du gel (37) ou de la température cyclisme. Même ainsi, les extensions de longueur de chaîne sont modestes (38).

Par exemple, les mélanges de Gly et Gly2 croître à environ 6-mers après 14 jours (39, 40) sur des catalyseurs minéraux, tels que la montmorillonite de calcium, l'hectorite, la silice ou l'alumine. Ou, dans les expériences de Kanavarioti et al. (36), des polymères d'oligouridylates sont trouvés jusqu'à des longueurs de 11 bases de long, avec une longueur moyenne de 4 après que des échantillons d'uridine activée par phosphoimidazolide aient été congelés en présence d'ions métalliques dans des solutions diluées. Des résultats similaires sont trouvés dans d'autres polymères : un mécanisme prébiotiquement plausible produit des oligomères ayant une combinaison de liaisons ester et amide jusqu'à la longueur 14 (38).

Il est curieux de savoir comment les processus prébiotiques ont pu surmonter ce que nous appelons le problème de longueur de Flory (c'est-à-dire la tendance de tout processus de polymérisation à produire une distribution dans laquelle il y a plus de chaînes courtes et moins de chaînes longues). Les mécanismes de polymérisation standard conduisent à la distribution de Flory ou Flory-Schulz des populations f ( l ) , où les chaînes courtes sont exponentiellement plus peuplées que les chaînes plus longues (41): f ( l ) = a 2 l ( 1 − a ) l − 1 , [1] où l est la longueur de chaîne et a est la probabilité que toute addition de monomère soit une terminaison de chaîne. La longueur de chaîne moyenne est donnée par ⟨ l ⟩ = a ( 2 − a ) (Fig. 1UNE).

Les processus de polymérisation conduisent à des chaînes principalement courtes. (UNE) Les processus de polymérisation spontanée conduisent généralement à une distribution Flory des longueurs de chaîne. La ligne verte donne ⟨ l ⟩ = 6 , et la ligne bleue correspond à ⟨ l ⟩ = 2 (B) Distributions ajustées à partir d'expériences sur la polymérisation prébiotique : rouge, Kanavarioti et al. (36) cyan, Ding et al. (46) magenta, Ferris (47).

On pense que les concentrations de monomères prébiotiques étaient de l'ordre du micromolaire au millimolaire (36, 42 ⇓ ⇓ –45). Étant donné les concentrations micromolaires de monomères et étant donné l ⟩ = 2 , la concentration de 40-mers serait ≈ 10 − 19 mol/L. Fig. 1B montre que, là où les distributions de longueur de chaîne sont connues pour les synthèses prébiotiques, elles sont bien ajustées par la distribution de Flory [ou loi exponentielle f ( l ) ∝ constante l ] (16, 19).


Recherche de charge sur les acides aminés dans la préparation des calculs de point isoélectrique

Alors que nous avons commencé par analyser indépendamment l'acide acétique et la méthylamine, le même concept s'applique lors de l'analyse des groupes amino et carboxyle sur un acide aminé. La clé est de s'attaquer à chaque chaîne latérale acide/base individuellement pour déterminer sa charge, puis d'analyser la molécule dans son ensemble, et ENFIN la somme des charges pour une charge nette globale.

La clé pour comprendre le point isoélectrique est de comprendre comment trouver la charge à n'importe quel pH, y compris lorsque la charge nette est nulle.

Pour calculer la charge en acides aminés, nous devons prendre en compte le groupe amino du squelette, le groupe carboxyle du squelette et la chaîne latérale acide/base potentielle ou le groupe variable. (les voir tous ici)

Commençons par l'acide aminé le plus simple, la glycine. Avec juste un hydrogène à la place de son groupe variable, nous n'avons que l'épine dorsale à examiner.

Lorsque nous analysons la structure de la glycine à différents niveaux de pH, nous ne voyons que deux valeurs, une pour les groupes carboxyle et amino, sur le tableau pKa des acides aminés.

Puisque pKa se rapporte à une constante d'équilibre, vous aurez toujours encore une structure que le nombre de valeurs pKa par exemple, s'il y avait deux valeurs pka, on s'attendrait à trois structures.

pKa 1 représente le groupe carboxyle et pKa2 représente le groupe amine protoné.


Lorsque le pH est considérablement inférieur au pKa, nous nous attendons à ce que les deux côtés soient entièrement protonés.
Il n'y aura pas de charge au niveau du carboxy et une charge positive à l'azote pour une charge nette de +1.

Lorsque nous augmentons le pH de quelques unités au-dessus du premier pKa, et toujours bien en dessous de la deuxième valeur de pKa, le groupe carboxyle perdra son proton, cependant, le groupe amino est toujours protoné. C'est la forme zwitterion, avec un positif et un négatif à annuler.

Lorsque vous augmentez le pH bien au-dessus de la valeur aminée, l'azote perdra son proton et donc sa charge. Nous avons maintenant négatif et zéro pour une charge nette de -1.

La forme zwitterion peut exister n'importe où entre les 2 valeurs de pKa. Alors, quel est le rapport avec le point isoélectrique? Choisissons-nous au hasard une valeur ?

La réponse est non, mais examinons d'abord de plus près les valeurs de pKa.

Comme expliqué dans la vidéo tampon ci-dessus, lorsque le pH est exactement à la valeur pKa, nous avons un tampon idéal où les molécules existent en équilibre. Par exemple, si pH = 2,34, qui est le pKa du groupe carboxyle, quelle est la charge nette ?

Puisqu'il s'agit de la zone tampon carboxyle, nous aurons 50% de molécules neutres où le carboxyle est déprotoné et 50% de molécules positives où le carboxyle est protoné.

Maintenant, si nous augmentons le pH à 9,60, le pKa du groupe amino protoné, nous obtenons encore un autre tampon. Cette fois, il y a un équilibre entre le zwitterion neutre protoné et la molécule négative déprotonée à nouveau dans un rapport 50/50.

Donc, si chaque valeur de pKa nous donne une molécule neutre à 50%, et que le point isoélectrique est le pH de neutralité exacte, nous devons aller EXACTEMENT à mi-chemin entre les deux valeurs qui nous donnent 50% neutre. La première valeur nous donne 50% neutre et 50% +1. La deuxième valeur nous donne 50% neutre et 50% -1.

Le point isoélectrique est la moyenne des 2 valeurs de pKa qui ont une molécule neutre comme l'une de ses espèces d'équilibre.

Autrement dit, trouvez le pKa qui fait passer l'acide aminé de neutre à -1 (9,60 pour la glycine),
trouvez la valeur pKa qui fait passer l'acide aminé de neutre à +1 (2,34 pour la glycine), puis trouvez le point à mi-chemin ou la moyenne.


L'Institut de recherche sur la création

Lorsque le titre du journal, "La vie dans un tube à essai", est paru en 1953, la communauté évolutionniste est devenue très enthousiaste parce qu'elle considérait le travail de Stanley Miller et Harold Urey comme une preuve scientifique que la vie aurait pu être formée à partir de produits chimiques par des processus naturels aléatoires. . Dans cette expérience classique, Miller et Urey ont combiné un mélange de méthane, d'ammoniac, d'hydrogène et de vapeur d'eau et ont passé le mélange à travers une décharge électrique pour simuler la foudre. A la fin de l'expérience, les produits se sont avérés contenir quelques acides aminés. Étant donné que les acides aminés sont les maillons individuels des polymères à longue chaîne appelés protéines, et que les protéines sont importantes dans notre corps, les journaux ont rapidement rapporté qu'il existait des preuves en laboratoire qui prouvaient désormais que la vie provenait de produits chimiques.

En tant que Ph.D. Chimiste organique, je dois admettre que la formation d'acides aminés dans ces conditions est fascinante, mais il y a un problème majeur. La vie n'a jamais été formée dans cette expérience. Le produit était des acides aminés, qui sont des produits chimiques normaux de tous les jours qui ne « vivent pas ». est la preuve que la vie vient des produits chimiques. Les évolutionnistes savent que les acides aminés ne vivent pas, mais ils appellent cette preuve de toute façon parce qu'ils prétendent que les acides aminés sont les éléments constitutifs de la vie. Cette affirmation suggère que si suffisamment de blocs de construction sont présents, la vie en résulterait, mais cette conclusion n'est qu'une hypothèse et n'a jamais été démontrée. Les acides aminés peuvent être les éléments constitutifs des protéines, et les protéines sont nécessaires à la vie, mais cela ne signifie pas que les acides aminés sont les éléments constitutifs de la vie. Je pourrais aller dans un magasin de pièces automobiles et acheter chaque pièce pour construire une voiture, mais cela ne me fournit pas un véhicule à moteur fonctionnel. Tout comme il devait y avoir un assembleur pour fabriquer un véhicule en mouvement à partir de ces pièces automobiles, il devait y avoir un assembleur de ces acides aminés pour fabriquer les protéines afin que la vie puisse exister dans notre corps.

Depuis 1953, les scientifiques se demandent si la formation d'acides aminés dans ces expériences prouve l'affirmation selon laquelle la vie est issue de produits chimiques ? Beaucoup se sont demandé si cette expérience validait l'évolution ou si les preuves pointaient vers un créateur omnipotent ? Depuis 50 ans, les scientifiques se posent des questions depuis 50 ans, la discussion se termine en débat. Appelez cela de la curiosité professionnelle, mais en tant que scientifique, je me suis toujours demandé pourquoi il y avait plus de débats sur cette question que de discussions sur les faits. Puis j'ai réalisé qu'une discussion des faits conduirait inévitablement à une discussion sur le sujet de la chiralité. La chiralité est probablement l'une des meilleures preuves scientifiques que nous ayons contre l'évolution aléatoire et la chiralité détruit totalement l'affirmation selon laquelle la vie est issue de produits chimiques. De toute évidence, c'est un fait dont ils ne veulent même pas discuter.

La chiralité est un terme chimique qui signifie la maniabilité. Bien que deux molécules chimiques puissent sembler avoir les mêmes éléments et des propriétés similaires, elles peuvent toujours avoir des structures différentes. Lorsque deux molécules semblent identiques et que leurs structures ne diffèrent qu'en étant des images miroir l'une de l'autre, on dit que ces molécules ont une chiralité. Vos mains gauche et droite illustrent la chiralité. Vos mains peuvent sembler identiques, mais en réalité, elles ne sont que des images miroir l'une de l'autre, d'où le terme de latéralité. Pour cette raison, la chiralité peut exister sous forme de molécule droite ou gauche, et chaque molécule individuelle est appelée un isomère optique.

Quel est le problème de la chiralité ? Dans notre corps, les protéines et l'ADN possèdent une forme tridimensionnelle unique, et c'est à cause de cette forme tridimensionnelle que les processus biochimiques au sein de notre corps fonctionnent comme ils le font. C'est la chiralité qui donne la forme unique des protéines et de l'ADN, et sans la chiralité, les processus biochimiques de notre corps ne feraient pas leur travail. Dans notre corps, chaque acide aminé de chaque protéine se trouve avec la même chiralité gaucher. Bien que Miller et Urey aient formé des acides aminés dans leurs expériences, tous les acides aminés qui se sont formés manquaient de chiralité. C'est un fait universellement accepté de la chimie que la chiralité ne peut pas être créée dans les molécules chimiques par un processus aléatoire. Lorsqu'une réaction chimique aléatoire est utilisée pour préparer des molécules ayant une chiralité, il existe une opportunité égale de préparer l'isomère gauche et l'isomère droit. C'est un fait scientifiquement vérifiable qu'un processus aléatoire, qui forme un produit chiral, ne peut être qu'un mélange 50/50 des deux isomères optiques. Il y a aucune exception. La chiralité est une propriété que seuls quelques scientifiques reconnaîtraient comme un problème.Le fait que la chiralité manquait dans ces acides aminés n'est pas seulement un problème à débattre, cela indique un échec catastrophique selon lequel la "vie" ne peut pas provenir de produits chimiques par des processus naturels.

