Génie génétique et biologie moléculaire en Terminale
Cours complet, points clés à retenir et exercices d'entraînement de génie génétique et biologie moléculaire pour les élèves de Terminale. Conforme au programme officiel.
Réviser notion par notion
Ce que tu vas réviser
- ADN recombinant et clonage moléculaire
- Vecteurs et transformation bactérienne
- PCR et amplification génique
- Séquençage et CRISPR-Cas9
- OGM et applications biotechnologiques
ADN recombinant et clonage moléculaire
L'ADN recombinant est une molécule d'ADN créée en combinant des fragments d'ADN provenant de sources différentes. Le clonage moléculaire consiste à insérer ce fragment d'ADN dans un vecteur (plasmide ou virus) pour le reproduire à l'identique dans une cellule hôte.
Exemple
Créer de l'insuline humaine en insérant le gène humain dans une bactérie E. coli, qui va alors produire l'insuline comme une usine biologique.
À retenir : Un plasmide est un petit anneau d'ADN bactérien utilisé comme vecteur pour transporter un gène d'intérêt dans une cellule hôte.
Enzymes de restriction et ligation
Les enzymes de restriction sont des ciseaux moléculaires qui coupent l'ADN à des séquences spécifiques. La ligase est une enzyme qui recolle les fragments d'ADN en formant des liaisons covalentes entre eux.
Exemple
Couper un gène intéressant avec une enzyme de restriction, puis le coller dans un plasmide avec la ligase, comme on découperait et collerait des morceaux de papier.
À retenir : Les enzymes de restriction créent des extrémités collantes identiques qui permettent l'appairage de fragments d'ADN différents.
PCR et amplification génique
La PCR (Polymerase Chain Reaction) est une technique qui amplifie exponentiellement une séquence d'ADN spécifique en répétant des cycles de dénaturation, hybridation et synthèse. Après n cycles, on obtient environ $2^n$ copies du fragment initial.
Exemple
Amplifier l'ADN d'un virus dans un test COVID pour le détecter, ou identifier un suspect à partir d'une trace de sang sur une scène de crime.
À retenir : La PCR double la quantité d'ADN à chaque cycle, permettant d'obtenir des millions de copies en quelques heures.
Électrophorèse et séparation d'ADN
L'électrophorèse est une technique qui sépare les fragments d'ADN selon leur taille en les faisant migrer dans un gel sous l'effet d'un champ électrique. Les petits fragments se déplacent plus vite que les gros.
Exemple
Vérifier qu'un gène a bien été inséré dans un plasmide en comparant les tailles de fragments avant et après clonage sur un gel.
À retenir : L'ADN migre du pôle négatif vers le pôle positif, et les fragments les plus petits voyagent le plus loin dans le gel.
Séquençage de l'ADN
Le séquençage détermine l'ordre exact des bases azotées (A, T, G, C) dans une molécule d'ADN. Les méthodes modernes permettent de lire rapidement des millions de bases.
Exemple
Séquencer le génome d'une personne pour identifier les mutations responsables d'une maladie génétique, ou vérifier l'identité d'un gène cloné.
À retenir : Le séquençage révèle l'information génétique complète et permet de vérifier que le gène cloné est correct.
OGM et applications biotechnologiques
Un OGM (Organisme Génétiquement Modifié) est un organisme dont le patrimoine génétique a été modifié par l'insertion de gènes étrangers. Les applications incluent la production de médicaments, l'amélioration des cultures et la création de biocarburants.
Exemple
Des tomates OGM qui mûrissent plus lentement, du maïs résistant aux insectes, ou des bactéries qui produisent du bioéthanol à partir de déchets.
À retenir : Les OGM permettent de produire des protéines thérapeutiques et d'améliorer les cultures, mais soulèvent des questions éthiques et environnementales.
Les points clés
- Le génie génétique repose sur trois étapes : couper l'ADN avec des enzymes de restriction, l'insérer dans un vecteur, et l'amplifier dans une cellule hôte.
- La PCR est la technique la plus puissante pour amplifier rapidement une séquence d'ADN spécifique en laboratoire.
- L'électrophorèse et le séquençage permettent de vérifier et d'analyser les modifications génétiques réalisées.
- Les OGM ont des applications médicales majeures (insuline, vaccins) mais leur utilisation en agriculture reste controversée.
L'essentiel
Le génie génétique combine le clonage moléculaire, l'amplification par PCR et l'analyse par électrophorèse pour créer et étudier des OGM avec des applications thérapeutiques et agricoles.
Exercices d'entraînement
Entraîne-toi sur ces exercices, puis fais-toi corriger pas à pas par le tuteur.
Exercice 1
Un chercheur utilise une électrophorèse sur gel d'agarose pour séparer des fragments d'ADN. Il dépose 5 échantillons contenant des fragments de tailles différentes. Après migration sous champ électrique, les fragments se séparent selon leur taille. Expliquez pourquoi les petits fragments migrent plus loin que les gros fragments et identifiez le principe physique en jeu.
Corrige cet exercice avec le tuteur →Exercice 2
Un gène d'intérêt de 2 kb doit être amplifié par PCR. Les amorces utilisées ont une température de fusion (Tm) de 58°C. Décrivez les trois étapes principales d'un cycle de PCR et expliquez pourquoi la température de dénaturation (94-95°C) doit être supérieure à la température d'hybridation (58°C). Combien de copies du gène seront présentes après 30 cycles de PCR si on part d'une seule molécule d'ADN initial?
Corrige cet exercice avec le tuteur →