Travaux pratiques

L’IDENTITE BIOLOGIQUE DES ORGANISMES

Chaque individu est caractérisé, entre autre, par le programme génétique contenu dans le noyau de chacune de ses cellules. Ce programme est inscrit dans ses gènes dont l’ensemble constitue le génotype. On estime que, dans l’espèce humaine, le nombre de gènes est de l'ordre de 30 000. Le génotype détermine l’identité biologique mais il n’est pas directement accessible à l’observation. Toutefois, il contribue à la mise en place des caractéristiques visibles (ou aisément détectables) des être vivants que l’on appelle le phénotype. Aussi, caractériser l’identité biologique des cellules et des organismes consiste à identifier des éléments du phénotype dont la présence est directement liée à l’expression du programme génétique. Seuls les vrais jumeaux possèdent la même identité biologique.
Diverses méthodes permettent de comparer l'identité biologique des organismes et d'identifier ainsi une plus ou moins grande proximité évolutive.

Problèmes :

Quels éléments du phénotype reflètent directement le génotype et donc l’identité biologique ?

Quelles méthodes permettent d’identifier ces éléments ?

Diverses méthodes permettent de caractériser les molécules élaborées par les êtres vivants. Certaines d'entre elles seront mises en œuvre pour explorer la diversité de trois types de marqueurs biologiques, des enzymes du groupe des hydrolases, les protéines du sérum et les glycoprotéines membranaires des globules rouges correspondant aux groupes sanguins.

I- Les protéines sériques des Vertébrés

Le sérum contient des protéines variées. Elles diffèrent notamment par leur masse moléculaire et par leur charge électrique ce qui permet de les séparer par électrophorèse. Quand on soumet un échantillon de sérum à un champ électrique dans des conditions adéquates, les molécules se séparent en fonction de leur charge électrique. Après coloration, chaque protéine apparaît sous forme d’une bande.
Le sérum de dix personnes différentes est soumis à l'électrophorèse sur un même gel tandis que le sérum de neuf Vertébrés, trois Oiseaux (canard, poule, pigeon) et six Mammifères (cobaye, lapin, chèvre, chien, singe rhésus, homme) est soumis à l'électrophorèse sur un autre gel.

Voir fiche technique

Compte-rendu

Après coloration et séchage, les protéinogrammes seront photocopiés et vous collerez la photocopie sur la feuille de compte-rendu.

1. Indiquer sur la feuille l’emplacement de l’anode et de la cathode, le sens de migration des molécules ainsi que le nom des protéines séparées quand elles sont identifiables par référence aux protéines sériques humaines identifiées sur le profil densitométrique.

2. En déduire un classement des protéines identifiées selon l’importance de leur charge négative.

3. Comparer la composition en protéines des sérum d'espèces différentes et ceux de même espèce.

4. Expliquer en quoi ces données reflètent l'identité biologique.

Voir des résultats

II- Équipement enzymatique de microorganismes

Des tests de détermination rapide d'activités enzymatiques (API-ZYM) sont utilisés pour comparer l'équipement en hydrolases, enzymes permettant l'hydrolyse de diverses molécules.

Protocole

Déposer deux gouttes d'une des suspensions de microorganismes (une espèce de cyanobactérie et trois espèces différentes de levures) dans chaque cupule d'une galerie.

Placer la galerie dans sa boîte après y avoir déposé 5 mL d'eau, fermer et placer à l'étuve.

Après 1 h d'incubation, déposer 1 goutte du réactif A puis une goutte du réactif B dans chaque cupule.

Après apparition d'une coloration dans les cupules positives, passer la galerie sous la rampe à UV pour décolorer les cupules négatives.

Résultats

  1. Présenter les résultats sous forme d'un tableau avec les espèces en colonnes et les enzymes en lignes.
  2. Les résultats obtenus sont ils en accord avec ceux obtenus au I. ?
  3. Quelle est l'utilité biologique des enzymes identifiées pour les espèces qui les fabriquent ?

  4. Voir des résultats

III- Détermination du groupe sanguin par une méthode immunologique

Les globules rouges humains (GRH) diffèrent selon les individus : comme toutes les cellules vivantes, ils portent à leur surface des molécules fixées à la membrane plasmique. La nature de ces marqueurs dépend du programme génétique. Une des catégories de marqueurs membranaires des GRH constitue le système des groupes sanguins ABO. Chaque individu appartient nécessairement à l’un des 4 groupes de ce système : A, B, AB et O selon les gènes qu’il a reçus de ses parents.

Pour déterminer l’identité de ces marqueurs chez un individu donné, on utilise des anticorps, molécules produites par le système immunitaire et ayant la propriété de se lier à une molécule donnée et à aucune autre. On qualifie donc cette liaison de spécifique. Ainsi, un anticorps anti-A se fixe aux globules rouges comportant le marqueur A mais pas à ceux qui ne le comportent pas. En revanche, les anticorps anti-B se lient aux globules rouges comportant le marqueur B mais pas à ceux ne le comportant pas etc.

Comme les anticorps possèdent 2 sites de liaison, lorsqu’ils sont mis en présence de GRH portant les molécules qu’ils peuvent lier, ils constituent des " ponts " entre les globules rouges qui s’agglutinent les uns aux autres : on parle d’hémagglutination. La réaction est visible à l’œil nu car l’agglutination des GRH forme une sorte de précipité dans la solution. Pour cette raison, les anticorps dirigés contre les marqueurs du système ABO sont appelés agglutinines et les marqueurs membranaires des GRH, agglutinogènes. Lorsque les anticorps utilisés ne reconnaissent pas les marqueurs des globules rouges, on n’observe aucun précipité.

Réalisation pratique

Déposer une goutte du sang à tester dans trois alvéoles de la plaque de porcelaine (il s'agit de sang artificiel constitué de billes de latex portant les antigènes érythrocytaires du système ABO).

Ajouter à la première une goutte de sérum anti-A, à la seconde une goutte de sérum anti-B et à la troisième une goutte de sérum anti-AB.

Mélanger soigneusement chaque échantillon avec une baguette (bien essuyer la baguette entre deux échantillons différents).

Déterminer avec quel(s) sérum(s) on constate une agglutination et en déduire à quel groupe appartient le sang en vous aidant de la fiche technique.

Compte-rendu

1. Schématiser le résultat obtenu dans les trois tests et indiquer votre déduction concernant le groupe du sang testé.

2. Que se passerait-il si un patient de groupe AB recevait une transfusion de sang de groupe A ? Justifier.

3. En quoi les diverses observations réalisées (I à III) illustrent-elles la notion d'identité biologique ?

Consulter les informations sur le système ABO

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