Regardons la chiralité dans les protéines et l'ADN. Les protéines sont des polymères d'acides aminés et chacun des acides aminés constitutifs existe sous forme d'isomère optique "L" ou gauche. Même si les isomères optiques "R" ou droitiers peuvent être synthétisés en laboratoire, cet isomère n'existe pas dans les protéines naturelles. La molécule d'ADN est composée de milliards de molécules chimiques complexes appelées nucléotides, et ces molécules de nucléotides existent sous le nom "R" ou isomère optique droitier. L'isomère "L" des nucléotides peut être préparé en laboratoire, mais ils n'existent pas dans l'ADN naturel. Il n'y a aucun moyen qu'un processus aléatoire ait pu former ces protéines et cet ADN avec leur chiralité unique.

Si les protéines et l'ADN étaient formés par hasard, chacun des composants serait un mélange 50/50 des deux isomères optiques. Ce n'est pas ce que nous voyons dans les protéines naturelles ou dans l'ADN naturel. Comment un processus naturel aléatoire peut-il créer des protéines avec des milliers de molécules « L », puis également créer de l'ADN avec des milliards de molécules « R » ? Cela ressemble-t-il au hasard ou au produit du design ? Même s'il y avait un processus magique pour introduire la chiralité, il ne créerait qu'un seul isomère. Si un tel processus existait, nous n'en savons rien ni comment il fonctionnerait. Si elle existait, comment des composés avec l'autre chiralité se sont-ils jamais formés ? Même s'il y avait deux processus magiques, un pour chaque isomère, qu'est-ce qui déterminait quel processus était utilisé et quand il était utilisé, s'il s'agissait d'un processus naturel aléatoire ? L'idée de deux processus nécessite un mécanisme de contrôle, et ce type de contrôle n'est pas possible dans un processus naturel aléatoire.

Cependant, le problème de la chiralité est encore plus profond. Au fur et à mesure que les molécules de nucléotides se réunissent pour former la structure de l'ADN, elles développent une torsion qui forme la structure en double hélice de l'ADN. L'ADN développe une torsion dans la chaîne parce que chaque composant contient de la chiralité ou de la maniabilité. C'est cette maniabilité qui donne à l'ADN la structure hélicoïdale en forme de spirale. Si une molécule dans la structure de l'ADN avait la mauvaise chiralité, l'ADN n'existerait pas sous forme de double hélice et l'ADN ne fonctionnerait pas correctement. L'ensemble du processus de réplication serait déraillé comme un train sur de mauvaises voies ferrées. Pour que l'évolution de l'ADN fonctionne, des milliards de molécules dans notre corps devraient être générées avec la configuration "R" en même temps, sans erreur. S'il est impossible pour une nucléotide soit formé avec la chiralité, combien moins probable serait-il que des milliards de nucléotides se réunissent exactement en même temps, et qu'ils soient tous formés avec la même chiralité ? Si l'évolution ne peut pas fournir un mécanisme qui forme un produit de chiralité, comment peut-elle expliquer la formation de deux produits de chiralité opposée ?

La chiralité n'est pas seulement un problème majeur pour l'évolution, c'est un dilemme. Selon l'évolution, les processus naturels doivent tout expliquer sur de longues périodes de temps. Cependant, le processus qui forme la chiralité ne peut être expliqué par les sciences naturelles dans aucun laps de temps. C'est le dilemme, soit les processus naturels ne peuvent pas tout expliquer, soit la chiralité n'existe pas.

Si vous avez des doutes sur ce qui est correct, vous êtes un exemple vivant de la réalité de la chiralité. Sans chiralité, les protéines et les enzymes ne pourraient pas faire leur travail. L'ADN ne pourrait pas du tout fonctionner. Sans protéines et ADN fonctionnant correctement, il n'y aurait pas de vie sur cette terre. La réalité de la chiralité, plus que toute autre preuve, a fait plus pour me convaincre de la réalité d'un Créateur tout-puissant. J'espère qu'il en sera de même pour vous.

Je trouve intéressant que lorsque les créationnistes commencent à parler de la création surnaturelle de Dieu, les évolutionnistes ripostent généralement en disant que tout doit être expliqué par la science naturelle et que l'intervention divine n'est pas de la science. Je trouve cette remarque extrêmement amusante. Lorsque nous leur montrons que les lois des sciences naturelles ne peuvent pas expliquer l'existence de la chiralité, les évolutionnistes disent que le processus s'est produit il y a longtemps par une méthode inconnue qu'ils ne peuvent pas expliquer. Maintenant, qui se fie à une explication surnaturelle ? Bien qu'ils n'appelleraient jamais cela une intervention divine, ils s'appuient certainement sur la foi et non sur des faits scientifiques. Evolution espère juste que vous ne connaissez pas la chimie.

Il y a un autre problème avec l'ADN et son fonctionnement dans le corps humain. Dans le cadre du processus normal de réplication de l'ADN, une enzyme descend le long du brin d'ADN afin qu'une copie du brin d'ADN puisse être produite. Lorsque l'enzyme lit la séquence de molécules le long du brin, et si un nucléotide incorrect est détecté dans le brin, il existe un mécanisme qui utilise d'autres enzymes pour couper le mauvais nucléotide et insérer le bon, réparant ainsi l'ADN.

Regardons l'ADN et ce mécanisme de réparation, s'ils ont été formés à partir de processus naturels aléatoires. Si le mécanisme de réparation a évolué en premier, à quoi sert un mécanisme de réparation si l'ADN n'a pas encore évolué ? Si l'ADN évoluait en premier, comment l'ADN saurait-il même qu'il serait mieux avec un mécanisme de réparation ? Les molécules peuvent-elles penser ? L'ADN n'est pas une molécule chimique stable, et sans mécanisme de réparation, il se détériorerait facilement par oxydation chimique et d'autres processus. Il n'existe aucun mécanisme pour expliquer comment l'ADN a pu exister pendant des millions d'années pendant que le mécanisme de réparation évoluait. L'ADN se décomposerait simplement de nouveau en écume d'étang avant que les prétendus milliards de mutations aléatoires aléatoires ne puissent jamais former le mécanisme de réparation.

Une fois que nous réalisons que la conception n'arrive pas par hasard, alors nous réalisons que l'univers entier n'est pas le produit d'un processus aléatoire, c'est le résultat d'un Créateur omnipotent qui a tout créé par sa seule Parole. J'espère que vous commencez à voir le problème. L'évolution peut vous donner une théorie qui peut sembler possible à première vue, mais lorsque la vraie science s'en mêle et que les scientifiques commencent à poser des questions, les problèmes et la fausse logique de la théorie deviennent apparents. C'est pourquoi l'évolution espère juste que vous ne connaissez pas la chimie.

* Le Dr Charles McCombs est titulaire d'un doctorat. Chimiste organique formé aux méthodes d'investigation scientifique et scientifique titulaire de 20 brevets chimiques.

Citez cet article : McCombs, C. 2004. Evolution espère que vous ne connaissez pas la chimie : le problème de la chiralité. Actes et faits. 33 (5).


L'Institut de recherche sur la création

Dans le premier article "Origin of Life: A Critique of Early Stage Chemical Evolution Theories", janvier 1976, de cette série sur l'origine des théories de la vie, suite à la discussion des problèmes impliqués dans une origine naturaliste de composés organiques relativement simples, le problème de l'origine des grosses molécules ("macromolécules"), telles que les protéines, l'ADN et l'ARN, a été introduite. Il a été souligné que l'un des obstacles insurmontables à l'accumulation de quantités importantes de ces molécules très complexes (même en supposant que l'océan était peuplé d'énormes quantités des produits chimiques nécessaires) était le fait que l'énergie est nécessaire pour former les liaisons chimiques entre les unités de ces composés à longue chaîne.

FIGURE 1.

En conséquence, il n'y a pratiquement aucune tendance à la formation de ces composés, mais, en revanche, ils ont très facilement tendance à se désagréger ou à se désintégrer. Ce qui se passe alors naturellement et spontanément, c'est que les protéines se décomposent en leurs acides aminés constitutifs, et que l'ADN et l'ARN ont tendance à se briser en fragments, et finalement en leurs groupes constitutifs - un sucre, l'acide phosphorique, les purines et les pyrimidines. Si les protéines, l'ADN, l'ARN et d'autres macromolécules complexes sont apparus sur la terre primitive hypothétique par des processus naturalistes, un mécanisme aurait dû exister pour conduire ce processus dans la direction opposée à celle qu'il tend à suivre. Ce mécanisme aurait dû être très efficace, car plusieurs milliards de tonnes de chacun des différents types de protéines, d'ADN et d'ARN auraient dû être produits pour fournir suffisamment de ces composés vitaux pour l'origine de la vie dans un océan contenant quelque part entre 35 et 350 millions de miles cubes d'eau.

Le modèle thermique de Fox

La suggestion qui a attiré plus d'attention que toutes les autres est l'idée de Sidney Fox. Fox a publié des articles sur divers aspects de sa théorie thermique dans de nombreuses revues scientifiques et dans de nombreux livres, dont quelques-uns sont répertoriés dans la bibliographie de cet article. 1-5 Un aperçu de la théorie de Fox peut être trouvé dans pratiquement tous les textes des lycées et collèges modernes sur la biologie, l'évolution et des sujets connexes. Récemment, un volume de critique a été publié en l'honneur de son 60e anniversaire. 6 Et pourtant, si quelque chose en science est certain, on peut dire que quelle que soit la manière dont la vie est apparue sur cette planète, elle n'est pas apparue selon le schéma suggéré par Fox. On ne pourrait pas être jugé trop méchant ou critique s'il qualifiait la suggestion de Fox de pseudoscience.

Fox utilise une chaleur intense comme mécanisme d'entraînement dans son modèle. Dans la démonstration en laboratoire du schéma d'origine de la vie de Fox, un mélange particulier d'acides aminés purs et secs est chauffé à environ 175 ° C (l'eau bout à 100 ° C) pendant une durée limitée (généralement environ six heures). Le chauffage intense est alors arrêté, et le produit est agité avec de l'eau chaude, et la matière insoluble est éliminée par filtration. Lorsque la solution aqueuse se refroidit, un produit précipite sous forme de globules microscopiques, que Fox appelle des microsphères protéinoïdes. L'analyse de ce matériau montre qu'il est constitué de polymères, ou de chaînes, d'acides aminés, bien que de longueurs plus courtes que celles que l'on trouve habituellement dans les protéines. Certains de ces globules ressemblent à des bactéries coccoïdes, et d'autres se gonflent et semblent superficiellement bourgeonnant de la même manière que certains micro-organismes.

Fox affirme que ses microsphères protéinoïdes constituent des protocellules (c'est-à-dire qu'elles sont presque, mais pas tout à fait, de vraies cellules) et étaient un lien vital entre l'environnement chimique primordial et les vraies cellules vivantes. Il affirme que les acides aminés dans ces polymères ne sont pas arrangés au hasard comme on pourrait s'y attendre, mais que quelques molécules de type protéine très homogènes (ayant une structure chimique identique) sont obtenues avec leurs acides aminés arrangés dans une séquence ordonnée avec précision. Il affirme en outre que ces composés possèdent des propriétés catalytiques ou enzymatiques détectables. Enfin, Fox prétend que ces microsphères se multiplient par division un peu à la manière de vraies cellules.

FIGURE 2.La réaction ci-dessus représente la formation de dipeptide, qui ne contient que deux acides aminés. La protéine moyenne contient plusieurs centaines de résidus d'acides aminés. Pour former une telle protéine, la réaction ci-dessus serait répétée plusieurs fois au fur et à mesure que les acides aminés sont ajoutés successivement à la fin de la chaîne.

Lorsqu'on lui a demandé où sur la terre primordiale un endroit pourrait être trouvé où les acides aminés auraient pu être chauffés à environ 175 ° C, Fox suggère qu'un tel endroit aurait été trouvé sur les bords des volcans. Lorsqu'il a été souligné que le chauffage à une température aussi élevée (peu de réactions se produisent à des températures bien inférieures à 175 °C) entraînerait la destruction complète des produits si le chauffage se prolonge bien au-delà de six heures, Fox suggère que la pluie pourrait se produire juste au bon moment. pour laver les produits.

Le schéma de Fox exigerait une série unique d'événements et de conditions, dont la probabilité serait si faible qu'elle pourrait être égale à zéro. Ce sont les suivants :

1. Chauffage à haute température pendant une durée limitée.

La suggestion de Fox selon laquelle la combinaison des bords des volcans et de la pluie au bon moment suffirait à produire des milliards de tonnes de ces polymères a été sévèrement critiquée même par de nombreux évolutionnistes. 7 Miller et Orgel soulignent que lorsque la lave se solidifie, la surface de la lave est à peine plus chaude que la température de l'air. En discutant de cette caractéristique du modèle de Fox, ils disent : " Une autre façon d'examiner ce problème consiste à se demander s'il existe des endroits sur la terre aujourd'hui avec des températures appropriées où nous pourrions laisser tomber, disons, 10 grammes d'un mélange d'acides aminés, et obtenir un rendement de polypeptides&hellip Nous ne pouvons pas penser à un seul tel endroit." 8 Même s'il y avait de tels endroits, ils seraient si limités en étendue, et le moment de la pluie serait si restrictif (pas beaucoup moins ni beaucoup plus de six heures à partir de le moment où le chauffage commence), que le taux de production serait très inférieur au taux de destruction par hydrolyse et autres réactions de dégradation une fois que les produits auraient été entraînés dans l'océan ou d'autres plans d'eau.

2. Le mélange réactionnel de Fox se compose uniquement (en ce qui concerne la matière organique) d'acides aminés purs.

Où diable pourrait-on trouver un mélange d'acides aminés purs ? Seulement dans le laboratoire d'un scientifique du vingtième siècle ! Selon le schéma d'évolution chimique auquel Fox et tous les autres théoriciens de l'origine de la vie souscrivent, cependant, une grande variété de composés chimiques organiques, au nombre de milliers et très probablement de dizaines de milliers, auraient été produits sur la terre primordiale. La probabilité qu'un mélange d'acides aminés purs s'accumule n'importe où, en supposant qu'ils soient produits, serait de zéro absolu. Tous les acides aminés produits seraient mélangés avec des sucres, des aldéhydes, des cétones, des acides carboxyliques, des amines, des purines, des pyrimidines et d'autres produits chimiques organiques. Le chauffage des acides aminés à presque n'importe quelle température avec un mélange de tels produits chimiques entraînerait certainement la destruction complète des acides aminés. Au-delà de tout doute, aucun polypeptide ou protéinoïde ne serait produit. Ce seul facteur élimine complètement le schéma de Fox de toute discussion rationnelle.

3. Un rapport totalement improbable d'acides aminés est requis.

Si des proportions aléatoires d'acides aminés sont chauffées, aucun produit n'est obtenu. Une proportion très élevée de l'un des acides aminés acides, les acides aspartique et glutamique, ou de l'acide aminé basique, la lysine, est requise. Généralement, environ une partie de l'un des acides aminés acides, ou une partie de la lysine, un acide aminé basique, est chauffée avec deux parties de tous les acides aminés restants combinés. Dans aucune condition naturelle, un tel rapport d'acides aminés n'existerait jamais. Dans toutes les expériences de laboratoire sur l'origine de la vie, les acides aminés produits dans les rapports les plus élevés sont la glycine et l'alanine, les plus simples de structure et donc les plus stables de tous les acides aminés. Les acides aspartique et glutamique sont généralement produits, mais en faibles proportions. Des quantités détectables de lysine sont rarement, voire jamais, produites. Encore une fois, le schéma de Fox est complètement déconnecté de la réalité.

4. La sérine et la thréonine sont principalement détruites.

Deux des acides aminés les plus courants dans les protéines sont la sérine et la thréonine. Pourtant, ils subissent de graves destructions au cours du processus de chauffage requis dans le schéma de Fox. Le produit résultant ne contient donc que des quantités mineures de sérine et de thréonine contrairement aux protéines naturelles.

5. L'affirmation selon laquelle les produits consistent en quelques polypeptides relativement homogènes ("protéinoïdes") avec des acides aminés disposés en une séquence hautement ordonnée est manifestement absurde.

Si un singe était autorisé à taper sur une machine à écrire, la séquence de la chaîne de lettres produite sur le papier serait complètement aléatoire. Le résultat serait un non-sens. Il en est ainsi des polymères produits à partir d'acides aminés, de nucléotides ou de sucres selon des procédés chimiques et physiques ordinaires. La chimie et la physique, tout comme les singes, sont des choses stupides et n'ont pas la capacité d'organiser les sous-unités dans un ordre particulier. Considérations de probabilité basées sur les réactivités relatives des groupes fonctionnels et des énergies d'activation exiger la production de structures ou de séquences aléatoires dans toutes les polymérisations impliquant des mélanges d'acides aminés, de nucléotides ou de sucres. Il a été démontré qu'en effet la polymérisation des sucres 9 et des nucléotides 10 conduit à des séquences aléatoires.

L'affirmation de Fox selon laquelle son produit consiste en des quantités relativement importantes de quelques polypeptides (les polymères d'acides aminés sont appelés polypeptides lorsque les chaînes sont plus courtes que les protéines), chacun avec les acides aminés disposés dans une séquence hautement spécifique, plutôt qu'un nombre énorme de polypeptides avec des structures aléatoires, repose sur des techniques de séparation et des analyses totalement inadéquates. Il n'y a aucune preuve valable pour montrer si oui ou non les acides aminés dans les produits de Fox sont commandés. En fait, certains de ses collègues théoriciens de l'origine de la vie accusent Fox de tromperie à cet égard. Ainsi, Miller et Orgel, concernant l'affirmation de Fox selon laquelle son produit consiste en des polypeptides non aléatoires, disent : « Ainsi, le degré de non-aléatoire des polypeptides thermiques démontré jusqu'à présent est infime comparé au non-aléatoire des protéines. Il est donc trompeur de suggérer que les polypeptides thermiques sont similaires aux protéines dans leur caractère non aléatoire." 11

Au-delà des considérations ci-dessus, il existe d'autres preuves convaincantes que le produit de Fox doit être constitué de structures aléatoires. La température élevée requise pour la réaction racémise presque complètement les acides aminés. Tous les acides aminés présents dans les protéines sauf un (la glycine est l'exception) peuvent exister sous au moins deux formes, formes dans lesquelles la disposition dans l'espace des atomes diffère. Ces formes sont désignées comme les formes D et L (parfois appelées "right-" et "left-handed"). Ils entretiennent entre eux la même relation qu'une main droite entretient avec une main gauche, chacun est une image miroir de l'autre mais non superposable. Chimiquement et physiquement, ils présentent des propriétés identiques, sauf que les solutions des deux formes font tourner la lumière polarisée dans le plan dans des directions opposées. Biologiquement, la différence est cependant énorme. Toutes les protéines d'origine naturelle contiennent exclusivement la forme L, ou "gaucher". Le remplacement d'un seul acide aminé dans une protéine par sa forme D détruit complètement toute activité biologique.

FIGURE 3.La séquence d'acides aminés de la protéine chymotrypsinogène.

La racémisation est le processus qui convertit les acides aminés D en un mélange des formes D et L, ou les acides aminés L en un mélange des formes D et L. Lorsqu'un acide aminé est complètement racémisé, il se compose de quantités égales des formes D et L. Tous les acides aminés ont tendance à racémir dans des conditions naturelles, le taux de racémisation dépendant de l'acide aminé particulier et des conditions environnementales. Le traitement brutal de chauffage des acides aminés pendant plusieurs heures à 175°C, comme mentionné ci-dessus, racémise largement les acides aminés, changeant les acides aminés des formes L en un mélange de formes L et D.

Étant donné que les formes D et L des acides aminés ont des propriétés chimiques identiques, la probabilité que la forme D soit incorporée à n'importe quel point de la chaîne est égale à la probabilité d'incorporation de la forme L. Il n'y aurait alors aucun moyen, chimiquement, de spécifier quelle forme serait incorporée à un moment donné. La séquence des deux premiers acides aminés de la chaîne pourrait ainsi être L-L, D-D, D-L ou L-D. Chacun aurait une probabilité égale. La séquence des trois premiers acides aminés, quels que soient les acides aminés particuliers, peut être L-L-L, L-L-D, L-D-L, L-D-D, D-D-D, D-D-L, D-L-D ou D-L-L. Ainsi, on peut voir que même si la séquence des trois premiers acides aminés était la même (comme, par exemple, arginine-valine-thréonine), huit structures différentes peuvent être obtenues, différences qui exerceraient une énorme influence biologiquement. En fait, sur la base de la biochimie connue, seule la forme L-L-L aurait pu avoir une signification potentielle.

Il est donc impossible que le produit de Fox soit constitué de structures spécifiques. Une séquence particulière de dix acides aminés mais constituée de mélanges des formes D et L donnerait mille structures différentes (2 10 ) et une séquence particulière de 100 acides aminés existant sous les formes D et L donnerait 10 milliards de fois 10 milliards de fois 10 milliards de structures différentes (2 100 soit environ 10 30 ). Il est évident que l'affirmation de Fox pour un degré élevé d'homogénéité, ou de non-aléatoire, dans son produit est en effet absurde.

6. Les propriétés catalytiques ou enzymatiques revendiquées pour le produit sont à peine détectables et sans rapport avec les enzymes présentes.

Les propriétés catalytiques des enzymes trouvées dans les organismes actuels sont dues à la séquence précise des acides aminés L dans ces protéines. Le produit de Fox se compose de séquences aléatoires de ces acides aminés. Toute amélioration de l'activité catalytique des acides aminés libres eux-mêmes par cette polymérisation ne serait que celle véhiculée par l'incorporation de ces acides aminés dans des polymères statistiques ou des structures chimiques non spécifiques. De plus, ces polymères sont constitués de mélanges d'acides aminés D et L. Comme mentionné précédemment, la substitution d'un seul acide aminé L par sa forme D dans une enzyme (qui peut être constituée de plusieurs centaines d'acides aminés) détruit complètement, à toutes fins utiles, sa capacité biologique, c'est-à-dire catalytique ( l'activité résiduelle, le cas échéant, est réduite au-dessous d'une quantité détectable). Une discussion plus approfondie de ce point peut être trouvée dans la monographie de Gish sur l'origine de la vie. 12 Il est probable que si Fox avait balayé la poussière sur le sol du bâtiment administratif de l'université et l'avait jetée dans son mélange d'essai, elle aurait eu autant d'activité que son protéinoïde.

7. Les microsphères protéinoïdes sont instables et sont facilement détruites.

Fox revendique un degré de stabilité assez élevé pour ses microsphères protéinoïdes, mais lui-même révèle que les microsphères contenues dans une suspension aqueuse entre les lames de microscope peuvent être facilement redissoutes en chauffant simplement les lames. 13 Stable, en effet ! De plus, la dilution d'une suspension aqueuse par ajout d'eau dissout également les microsphères.

8. La division des microsphères est due à de simples phénomènes physico-chimiques et n'a aucun rapport avec la division cellulaire par les organismes vivants.

La division cellulaire, même dans les organismes les plus simples, nécessite un processus et une machinerie incroyablement complexes, impliquant la duplication de chaque unité de la cellule avec une fidélité extrêmement élevée. En revanche, la division signalée pour les microsphères de Fox est un simple phénomène physico-chimique, comme la séparation d'une bulle de savon en deux bulles. Il n'a pas plus de signification. Comme la matière précipite de la solution sous forme de globules, et comme la quantité qui s'est accumulée dans un globule particulier dépasse une certaine quantité, des forces physico-chimiques peuvent provoquer la division du globule en deux globules. Aucune reproduction, aucune réplication d'aucune sorte n'a cependant lieu. La matière dans le premier globule serait répartie au hasard entre les deux globules de produit.

Cette discussion du schéma de Fox pour l'origine de la vie, bien qu'incomplète, a été relativement étendue. Ceci est considéré comme souhaitable, cependant, en raison de l'énorme promotion (et de l'acceptation naïve) des théories de Fox dans les textes des lycées et collèges ainsi que dans les cercles scientifiques. Le succès de Fox confirme les préjugés et les attitudes anti-scientifiques qui dominent les établissements scolaires et scientifiques par rapport à la question des origines. Tout ce qui incorpore la philosophie évolutionniste est acceptable, peu importe à quel point il n'est pas scientifique.

D'autres Modèles

D'autres suggestions ont été proposées (des critiques bonnes mais concises de celles-ci peuvent être trouvées dans l'article de Horowitz et Hubbard 7b et le livre de Miller et Orgel 7a). Ceux qui impliquent des réactions en solution aqueuse (et donc dans les océans, les lacs et tous les autres environnements aqueux) peuvent être efficacement éliminés car les réactifs à haute énergie nécessaires pour fournir l'énergie nécessaire pour former les liaisons chimiques entre les acides aminés, les nucléotides, etc. , serait rapidement détruit par l'eau. Ces réactifs sont efficaces dans les synthèses de laboratoire car les réactifs sont préparés dans des solvants non aqueux dans des conditions anhydres, et les réactions dans lesquelles ces réactifs sont utilisés sont généralement réalisées dans des conditions similaires. Cependant, il n'y a aucune possibilité que ces réactifs puissent se former sur la terre primitive.

D'autres suggestions utilisant des températures élevées dans un environnement sec, en plus de la suggestion de Fox, ont été proposées. 14 Orgel et ses collaborateurs ont publié une série d'articles, par exemple, sur la synthèse thermique en milieu sec de nucléotides et de polymères de nucléotides, 15 mais Orgel, lui-même, admet que ces expériences n'ont aucun rapport avec l'origine de la vie. Après avoir discuté des possibilités de telles réactions se produisant dans des conditions terrestres primitives, Miller et Orgel déclarent, "Cependant, nous doutons qu'une polymérisation très étendue de nucléotides ait pu se produire de cette manière, ou que la polymérisation « biologique » pourrait avoir lieu sauf dans un milieu aqueux environnement." 16

Miller et Orgel ont ainsi affirmé leur conviction que les polymérisations qui ont donné naissance aux protéines, à l'ADN, à l'ARN et à d'autres molécules biologiques ("polymérisations quobiologiques") doivent avoir eu lieu dans un environnement aqueux. Mais comme indiqué ci-dessus, cela aurait été impossible car les composés à haute énergie nécessaires pour conduire ces réactions de polymérisation n'auraient pas pu se former ou exister dans un environnement aqueux.

Dans le paragraphe de conclusion de leur chapitre sur les polymérisations, Miller et Orgel déclarent : « Ce chapitre a probablement été source de confusion pour le lecteur. Nous pensons que cela est dû aux progrès très limités qui ont été réalisés dans l'étude des réactions de condensation prébiotique. » 17 Ce manque de succès a résulté des difficultés extrêmes à tenter d'imaginer comment de tels processus auraient pu se produire dans des conditions naturelles. Certains pourraient supposer, d'un autre côté, que des progrès limités ont été accomplis principalement parce que relativement peu de recherches ont encore été faites sur l'origine de la vie. Dans cette quantité limitée de recherche, cependant, suffisamment de travail a été fait pour tester tous les principes impliqués. D'autres travaux ne modifieront pas les principes de la thermodynamique, de la cinétique chimique ou d'autres principes de base impliqués. Celles-ci constituent des barrières à une origine naturaliste des molécules biologiquement actives.

Cette série sur les théories de l'origine de la vie sera conclue dans un prochain numéro.


La biologie de synthèse

Matériaux

Les scientifiques travaillent sur un projet visant à utiliser la biologie synthétique pour permettre la production de protéines de soie d'araignée. Les propriétés de la soie d'araignée - son mélange de résistance, de durabilité et de légèreté - en feraient un matériau précieux dans une gamme d'applications médicales et industrielles différentes. Par exemple, certains suggèrent qu'il pourrait être utilisé pour créer des ligaments et des tendons artificiels ou pour produire des câbles pour transporter des objets lourds par avion. À l'avenir, les biologistes synthétiques espèrent produire de nouveaux matériaux intelligents capables de réagir aux changements de l'environnement.


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Solutions exemplaires du NCERT pour la biologie de classe 12 chapitre 6 Base moléculaire de l'héritage

Ces solutions font partie des solutions exemplaires du NCERT pour la biologie de classe 12. Ici, nous avons donné NCERT Exemplar Solutions for Class 12 Biology chapitre 5 Principes d'héritage et de variation

Questions à choix multiple

Question 1.
Dans un brin d'ADN, les nucléotides sont liés entre eux par
(a) liaisons glycosidiques
(b) liaisons phosphodiester
(c) liaisons peptidiques
(d) des liaisons hydrogène.
Réponse:
(b) : Un nucléotide a trois composants : une base azotée, un sucre pentose (ribose dans le cas de l'ARN et désoxyribose pour l'ADN) et un groupe phosphate. Il existe deux types de bases azotées : les purines (adénine et guanine) et les pyrimidines (cytosine, thymine et uracile). Une base azotée est liée au sucre pentose par une liaison N-glycosidique pour former un nucléoside. Lorsqu'un groupe phosphate est lié à 5′ -OH d'un nucléoside par une liaison phosphoester, un nucléotide correspondant est formé. Les nucléotides sont liés par une liaison phosphodiester 3 & 8242 & 8211 5 & 8242 pour former un dinucléotide.

Question 2.
Un nucléoside diffère d'un nucléotide. Il manque le
(a) base
(b) sucre
(c) groupe phosphate
(d) un groupe hydroxyle.
Réponse:
(c) : Une base purine ou pyrimidine jointe à un sucre pentose, soit le ribose, soit le désoxyribose, est un nucléoside. Un nucléotide est un nucléoside avec un ou plusieurs groupes phosphate attachés au sucre.

Question 3.
Le désoxyribose et le ribose appartiennent tous deux à une classe de sucres appelés
(a) trios
(b) les hexoses
(c) les pentoses
(d) les polysaccharides.
Réponse:
(c) : Le sucre pentose est une molécule de sucre avec une structure cyclique à cinq carbones. Le ribose et le désoxyribose sont tous deux des pentoses, le dernier est formé par désoxygénation du premier à un atome de carbone.

Question 4.
Le fait qu'une base purique toujours appariée par liaisons hydrogène avec une base pyrimidique conduit, dans la double hélice de l'ADN
(a) le caractère antiparallèle
(b) le caractère semi-conservateur
(c) largeur uniforme dans tout l'ADN
(d) longueur uniforme dans tout l'ADN.
Réponse:
(c) : Dans la chaîne d'ADN, les paires de bases sur les deux brins sont complémentaires et une purine spécifique s'apparie avec une pyrimidine spécifique. Cela rend les deux chaînes uniformément épaisses (2 nm). Une purine de plus grande taille se trouve à l'opposé de la pyrimidine de plus petite taille, c'est-à-dire A s'apparie avec T et C s'apparie avec G donnant une largeur uniforme dans tout l'ADN.

Question 5.
La charge électrique nette sur l'ADN et les histones est
(a) les deux positifs
(b) les deux négatifs
(c) négatif et positif, respectivement
(d) Zéro
Réponse:
(c) : L'ADN est beaucoup plus organisé dans la chromatine eucaryote et est associé à une variété de protéines, dont les plus importantes sont les histones. Les histones sont riches en résidus d'acides aminés basiques lysines et arginines. Ces deux résidus d'acides aminés portent des charges positives dans leurs chaînes latérales. Ainsi, les histones sont chargées positivement. Les histones sont organisées pour former une unité de huit molécules appelées octamères d'histones. L'ADN chargé négativement est enroulé autour de l'octamère d'histone chargé positivement pour former une structure appelée nucléosome.

Question 6.
Le site promoteur et le site terminateur pour la transcription sont situés à
(a) extrémité 3′ (aval) et extrémité 5′ (amont), respectivement de l'unité de transcription
(b) extrémité 5′ (amont) et extrémité 3′ (aval), respectivement de l'unité de transcription
(c) l'extrémité 5′(amont)
(d) l'extrémité 3′ (en aval).
Réponse:
(b)

Question 7.
Lequel des énoncés suivants est le plus approprié pour l'anémie falciforme ?
(a) Il ne peut pas être traité avec des suppléments de fer.
(b) C'est une maladie moléculaire.
(c) Il confère une résistance à l'acquisition du paludisme.
(Tout ce qui précède
Réponse:
(ré) : L'anémie falciforme est une maladie héréditaire autosomique dans laquelle les érythrocytes prennent la forme d'une faucille en cas de manque d'oxygène, comme lors d'exercices intenses et à haute altitude. Le trouble ou la maladie est causé par la formation d'une molécule d'hémoglobine anormale appelée hémoglobine-S. Le trait drépanocytaire protège contre le paludisme. Plusieurs études ont suggéré que l'hémoglobine falciforme pourrait empêcher le parasite Plasmodium d'infecter les globules rouges, réduisant le nombre de parasites qui infectent réellement la cellule hôte et confèrent ainsi une certaine protection contre la maladie.

Question 8.
L'un des éléments suivants est vrai en ce qui concerne AUG :
(a) Il code uniquement pour la méthionine.
(b) C'est aussi un codon d'initiation.
(c) Il code pour la méthionine chez les procaryotes et les eucaryotes.
(Tout ce qui précède
Réponse:
(d) AUG a une double fonction : il agit comme codon d'initiation et code également pour la méthionine (à la fois chez les procaryotes et les eucaryotes, bien que formylé chez les procaryotes).

Question 9.
Le premier matériel génétique pourrait être
(a) protéine
(b) les glucides
(c) ADN
(d) ARN.
Réponse:
(ré) : Le premier matériel génétique pourrait être l'ARN. Les preuves suggèrent que le métabolisme, l'épissage et la traduction ont tous évolué autour de l'ARN. Les premiers biocatalyseurs étaient également des ARN. Même maintenant, certaines enzymes sont constituées d'ARN, par exemple le ribozyme. Progressivement au cours de l'évolution, la fonction de stockage génétique de l'ARN a été prise en charge par l'ADN, car l'ARN simple brin était plus réactif, donc instable. L'ADN double brin avec des brins complémentaires est non seulement plus stable, mais résiste également aux changements car il a développé un processus de réparation. Pour la biocatalyse, l'ARN a été remplacé par des enzymes protéiques. Ces derniers étaient plus stables, efficaces et se présentent sous de nombreuses formes.

Question 10.
Concernant l'ARNm mature chez les eucaryotes
(a) les exons et les introns n'apparaissent pas dans l'ARN mature
(b) les exons apparaissent mais les introns n'apparaissent pas dans l'ARN mature
(c) les introns apparaissent mais les exons n'apparaissent pas dans l'ARN mature
(d) les exons et les introns apparaissent dans l'ARN mature.
Réponse:
(b) : Les transcrits eucaryotes possèdent des segments supplémentaires appelés introns ou séquences intermédiaires ou séquences non codantes. Ils n'apparaissent pas dans l'ARN mature ou traité car le traitement post-transcriptionnel du transcrit comprend l'épissage, c'est-à-dire le processus d'élimination des introns et de fusion des exons pour former des ARN fonctionnels.

Question 11.
Le chromosome humain contenant le plus et le moins de gènes sont respectivement
(a) chromosome 21 et Y
(b) chromosome 1 et X
(c) chromosome 1 et Y
(d) les chromosomes X et Y.
Réponse:
(c) : Le chromosome 1 a 2968 gènes tandis que le chromosome Y a 231 gènes qui sont respectivement le nombre maximum et minimum de gènes présents dans un chromosome.

Question 12.
Parmi les scientifiques suivants, lequel n'a pas contribué au développement du modèle à double hélice pour la structure de l'ADN ?
(a) Rosalind Franklin
(b) Maurice Wilkins
(c) Erwin Chargaff
(d) Meselson et Stahl
Réponse:
(ré)

Question 13.
L'ADN est un polymère de nucléotides qui sont liés les uns aux autres par une liaison phosphodiester 3′-5’. Pour empêcher la polymérisation des nucléotides, laquelle des modifications suivantes choisiriez-vous ?
(a) Remplacer la purine par des pyrimidines.
(b) Supprimer/remplacer le groupe 3 & 8242 OH dans le désoxyribose.
(c) Supprimer/remplacer le groupe 2 & 8242 OH par un autre groupe dans le désoxyribose.
(d) À la fois ‘b’ et ‘c’.
Réponse:
(b) : Si le groupe 3 & 8242 OH est supprimé / remplacé dans le désoxyribose, il n'y aura pas de formation de liaisons phosphodiester qui se formeront entre le groupe 3 & 8242 hydroxyle (OH) d'un nucléotide et le phosphate 5 & 8242 de l'autre, et donc la polymérisation des nucléotides sera empêché.

Question 14.
La synthèse discontinue de l'ADN se produit dans un brin, car
(a) La molécule d'ADN synthétisée est très longue
(b) L'ADN polyméarse dépendant de l'ADN catalyse la polymérisation dans une seule direction (5′->3')
(c) c'est un processus plus efficace
(d) L'ADN ligase doit avoir un rôle.
Réponse:
(b) :Les ADN polymérases dépendantes de l'ADN catalysent la polymérisation dans une seule direction, c'est-à-dire 5′ -> 3′. Par conséquent, sur un brin (le modèle de polarité 3′ —> 5′), la réplication est continue dans le sens 5′ —» 3′, tandis que sur l'autre (le modèle de polarité 5′ —» 3& #8242), il est discontinu. Une amorce d'ARN est ajoutée à l'extrémité 3′ de la région ouverte du brin 5′ —» 3′ et sur cette amorce, un court tronçon d'ADN est synthétisé dans la direction 5′ —> 3′. Là encore, lorsqu'un nouveau déroulement se produit, une nouvelle amorce est ajoutée à l'extrémité 3 & 8242 qui est allongée, et le processus se poursuit. Ces fragments synthétisés de manière discontinue sont ensuite rejoints par l'enzyme ADN ligase.

Question 15.
Laquelle des étapes suivantes de la transcription est catalysée par l'ARN polymérase ?
(a) Initiation
(b) Allongement
(c) Résiliation
(Tout ce qui précède
Réponse:
(ré) : Il existe une seule RN Apolymérase dépendante de l'ADN qui catalyse la transcription de tous les types d'ARN dans les bactéries. L'ARN polymérase se lie au promoteur et initie la transcription (initiation). Il utilise des nucléosides triphosphates comme substrat et les polymérise d'une manière dépendante de la matrice suivant la règle de complémentarité. Il facilite aussi en quelque sorte l'ouverture de l'hélice et continue l'allongement. Seule une courte partie de l'ARN préparé reste liée à l'enzyme. Une fois que la polymérase atteint la région de terminaison, l'ARN naissant tombe, ainsi que l'ARN polymérase. Cela entraîne l'arrêt de la transcription. L'ARN polymérase seule est uniquement capable de catalyser le processus d'élongation. Il s'associe transitoirement au facteur d'initiation (o) et au facteur de terminaison (р) pour initier et terminer la transcription respectivement. L'association avec ces facteurs modifie la spécificité de l'ARN polymérase pour qu'elle soit initiée ou terminée. Chez les eucaryotes, plusieurs facteurs d'initiation et de terminaison ainsi que trois types d'ARN polymérase polymérisant chacun un ARN spécifique remplissent ces fonctions.

Question 16.
Le contrôle de l'expression des gènes s'effectue au niveau de
(a) Réplication de l'ADN
(b) transcription
(c) traduction
(d) aucune des réponses ci-dessus
Réponse:
(b & c) : La régulation de l'expression des gènes fait référence à un terme très large qui peut se produire à différents niveaux.Chez les eucaryotes, l'expression des gènes peut être régulée au niveau transcriptionnel, au niveau du traitement post-transcriptionnel, pendant le transport de l'ARNm du noyau au cytoplasme et au niveau traductionnel alors que chez les procaryotes, le contrôle du taux d'initiation transcriptionnelle est le site prédominant pour le contrôle de l'expression du gène.

Question 17.
Les protéines régulatrices sont les protéines accessoires qui interagissent avec l'ARN polymérase et affectent son rôle dans la transcription. Lequel des énoncés suivants est correct au sujet des protéines régulatrices ?
(a) Ils ne font qu'augmenter l'expression.
(b) Ils ne font que diminuer l'expression.
(c) Ils interagissent avec l'ARN polymérase mais n'affectent pas l'expression.
(d) Ils peuvent agir à la fois comme activateurs et comme répresseurs.
Réponse:
(ré) : Dans une unité de transcription, l'activité de l'ARN polymérase au niveau d'un promoteur donné est régulée par interaction avec des protéines accessoires, qui affectent sa capacité à reconnaître les sites de départ. Ces protéines régulatrices peuvent agir à la fois positivement (activateurs) et négativement (répresseurs).

Question 18.
Quel a été le dernier chromosome humain à être complètement séquencé :
(a) Chromosome 1

(b) Chromosome 11
(c) Chromosome 21
(d) Chromosome X
Réponse:
(une) : Le séquençage du chromosome 1 s'est achevé en mai 2006. Il s'agit du dernier des 24 chromosomes humains (22 autosomes et X et Y) à être séquencé.

Question 19.
Parmi les fonctions suivantes, lesquelles sont les fonctions de l'ARN ?
(a) C'est un support d'information génétique de l'ADN aux ribosomes synthétisant des polypeptides.
(b) Il transporte les acides aminés vers les ribosomes.
(c) C'est un composant constitutif des ribosomes.
(Tout ce qui précède.
Réponse:

(ré) : L'ARNm transporte l'information génétique de l'ADN aux ribosomes pour la synthèse des chaînes polypeptidiques. L'ARNf transporte les acides aminés vers les ribosomes attachés à l'ARNm pour la traduction. L'ARNr est un composant vital des ribosomes.

Question 20.
Lors de l'analyse de l'ADN d'un organisme, un nombre total de 5386 nucléotides a été trouvé dont la proportion de différentes bases était : Adénine = 29%, Guanine = 17%, Cytosine = 32%, Thymine = 17%. Compte tenu de la règle de Chargaff, on peut conclure que
(a) c'est un ADN circulaire double brin
(b) c'est un ADN simple brin
(c) c'est un ADN linéaire double brin
(d) aucune conclusion ne peut être tirée.
Réponse:
(b) : Il ne peut pas s'agir d'un ADN double brin car, selon la règle de Chargaff pour un ADNdb, les rapports entre l'adénine et la thymine, et la guanine et la cytosine sont constants et égaux. Il s'agit donc d'un ssDNA.

Question 21.
Dans certains virus, l'ADN est synthétisé en utilisant l'ARN comme matrice. Un tel ADN est appelé
(a) ADN-A
(b) ADN-B
(c) c ADN
(d) ADNr.
Réponse:
(c) : La synthèse d'ADN sur une matrice d'ARN se produit dans les rétrovirus ou les virus à ARN. Ils ont de l'ARN comme matériel génétique. Lorsqu'ils infectent une cellule hôte, ils synthétisent d'abord de l'ADN sur une matrice d'ARN appelée ADNc ou ADN complémentaire. Cet ADNc poursuit ensuite le processus d'infection. Les protéines régulatrices sont les protéines accessoires qui interagissent avec l'ARN polymérase et affectent son rôle dans la transcription. Laquelle des affirmations suivantes est correcte au sujet de la réglementation.

Question 22.
Si l'expérience de Meselson et Stahl est poursuivie pendant quatre générations dans des bactéries, le rapport de l'ADN contenant ,5 N/ 15 N : 15 N/ 14 N : 14 N/ 14 N dans la quatrième génération serait
(a) 1:1:0
(b) 1:4:0
(c) 0:1:3
(d) 0:1:7
Réponse:
(ré) : Dans l'expérience de Meselson et Stahl’s, l'ADN parent isolé d'E. coli est cultivé dans un milieu 15 N lourd. Il a ensuite été mis en milieu léger ,4 N. Ensuite, lorsque la réplication se produit le nouveau brin synthétisé aurait l4 N. Le processus peut être représenté comme suit :

Question 23.
Si la séquence de bases azotées du brin codant de l'ADN dans une unité de transcription est 5′ – AT G A A T G – 3′, la séquence de bases dans son transcrit d'ARN serait
(a) 5′-AUGAAUG-3′
(b) 5′-UACUUAC-3′
(c) 5′-C Tous les UC AU-3′
(d) 5′ – G U A A G U A – 3′.
Réponse:
(une) : La séquence de bases dans le transcrit d'ARN est similaire (non complémentaire) au brin d'ADN codant, sauf que dans l'ARN, l'uracile est présent à la place de la thymine. Ainsi, la séquence correcte de bases est :
5′ – AOT – 3′

Question 24.
L'holoenzyme ARN polymérase transcrit
(a) le promoteur, le gène de structure et la région de terminaison
(b) le promoteur et la région de terminaison
(c) le gène de structure et la région de terminaison
(d) le gène de structure uniquement.
Réponse:
(ré) : La transcription implique trois processus distincts : l'initiation, l'élongation et la terminaison. L'initiation commence lorsque l'ARN polymérase se lie au promoteur qui sert uniquement de site cible pour la liaison de l'ARN polymérase et n'est pas transcrit. Chaque gène contient une région promotrice spécifique pour guider le début de la transcription. Ceci est suivi par la région du gène (gène structurel) qui est transcrit et se termine par un terminateur qui arrête la transcription et n'est pas transcrit.

Question 25.
Si la séquence de bases d'un codon dans l'ARNm est 5′-AUG-3′, la séquence d'appariement de l'ARNf avec celui-ci doit être
(a) 5′- UAC – 3′
(b) 5′-CAU-3′
(c) 5'-AOT-3′
(d) 5′- GUA – 3′.
Réponse:
(b) : La première base de l'anticodon dans le sens 5′ – 3′ se lie avec la troisième base du codon (lecture dans le sens 5′ – 3′). Ainsi, si la séquence de bases dans le codon de l'ARNm est 5′- AUG – 3′, l'anticodon complémentaire sera 3′-UAC – 3′ ou 5′- CAl – 3&# 8242.

Question 26.
L'acide aminé se fixe à l'ARNf à son
(a) 5′-fin
(b) 3′-fin
(c) Site anticodon
(d) Boucle DHU.
Réponse:
(b) : L'ARNf a une boucle anticodon qui a des bases complémentaires du code, il a également un site accepteur d'acides aminés auquel il se lie aux acides aminés. Ce site se trouve à l'extrémité 3′ en face de l'anticodon. Les ARNf sont spécifiques à chaque acide ahrino.

Question 27.
Pour initier la traduction, l'ARNm se lie d'abord à
(a) la plus petite sous-unité ribosomique,
(b) la plus grande sous-unité ribosomique
(c) le ribosome entier
(d) une telle spécificité n'existe pas.
Réponse:
(une) : L'usine cellulaire responsable de la synthèse des protéines est le ribosome. Le ribosome est constitué d'ARN structurels et d'environ 80 protéines différentes. Il a deux sous-unités, une grande sous-unité et une petite sous-unité. Pour démarrer la traduction, l'ARNm doit se lier à une petite unité ribosomique.

Question 28.
Dans E. coli, l'opéron lac est activé lorsque
(a) le lactose est présent et il se lie au répresseur

(b) le répresseur se lie à l'opérateur
(c) L'ARN polymérase se lie à l'opérateur
(d) le lactose est présent et il se lie à l'ARN polymérase.
Réponse:
(une) : Le répresseur de l'opéron est synthétisé (toujours de manière constitutive) à partir du gène /. La protéine répresseur se lie à la région opérateur de l'opéron et empêche l'ARN polymérase de transcrire l'opéron. En présence d'un inducteur, tel que le lactose ou l'allolactose, le répresseur est inactivé par interaction avec l'inducteur. Cela permet à l'ARN polymérase d'accéder au promoteur et de procéder à la transcription. Ainsi, l'opéron lac est activé.

Questions de type à réponse très courte

Question 1.
Quelle est la fonction des histones dans l'emballage de l'ADN ?
Réponse:
Les histones Maim sont des protéines basiques chargées positivement qui aident à la condensation de l'ADN. L'ADN chargé négativement s'enroule autour d'un octamère d'histone chargé positivement pour former un nucléosome.

Question 2.
Distinguer hétérochromatine et euchromatine. Lequel des deux est transcriptionnellement actif ?
Réponse:
L'hétérochromatine est une partie de la chromatine plus épaisse, densément emballée et colorée en noir. L'euchromatine est une partie de la chromatine plus fine, légèrement tassée et légèrement tachée. La partie transcriptionnellement active est l'euchromatine.

Question 3.
L'enzyme ADN polymérase dans coli est une polymérase dépendante de l'ADN et a également la capacité de relire le brin d'ADN en cours de synthèse. Expliquer. Discutez de la double polymérase.
Réponse:
L'ADN polymérase sert de double polymérase qui remplit deux fonctions. Sa fonction principale est d'ajouter des nucléotides en fonction du brin modèle dans la direction 5′ -> 3′. Il lit simultanément le double brin nouvellement formé, lorsqu'il traverse la molécule de polymérase. Si la mauvaise base est insérée, la liaison est instable et la fusion spontanée de l'étirement nouvellement formé se produit. Le nouveau brin est exposé au site d'exonucléase 3 & 8242 de l'enzyme qui supprime la base mésappariée et certains nucléotides supplémentaires de l'extrémité 3 '. Ensuite, l'activité polymérase est à nouveau poursuivie. Cela réduit les risques d'erreur dans la réplication de l'ADN d'environ un sur un million à environ un sur cent millions de paires de bases.

Question 4.
Quelle est la cause de la synthèse discontinue d'ADN sur l'un des brins parentaux de l'ADN ? Qu'arrive-t-il à ces courtes portions d'ADN synthétisé ?
Réponse:
Le nouveau brin d'ADN est toujours formé dans la direction 5 & 8242-3 & 8242 pendant la réplication de l'ADN, sur la matrice d'ADN avec la direction 3 & 8242-5 & 8242. Lorsque l'ADN s'ouvre pendant la réplication, le brin 3′-5′ forme un brin continu appelé brin principal. L'autre brin modèle avec une orientation 5 & 8242-3 # 8242 produit un nouveau brin court sur la fourche à chaque fois qu'il s'ouvre. Ces courts segments sont appelés fragments d'Okazaki. Ces segments se joignent aux ADN ligases et forment un brin retardé.

Question 5.
Ci-dessous se trouve la séquence du brin codant de l'ADN dans une unité de transcription :
3’AATGCAGCTATTAGG-5′ Écrire la séquence de
(a) son brin complémentaire
(b) l'ARNm
Réponse:
(une) La séquence du brin complémentaire sera : 5′ -TTACGTCGATAATCC3′
(b) La séquence de l'ARNm sera : 3′ – A A U G C A G C U A U U A G G 5′

Question 6.
Qu'est-ce que le polymorphisme de l'ADN ? Pourquoi est-il important de l'étudier ?
Réponse:
La variation au niveau génétique due à des mutations est appelée polymorphisme. De telles variations sont uniques à un site particulier de l'ADN. Le polymorphisme (variations) des séquences d'ADN est à la base de la cartographie génétique et des empreintes génétiques.

Question 7.
Sur la base de votre compréhension du code génétique, expliquez la formation de toute molécule d'hémoglobine anormale. Quelles sont les conséquences connues d'un tel changement ?
Réponse:
L'hémoglobine est constituée de quatre chaînes polypeptidiques, deux chaînes a-qui sont longues de 141 acides aminés et deux (3-chaînes qui sont longues de 146 acides aminés. En cas d'anémie falciforme, un défaut se produit au sixième acide aminé dans le ( Chaîne 5. L'acide aminé devrait être l'acide glutamique, mais dans l'HbS, il est remplacé par la valine.

Question 8.
Parfois, des bovins ou même des êtres humains donnent naissance à leurs petits qui ont des ensembles d'organes extrêmement différents comme les membres/la position des yeux, etc. Commentaire.
Réponse:
Le développement des organes dans un organisme est régulé par l'expression de différents ensembles de gènes dans une séquence définie de manière ordonnée. Toute perturbation de la coordination et de l'expression des gènes entraînera une i. formation d'organes.

Question 9.
Dans un noyau, le nombre de ribonucléoside triphosphates est 10 fois supérieur au nombre de désoxy ribonucléoside triphosphates, mais seuls les désoxy ribonucléotides sont ajoutés lors de la réplication de l'ADN. Proposez un mécanisme.
Réponse:
Des études récentes montrent qu'il existe une région dans la fente du site actif de l'enzyme polymérase qui surveille les substituants 2 & 8242 et 3 & 8242 du nucléotide entrant et identifie le composant sucre. Il garantit que seuls les désoxyribonucléotides sont récupérés lors de la réplication à partir du pool nucléaire.

Question 10.
Nommez quelques enzymes impliquées dans la réplication de l'ADN autres que l'ADN polymérase et la ligase. Nommez les fonctions clés pour chacune d'entre elles.
Réponse:

  1. ADN hélicase qui stimule la séparation des deux brins.
  2. Topoisomérase qui modifie le degré de superenroulement de l'ADN en coupant un ou les deux brins, ce qui forme
  3. Primase qui forme des brins d'amorce d'ARN sur des matrices d'ADN simple brin.

Question 11.
Nommez trois virus quelconques qui ont de l'ARN comme matériel génétique.
Réponse:

Questions de type à réponse courte


Question 1.
Définissez la transformation dans l'expérience de Griffith. Discutez de la façon dont il aide à l'identification de l'ADN en tant que matériel génétique.
Réponse:
En 1928, Frederick Griffith a réalisé l'expérience de transformation en utilisant Streptococcus pneumoniae. Lorsqu'il a injecté une souche S virulente tuée par la chaleur avec une souche R vivante non virulente chez des souris, les souris sont mortes. Il a montré que quelque chose de la souche S morte transformait la souche R non virulente en une souche virulente. Ce phénomène a été appelé par lui la transformation. La transformation est le phénomène par lequel le principe transformateur (tel que nommé par Griffith), isolé d'un type de cellule, lorsqu'il est introduit dans un autre type, est capable de conférer certaines des propriétés du premier au second. Cette découverte a lancé la quête de l'identification de ce principe de transformation. Avery, MacLeod et McCarty ont ensuite purifié les produits biochimiques (protéines, ADN, ARN, etc.) des cellules S tuées par la chaleur pour voir lesquelles pourraient transformer des cellules R vivantes en cellules S. Ils ont découvert que l'ADN seul (ni protéines ni ARN) des bactéries S provoquait la transformation des bactéries R. Ils ont découvert que les enzymes digérant les protéines (protéases) et les enzymes digérant l'ARN (RNases) n'affectaient pas la transformation. La digestion avec la DNase a inhibé la transformation, suggérant que l'ADN a causé la transformation.

Question 2.
Qui a révélé la nature biochimique du principe transformateur ? Comment cela a-t-il été fait ?
Réponse:
Référez-vous à la réponse 1.

Question 3.
Discutez de l'importance de l'isotope lourd de l'azote dans l'expérience de Meseison et Stahl’s.
Réponse:
Le 15 N n'est pas un isotope radioactif. C'est un isotope lourd de N et peut être séparé du 14 N par centrifugation en gradient de densité. Cela a aidé Meseison et Stahl à prouver que l'ADN se réplique de manière semi-conservatrice. Meseison et Stahl ont extrait l'ADN bactérien et l'ont centrifugé dans une solution de chlorure de césium. Selon la masse de la molécule, l'ADN se déposerait en un point particulier du tube. Ils ont d'abord cultivé des bactéries Escherichia coli dans un milieu contenant l'isotope lourd 15 N pendant plusieurs générations.

Les bactéries 15 N ont ensuite été transférées dans un milieu de croissance contenant l'isotope normal et plus léger de l'azote, 14 N, où elles se sont reproduites par division cellulaire. Les extraits d'ADN de la progéniture de la première génération se sont avérés avoir une densité plus faible, puisque la moitié de l'ADN était constituée du brin d'origine contenant 15 N et l'autre moitié était constituée du nouveau brin contenant 14 N. Aux générations suivantes, les extraits d'ADN se sont séparés à des densités plus faibles, ce qui indique qu'ils ont une proportion plus faible de ,5 N car plus de 14 N s'étaient incorporés dans l'ADN bactérien. C'était une preuve concluante de la méthode semi-conservatrice de la réplication de l'ADN.

Question 4.
Définir un cistron. En donnant des exemples, différenciez les unités de transcription monocistroniques et polycistroniques.
Réponse:
Le cistron est une longueur d'ADN qui contient les informations permettant de coder une chaîne polypeptidique spécifique ou des codes pour une molécule d'ARN fonctionnelle (c'est-à-dire un ARNm, un ARN de transfert ou un ARN ribosomique).

L'unité de transcription monocistronique est un type d'ARN messager qui ne peut coder qu'un seul polypeptide par molécule d'ARN. Dans les cellules eucaryotes, pratiquement tous les ARN messagers sont monocistroniques.

L'unité de transcription polycistronique est un type d'ARN messager qui peut coder séparément plus d'un pqlypeptide au sein de la même molécule d'ARN. L'ARN messager bactérien est généralement polycistronique.

Question 5.
Donnez six caractéristiques du génome humain.
Réponse:
Les caractéristiques du génome humain sont les suivantes :

  • Le génome humain compte 3,1647 milliards de paires de bases de nucléotides.
  • La taille moyenne des gènes est de 3000 paires de bases. Le gène le plus important est celui de la dystrophie musculaire de Duchenne sur le chromosome X. Il a 2,4 millions (2 400 kilos) de paires de bases. (les gènes de la 3-globine et de l'insuline sont inférieurs à 10 kilobases.
  • Le génome humain est constitué d'environ 30 000 gènes. Auparavant, on estimait qu'il contenait de 80 000 à 100 000 gènes.
  • Le chromosome 1 a 2968 gènes tandis que le chromosome Y a 231 gènes. Ce sont les gènes maximum et minimum des chromosomes humains.
  • La fonction de plus de 50 % des gènes découverts est inconnue.
  • Moins de 2 % du génome représente des gènes de structure qui codent pour les protéines.

Question 6.
Lors de la réplication de l'ADN, pourquoi la molécule entière ne s'ouvre-t-elle pas en une seule fois ? Expliquez la fourche de réplication. Quelles sont les deux fonctions que jouent les monomères (dNTP) ?
Réponse:
L'ensemble de l'ADN ne s'ouvre pas en un seul tronçon en raison des besoins énergétiques très élevés. Le point de séparation progresse lentement vers les deux directions des brins d'ADN. Dans chaque direction, il donne l'apparence d'une structure en forme de Y appelée fourche de réplication. Les désoxyribonucléosides triphosphates (dNTP) ont un double objectif. En plus d'agir comme substrats, ils fournissent de l'énergie pour la réaction de polymérisation (les deux phosphates terminaux dans un désoxynucléoside triphosphate sont des phosphates à haute énergie, comme dans le cas de l'ATP).

Question 7.
Les rétrovirus ne suivent pas le dogme central. Commenter.
Réponse:
Les rétrovirus suivent l'inverse du dogme central. Temin et Baltimore ont rapporté que l'ARN double brin du sarcome de Rous
Le virus (RSV) opère un dogme central inversé (flux inverse d'information). L'ARN de ces virus synthétise d'abord l'ADN A par transcription inverse ou féminisme. L'ADN transfère ensuite l'information à l'ARN qui participe à la traduction de l'information codée pour former un polypeptide. Le mécanisme est caractéristique des rétrovirus, par exemple le VIH.

Question 8.
Dans une expérience, l'ADN est traité avec un composé qui a tendance à se placer parmi les piles de paires de bases azotées. De ce fait, la distance entre deux bases consécutives passe de 0,34 nm à 0,44 nm. Calculer la longueur de la double hélice d'ADN (qui a 2 x 10 9 pb) en présence de quantité saturante de ce composé.
Réponse:
Dans la question donnée, la distance entre deux paires de bases consécutives est de 0,44 nm (0,44 x 10 9 m).
Le nombre total de paires de bases est de 2 x 10 9 pb.
La longueur de la double hélice d'ADN est calculée en multipliant le nombre total de pb par la distance entre deux pb consécutifs, c'est-à-dire 2 x 10 9 pb x 0,44 x 10 -9 m/pb. Par conséquent, la longueur de la double hélice d'ADN est de 0,88 m.

Question 9.
Que se passerait-il si les histones étaient mutées et enrichies en acides aminés acides tels que l'acide aspartique et l'acide glutamique à la place des acides aminés basiques tels que la lysine et l'arginine ?
Réponse:
Les acides aminés acides sont chargés négativement. L'ADN est également chargé négativement, par conséquent, les acides aminés acides ne pourront pas retenir l'ADN sur eux. Cela conduira à l'échec de l'emballage du matériel d'ADN, ce qui entraînera l'absence de formation de chromatine.

Question 10.
Rappelez-vous les expériences faites par Frederick Griffith, Avery, MacLeod et McCarty, où l'ADN a été supposé être le matériel génétique. Si l'ARN, au lieu de l'ADN était le matériel génétique, la souche de Pneumocoque tuée par la chaleur aurait-elle transformé la souche R en une souche virulente
Réponse:
L'ARN est labile et sujet à la dégradation Rappelez-vous les expériences réalisées par Frederick Griffith, Avery, MacLeod et McCarty, où l'on a supposé que l'ADN était le matériel génétique. Si l'ARN, au lieu de l'ADN, était le matériel génétique, la souche de Pneumocoque tuée par la chaleur aurait-elle transformé la souche R en une forme virulente.

Question 11.
Vous répétez l'expérience Hershey-Chase et disposez de deux isotopes 32 P et 15 N (au lieu de 35 S dans l'expérience originale). En quoi pensez-vous que vos résultats seront différents ?
Réponse:
Le 32 P est un isotope radioactif mais le 15 N ne l'est pas. 15 N est l'isotope le plus lourd de l'azote. Même s'il peut être détecté, le 15 N ne pourra pas différencier les protéines du matériel génétique car il sera incorporé à la fois dans l'ADN et dans les protéines. Par conséquent, l'expérience ne donnera aucun résultat concluant.

Question 12.
Il n'y a qu'une seule séquence possible d'acides aminés lorsqu'elle est déduite d'une séquence nucléotidique donnée. Mais plusieurs séquences nucléotidiques peuvent être déduites d'une seule séquence d'acides aminés. Expliquez ce phénomène.
Réponse:
Il existe 64 codons triplets et seulement 20 acides aminés. Certains acides aminés sont codés par plusieurs codons. À l'exception du tryptophane (UGG) et de la méthionine (AUG) qui ont chacun un seul codon, tous les autres acides aminés impliqués dans la synthèse des protéines ont plus d'un codon. Dans les codons dégénérés, la plupart des deux premières bases azotées sont similaires tandis que la troisième est différente. Ainsi, comme un codon ne code que pour un acide aminé spécifique, nous pouvons déduire une seule séquence d'acides aminés à partir d'une séquence de nucléotides. Mais, comme un acide aminé peut être codé par plusieurs codons, de nombreuses séquences nucléotidiques peuvent donc être codées à partir d'une séquence d'acides aminés donnée.

Question 13.
Une mutation d'une seule base dans un gène peut ne pas entraîner « toujours » une perte ou un gain de fonction. Pensez-vous que l'énoncé est correct? Défendez votre réponse.
Réponse:
Parfois, la mutation d'une seule base peut ne pas provoquer la formation d'un nouvel acide aminé. Cela se produit généralement lorsqu'un changement se produit dans la troisième base du codon triplet, par ex. G G A peut être remplacé par GGU, GGC et GGG sans affecter l'incorporation de l'acide aminé glycine. De telles mutations sont appelées mutations silencieuses et ne provoquent aucun changement dans le phénotype de l'organisme.

Question 14.
Un faible niveau d'expression de l'opéron lac se produit tout le temps. Pouvez-vous expliquer la logique derrière ce phénomène ?
Réponse:
L'opéron lac synthétise l'enzyme perméase qui est responsable du transport du lactose dans la cellule. Si la perméase n'est pas présente, alors le lactose ne peut pas entrer dans la cellule et ne peut pas agir comme inducteur pour l'opéron lac. Par conséquent, un faible niveau d'expression de l'opéron lac est toujours maintenu dans la cellule, de sorte que chaque fois que du lactose est présent, il peut pénétrer dans la cellule et induire l'opéron lac.

Question 15.
Comment le séquençage du génome humain a-t-il ouvert de nouvelles fenêtres pour le traitement de diverses maladies génétiques. Discutez avec vos camarades de classe.
Réponse:
Le séquençage du génome humain a été très utile dans le traitement de troubles génétiques, tels que :

  • Il a été découvert que plus de 1200 gènes sont responsables de maladies cardiovasculaires humaines courantes, de maladies endocriniennes (comme le diabète), de troubles neurologiques (comme la maladie d'Alzheimer), de cancer et bien d'autres. Ainsi, les médicaments qui ciblent spécifiquement ces gènes peuvent être fabriqués.
  • Des efforts sont en cours pour déterminer les gènes qui transformeront les cellules cancéreuses en cellules normales.
  • Tous les gènes ou transcrits d'un tissu, d'un organe ou d'une tumeur particulier peuvent être analysés pour connaître la cause ou l'effet qui s'y produit.

Question 16.
Le nombre total de gènes chez l'homme est bien inférieur (< 25 000) à l'estimation précédente (jusqu'à 1 40 000 gènes). Commenter.
Réponse:
Au début du projet de séquençage du génome, les scientifiques ont estimé que le génome humain contient environ 140 000 gènes. Le nombre est progressivement tombé à 30 000 pour finalement se situer entre 20 000 et 25 000. Les estimations étaient si élevées parce que les scientifiques ont découvert que E. coli (unicellulaire) avait environ 4 300 gènes et Caenorhabditis elegans (environ 1 000 cellules) environ 19 000 gènes. Ainsi, selon l'hypothèse selon laquelle plus un organisme est complexe, plus le nombre de gènes est élevé, le nombre de gènes humains a été estimé à plus d'un lakh. Mais, le nombre de gènes n'a aucun rapport avec la complexité de l'organisme. En outre, il a également été constaté que la taille du génome et le nombre de gènes n'étaient pas liés, car seulement 2% du génome se compose en réalité de gènes de structure, le reste 98% étant de l'ADN non codant.

Question 17.
Maintenant, le séquençage du génome total devient de moins en moins cher de jour en jour. Bientôt, il sera peut-être abordable pour un homme ordinaire de faire séquencer son génome. Selon vous, quels pourraient être l'avantage et l'inconvénient de cette évolution ?
Réponse:
Les avantages du séquençage du génome sont les suivants :

  1. Il fournira des informations sur les anomalies génétiques.
  2. Il y aura possibilité de transfert de certains gènes souhaités à la descendance.
  3. La prédisposition à certaines maladies incitera une personne à éviter certains facteurs causant ces maladies.
  4. Des informations sur le moment de l'apparition normale des maladies dégénératives et sur la manière de les retarder peuvent être recueillies.
  5. Les défauts métaboliques peuvent être pris en charge. Les inconvénients du séquençage du génome sont les suivants :
  6. Connaître la maladie longtemps à l'avance peut conduire la personne à la dépression.
  7. Les gens deviendront désireux d'améliorer leur constitution génétique.

Question 18.
Serait-il approprié d'utiliser des sondes ADN telles que VNTR dans l'empreinte ADN d'un bactériophage ?
Réponse:
Les bactériophages n'ont pas de séquences répétitives comme VNTR dans leur génome. Le génome bactérien est de petite taille et avec toutes les séquences codantes. Par conséquent, les empreintes génétiques ne peuvent pas être effectuées dans le bactériophage.

Question 19.
Au cours de la synthèse in vitro de l'ADN, un chercheur a utilisé du 2′, 3′ – didésoxycytidine triphosphate comme nucléotide brut à la place de la 2′-désoxycytidine. Quelle serait la conséquence ?
Réponse:
Le 2′-3′ didésoxycytidine triphosphate ne peut pas former une liaison ester nécessaire à la chaîne d'information de l'ADN, alors que le 2′ phosphate de désoxycytidine peut développer une telle liaison. La formation en chaîne de l'ADN ou la polymérisation de l'ADN s'arrêtera en raison de la présence de 2′-3′-dideoxycytidine.

Question 20.
Quelles informations de base Watson et Crick ont-elles mises à disposition pour développer un modèle d'ADN ? Quelle a été leur contribution ?
Réponse:
Les informations déjà disponibles avec eux pour développer un modèle d'ADN étaient –

  1. Les généralisations d'Erwin Chargaff sur la structure de l'ADN, par exemple, la purine et les pyrimidines sont toujours en quantités égales A + G = T + C, et la quantité d'adénine est toujours égale à celle de la thymine et la quantité de guanine est toujours égale à celle de cytosine A = T et G = C.
  2. Images de diffraction des rayons X d'ADN cristallin produites par Maurice Wilkins et Rosalind Franklin.

Les contributions de Watson et Crick à ces données de base sont :

  1. L'ADN est une structure à double hélice avec deux chaînes fonctionnant dans une direction antiparallèle.
  2. Règle d'appariement de base complémentaire
  3. Réplication semi-conservatrice
  4. Des mutations se produisent en raison de changements tautomères dans les bases azotées.

Question 21.
Quelles sont les fonctions (i) de la coiffe de guanosine méthylée, (ii) de la queue poly-A dans un ARN mature ?
Réponse:
La coiffe de guanosine méthylée aide à la fixation de l'ARNm à la plus petite sous-unité du ribosome lors de l'initiation du processus de traduction.
Poly-A-tail offre une longévité à la vie de l'ARNm. La longueur de la queue et la longévité de l'ARNm sont positivement corrélées.

Question 22.
Pensez-vous que l'épissage alternatif d'exons puisse permettre à un gène de structure de coder plusieurs isoprotéines d'un même gène ? si oui comment ? sinon pourquoi ?
Réponse:
L'épissage alternatif est un processus contrôlé qui provoque la production de différents ARNm à partir d'un seul gène en incluant certains exons dans un ARNm dans certaines conditions, tout en incluant d'autres exons dans d'autres conditions. Cela augmente considérablement le nombre de protéines pouvant être codées par < 2 000 $ gènes fonctionnels du génome. Cet épissage alternatif des exons est spécifique au sexe, au tissu et même au stade de développement. Par épissage alternatif d'exons, un même gène peut coder pour plusieurs isoprotéines et/ou protéines de classe similaire.

Question 23.
Commenter l'utilité de la variabilité du nombre de répétitions en tandem lors des empreintes génétiques.
Réponse:
Le nombre et le type de répétitions en tandem sont spécifiques à chaque individu. Un individu les obtient de deux parents, mais sont uniques pour l'individu. Par conséquent, ils peuvent être utilisés pour identifier les individus et leurs proches en comparant les répétitions à l'aide du processus d'empreinte digitale de l'ADN.

Questions de type à réponse longue

Question 1.
Donnez un compte rendu de l'expérience Hershey et Chase. Qu'est-ce que cela a prouvé de façon concluante? Si l'ADN et les protéines contenaient du phosphore et du soufre, pensez-vous que le résultat aurait été le même ?
Réponse:
L'expérience de Hershey et Chase est basée sur le fait que le phosphore est présent dans l'ADN mais pas dans la protéine, et de même le soufre est présent dans les protéines mais pas dans l'ADN. Ils ont incorporé l'isotope radioactif du phosphore ( 32 P) dans l'ADN du phage et celui du soufre ( 35 S) dans les protéines d'une culture de phage distincte. Ces types de phages ont été utilisés indépendamment pour infecter la bactérie Escherichia coli. Après un certain temps, ce mélange a été agité dans un mélangeur pour séparer les capsides de phage vides de la surface des cellules bactériennes et les deux ont été séparés par centrifugation. Hershey et Chase ont montré que lorsque le 32 P était utilisé, toute la radioactivité était associée aux cellules bactériennes et, si elle était suivie, apparaissait dans le phage de la descendance.
Cependant, lorsque le 35 S a été utilisé, toute la matière radioactive était limitée aux phages « fantômes » (enveloppes de protéines virales vides). Ces résultats ont indiqué que l'ADN du bactériophage et non la protéine pénètre dans l'hôte, où la réplication virale a lieu. Par conséquent, l'ADN est le matériel génétique de T2 bactériophage. Il dirige la synthèse de l'enveloppe protéique et permet la réplication. Si l'ADN et les protéines contenaient du phosphore et du soufre, ils n'auraient pas pu différencier ou séparer les protéines et l'ADN et n'auraient rien pu conclure.

Question 2.
Au cours de l'évolution, pourquoi l'ADN a-t-il été choisi plutôt que l'ARN comme matériel génétique ? Donnez les raisons en discutant d'abord des critères souhaités dans une molécule pouvant servir de matériel génétique et à la lumière des différences biochimiques entre l'ADN et l'ARN.
Réponse:
Une molécule pouvant servir de matériel génétique doit remplir les critères suivants :

  • Il doit être capable de générer sa réplique (réplication).
  • Il doit être chimiquement et structurellement stable.
  • Il devrait permettre des changements lents (mutation) qui sont nécessaires à l'évolution.
  • Il devrait pouvoir s'exprimer sous la forme de ‘Caractères mendéliens’.

Bien que l'ARN soit connu pour être le matériel génétique de certains virus et cellules précoces, il ne s'agit pas d'un matériel génétique très approprié car le groupe 2 & 842 OH présent dans chaque nucléotide de l'ARN est un groupe réactif. Cela signifie que l'ARN est hautement réactif, labile et facilement dégradable. L'ARN fonctionne comme une enzyme et est donc réactif et instable. L'uracile présent dans l'ARN est moins stable que la thymine (méthyl uracile) de l'ADN.

Étant instable, l'ARN mute à un rythme beaucoup plus rapide, c'est pourquoi les virus à ARN ont une durée de vie plus courte et mutent et évoluent très rapidement. De tels changements rapides sont nocifs pour les formes de vie supérieures.

L'ADN est le matériel génétique de la plupart des organismes parce que

  • L'ADN est chimiquement moins réactif et structurellement plus stable car ses nucléotides ne sont exposés que lorsqu'ils doivent exprimer leur effet ou être répliqués.
  • Ils sont comparativement plus stables que l'ARN. La chaleur qui a tué les bactéries dans l'expérience de Griffith n'a pas détruit leur ADN.
  • La présence de thymine dans l'ADN au lieu d'uracile assure la stabilité de l'ADN.
  • La liaison hydrogène entre les purines et les pyrimidines et leur empilement rendent l'ADN plus stable pour le stockage de l'information génétique.
  • L'ADN est capable de subir les mutations lentes requises du matériel génétique.
  • Il a un pouvoir de réparation.
    Étant donné que l'ADN est plus stable tandis que l'ARN est plus réactif, les deux types d'acides nucléiques ont été conservés dans l'expression génétique. L'ADN qui est suffisamment stable pour ne pas changer avec les différentes étapes du cycle de vie, l'âge ou avec le changement du métabolisme de l'organisme, est retenu comme meilleur matériel génétique pour le stockage de l'information génétique. Il exprime l'information génétique par synthèse protéique à travers l'ARN qui est plus réactif, exposé pour une action plus rapide des machines de synthèse protéique et est donc meilleur pour la transmission de l'information génétique.

Question 3.
Rendre compte des modifications post transcriptionnelles d'un ARNm eucaryote.
Réponse:
La transcription chez les eucaryotes se produit dans le noyau. Le transcrit d'ARNm primaire est plus long et localisé dans le noyau, où il est également appelé ARN nucléaire hétérogène (/ARNm) ou pré-ARNm.
L'ARNm est traité à partir du transcrit d'ARN primaire dans un processus appelé maturation. Initialement, à l'extrémité 5 & 8242, un capuchon (constitué de 7-méthyl guanosine ou 7 mG) et une queue de poly A à l'extrémité 3 & 8242 sont ajoutés. Le capuchon est une molécule chimiquement modifiée de guanosine triphosphate (GTP). Les ARNm primaires sont constitués de deux types de segments, les introns non codants et les exons codants. Les introns sont éliminés par un processus appelé épissage d'ARN. D'une paire de petites ribonucléoprotéines nucléaires (snRNP), l'une se lie au site d'épissage 5 & 8242 et l'autre au site d'épissage 3 & 8242. Un spliceosome se forme à cause de l'interaction entre les snRNP et d'autres protéines. Ce spliceosome utilise l'énergie de l'ATP pour couper l'ARN et libérer les introns. L'enzyme ligase rejoint deux exons adjacents pour produire un ARNm mature.

Question 4.
Discutez en détail du processus de traduction.
Réponse:
Le processus de décodage du message de l'ARNm en protéine à l'aide de l'ARNf, du ribosome et de l'enzyme est appelé traduction (synthèse des protéines). La synthèse des protéines se produit sur les ribosomes. Les ribosomes sont formés de deux sous-unités. Le groupe de rosettes formé par les ribosomes est appelé polyribosome. Dans un polyribosome, les ribosomes sont maintenus ensemble par un brin d'ARNm.
Les étapes impliquées dans la synthèse des polypeptides sont :
(1) Activation des acides aminés :
En présence d'ATP, un acide aminé se combine avec son aminoacyl-fRNA synthétase spécifique.

(2) Charge d'ARNf : Le complexe formé dans l'étape ci-dessus réagit avec l'ARNt spécifique de l'acide aminé pour former un complexe aminoacyl-ARNt.

(3) Initiation : La petite sous-unité du ribosome (avec l'ARNm) s'attache à la grande sous-unité de telle sorte que le codon d'initiation (AUG) arrive sur le site P du ribosome.

(4) Allongement : Les acides aminés portés par l'ARNt sont ajoutés un à un au site A du ribosome dans la séquence des codons et se rejoignent pour former

(5) Résiliation : Lorsque le codon de terminaison présent sur l'ARNm est atteint, la synthèse du polypeptide s'arrête et le polypeptide est libéré.

Question 5.
Définir un opéron. En donnant un exemple, expliquez un opéron inductible.
Réponse:
Opéron est une unité génétique fonctionnellement intégrée pour le contrôle de l'expression des gènes chez les bactéries, comme proposé dans l'hypothèse de Jacob-Monod. Typiquement, il comprend un groupe étroitement lié de gènes de structure, codant pour une protéine, et des loci adjacents contrôlant leur expression - un site opérateur et un site promoteur. Les opérons inductibles sont ceux qui restent normalement éteints mais peuvent être amenés à fonctionner dans certaines conditions. L'opéron Lac est un opéron inductible. Le gène de l'opéron lac code pour une molécule répresseur qui inhibe la synthèse des gènes de structure. L'opéron Lac est activé en présence de lactose. La molécule répresseur codée par le gène i est inactivée par interaction avec l'inducteur (lactose). Cela permet à la RN Apolymérase d'accéder au promoteur et la transcription se poursuit. L'opéron est désactivé ‘off’ en l'absence de lactose. La molécule répresseur se lie à nouveau à la région opérateur de l'opéron et empêche l'ARN polymérase de transcrire l'opéron.

Question 6.
Il y a un litige de paternité pour un enfant’. Quelle technique peut résoudre le problème. Discutez du principe en cause.
Réponse:
Le conflit de paternité d'un enfant peut être résolu par des empreintes génétiques.
La procédure de l'empreinte ADN comprend les éléments suivants :

  1. Extraction – L'ADN est extrait des cellules dans une centrifugeuse réfrigérée à grande vitesse.
  2. Amplification – De nombreuses copies de l'ADN extrait sont produites par réaction en chaîne par polymérase.
  3. Digestion de restriction – L'ADN est coupé en fragments avec des enzymes de restriction en séquences reproductibles précises.
  4. Séparation des séquences d'ADN/fragments de restriction – Les fragments d'ADN coupés sont introduits et passés à travers une électrophorèse contenant un gel polymère d'agarose, les fragments séparés peuvent être visualisés en les colorant avec un colorant qui montre une fluorescence sous rayonnement ultraviolet.
  5. Southern blot – Les séquences d'ADN séparées sont transférées sur une membrane de nitrocellulose ou de nylon.
  6. Hybridation – La membrane de nylon est plongée dans un bain et des sondes radioactives sont ajoutées, ces sondes ciblent une séquence nucléotidique spécifique qui leur est complémentaire.
  7. Autoradiographie – La membrane en nylon est pressée sur un film radiographique et des bandes sombres se développent au niveau des sites de sonde.

Après hybridation avec la sonde à nombre variable de répétitions en tandem (VNTR) radiomarquée et autoradiographie, des bandes de différentes tailles sont formées. Les bandes forment un motif caractéristique qui varie d'un individu à l'autre. A partir des modèles développés par les échantillons A et B, il peut être confirmé s'ils appartiennent à un individu ou à deux individus différents. Si les motifs de baguage sont similaires, ils appartiennent au même individu mais si les motifs de baguage sont As. sont différents, alors A et B proviennent d'individus différents.

Question 7.
Rendre compte des méthodes utilisées pour le séquençage du génome humain.
Réponse:
Les méthodes impliquaient deux approches principales :
(1) Une approche appelée étiquettes de séquences exprimées (EST), axée sur l'identification de tous les gènes exprimés sous forme d'ARN.
(2) La deuxième approche, appelée annotation de séquence, consistait simplement à séquencer l'ensemble du génome, qui comprenait toutes les séquences codantes et non codantes, puis à attribuer des fonctions à différentes régions des séquences. Les étapes impliquées sont les suivantes :

  • L'ADN total de la cellule est isolé et converti en fragments aléatoires de tailles relativement plus petites.
  • Ces fragments sont ensuite clonés dans des hôtes appropriés à l'aide de vecteurs spécialisés.Les hôtes couramment utilisés sont les bactéries et les levures et les vecteurs sont les chromosomes artificiels bactériens (BAC) et les chromosomes artificiels de levure (YAC).
  • Les fragments sont ensuite séquencés à l'aide de séquenceurs d'ADN automatisés, qui fonctionnent sur le principe développé par Frederick Sanger.
  • Les séquences ont ensuite été arrangées sur la base de certaines régions chevauchantes présentes dans celles-ci. Cela nécessite la génération de fragments qui se chevauchent pour le séquençage.
  • Des programmes informatiques spécialisés ont été développés pour l'alignement des séquences.
  • Ces séquences ont été annotées et attribuées aux chromosomes respectifs.
  • La tâche suivante consistait à attribuer les cartes génétiques et physiques sur le génome, celles-ci ont été générées à l'aide des informations sur le polymorphisme des sites de reconnaissance des endonucléases de restriction et de certaines séquences répétitives d'ADN, appelées microsatellites.

Question 8.
Énumérez les différents marqueurs qui sont utilisés dans les empreintes génétiques.
Réponse:
Les différents marqueurs utilisés dans les empreintes génétiques sont les suivants :

  1. Polymorphisme de longueur des fragments de restriction (RFLP)
  2. Nombre variable de répétitions tendem (VNTR)
  3. Répétitions courtes de tendem
  4. ADN microsatellite
  5. Polymorphisme nucléotidique simple (SNP)

Question 9.
La réplication a pu avoir lieu en présence de précurseurs de désoxynucléotides radioactifs dans coli qui était un mutant pour l'ADN ligase. L'ADN radioactif nouvellement synthétisé a été purifié et les brins ont été séparés par dénaturation. Ceux-ci ont été centrifugés par centrifugation en gradient de densité. Lequel des résultats suivants serait un résultat correct ?


Réponse:
(a) Deux pics seront obtenus, l'un de brins de poids moléculaire élevé qui sont de longs brins continus qui ont été synthétisés sur le brin principal. L'autre pic est obtenu à partir de brins de faible poids moléculaire, ce qui est dû à de courts fragments d'Okazaki synthétisés sur le brin en retard car l'ADN ligase mutée ne rejoindra pas les fragments d'Okazaki.

Nous espérons que les solutions exemplaires du NCERT pour la biologie de classe 12, chapitre 6, Base moléculaire de l'héritage, vous aideront. Si vous avez des questions concernant les solutions exemplaires .NCERT pour la biologie de classe 12, chapitre 6, Base moléculaire de l'héritage, laissez un commentaire ci-dessous et nous vous répondrons au plus tôt.