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Expression et régulation génique

AP Biologie · Topic 6 · ⁨Sujet 6⁩

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8:40

Expression et régulation génique

Ce fil blanc dans le tube est de l'ADN réel, extrait de cellules ordinaires. Il ne ressemble à rien du tout. Mais il contient toutes les instructions dont votre corps aura jamais besoin.…

English narration · English + 中文 subtitles burned in · ⁨Narration en anglais · Sous-titres anglais + 中文 incrustés⁩

6.1

DNA and RNA Structure · ⁨Structure de l'ADN et de l'ARN⁩

Syllabus · ⁨Programme⁩
English

Enduring Understanding (BIG IDEA 3 — Information Storage and Transmission): Living systems store, retrieve, transmit, and respond to information essential to life processes.

Learning Objective 6.1.A: Describe the structures involved in passing hereditary information from one generation to the next.

  • 6.1.A.1 Genetic information is stored in and passed to subsequent generations through DNA molecules and, in some cases, RNA molecules.
    • 6.1.A.1.i Prokaryotic organisms typically have circular chromosomes.
    • 6.1.A.1.ii Eukaryotic organisms typically have multiple linear chromosomes that are comprised of DNA. These chromosomes are condensed using histones and associated proteins.
  • 6.1.A.2 Prokaryotes and eukaryotes can contain plasmids, which are extra-chromosomal circular molecules of DNA.

Learning Objective 6.1.B: Describe the characteristics of DNA that allow it to be used as hereditary material.

  • 6.1.B.1 Nucleic acids exhibit specific nucleotide base pairing that is conserved through evolution.
    • 6.1.B.1.i Purines (guanine and adenine) have a double ring structure.
    • 6.1.B.1.ii Pyrimidines (cytosine, thymine, and uracil) have a single ring structure.
    • 6.1.B.1.iii Purines pair with pyrimidines: adenine with thymine (or uracil in RNA) and guanine with cytosine.
Français

Compréhension durable (GRANDE IDÉE 3 — Stockage et transmission de l'information) : Les systèmes vivants stockent, récupèrent, transmettent et répondent à l'information essentielle aux processus vitaux.

Objectif d'apprentissage 6.1.A : Décrire les structures impliquées dans la transmission de l'information héréditaire d'une génération à l'autre.

  • 6.1.A.1 L'information génétique est stockée et transmise aux générations suivantes par des molécules d'ADN et, dans certains cas, par des molécules d'ARN.
    • 6.1.A.1.i Les organismes procaryotes ont typiquement des chromosomes circulaires.
    • 6.1.A.1.ii Les organismes eucaryotes ont typiquement plusieurs chromosomes linéaires composés d'ADN. Ces chromosomes sont condensés à l'aide d'histones et de protéines associées.
  • 6.1.A.2 Les procaryotes et les eucaryotes peuvent contenir des plasmides, qui sont des molécules d'ADN circulaires extrachromosomiques.

Objectif d'apprentissage 6.1.B : Décrire les caractéristiques de l'ADN qui lui permettent d'être utilisé comme matériel héréditaire.

  • 6.1.B.1 Les acides nucléiques présentent un appariement spécifique de bases nucléotidiques conservé au cours de l'évolution.
    • 6.1.B.1.i Les purines (guanine et adénine) ont une structure à double anneau.
    • 6.1.B.1.ii Les pyrimidines (cytosine, thymine et uracile) possèdent une structure à anneau unique.
    • 6.1.B.1.iii Les purines s'apparient avec les pyrimidines : l'adénine avec la thymine (ou l'uracile dans l'ARN) et la guanine avec la cytosine.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Source : Description du cours et de l'examen AP College Board⁩

English

DNA carries genetic information as a double helix 双螺旋 of two strands. Its nucleotides 核苷酸 pair by rule – A with T, G with C (complementary base pairing 互补配对) – so one strand specifies the other. The strands run antiparallel 反平行. RNA is single-stranded, uses uracil (U) instead of thymine, and has ribose sugar.

How the DNA is packaged differs between the domains, and the CED asks for both.

  • Prokaryotic organisms typically have a single circular chromosome 环状染色体 in the cytoplasm, often with extra small circles called plasmids.
  • Eukaryotic organisms typically have multiple linear chromosomes 线性染色体, and each is condensed by wrapping around proteins called histones 组蛋白. That packing is what fits two metres of DNA into a nucleus a few micrometres across — and because a tightly wound region is hard for the transcription machinery to reach, the packing is itself a level of gene regulation.
Français
Enroulement de l'ADN précipité issu d'un extrait cellulaire — L'ADN est une molécule réelle et visible
Enroulement de l'ADN précipité issu d'un extrait cellulaire — L'ADN est une molécule réelle et visible

L'ADN transporte l'information génétique sous forme de double hélice 双螺旋 composée de deux brins. Ses nucléotides 核苷酸 s'apparient selon une règle : A avec T, G avec C (appariement de bases complémentaire 互补配对), ce qui fait que l'un des brins spécifie l'autre. Les brins sont orientés en sens antiparallèle 反parallel. L'ARN est monocaténaire, utilise l'uracile (U) au lieu de la thymine et possède un sucre ribose.

ADN : deux brins antiparallèles maintenus par des appariements de bases complémentaires
ADN : deux brins antiparallèles maintenus par des appariements de bases complémentaires

L'emballage de l'ADN diffère entre les domaines, et le CED demande de connaître les deux.

  • Les organismes procaryotes possèdent généralement un chromosome circulaire unique 环状染色体 dans le cytoplasme, souvent complété par de petits cercles supplémentaires appelés plasmides.
  • Les organismes eucaryotes possèdent généralement des chromosomes linéaires multiples 线性染色体, chacun étant condensé par enroulement autour de protéines appelées histones 组蛋白. Cet emballage permet de loger deux mètres d'ADN dans un noyau de quelques micromètres de diamètre — et comme une région fortement enrouillée est inaccessible à la machinerie de transcription, l'emballage constitue lui-même un niveau de régulation génique.
6.2

DNA Replication · ⁨Réplication de l'ADN⁩

Syllabus · ⁨Programme⁩
English

Enduring Understanding (BIG IDEA 3 — Information Storage and Transmission): Living systems store, retrieve, transmit, and respond to information essential to life processes.

Learning Objective 6.2.A: Describe the mechanisms by which genetic information is copied for transmission between generations.

  • 6.2.A.1 DNA replication ensures continuity of hereditary information.
    • 6.2.A.1.i DNA is synthesized in the 5' to 3' direction.
    • 6.2.A.1.ii Replication is a semiconservative process, meaning one strand of DNA serves as the template for a new strand of complementary DNA.
    • 6.2.A.1.iii Helicase unwinds the DNA strands.
    • 6.2.A.1.iv Topoisomerase relaxes supercoiling in front of the replication fork.
    • 6.2.A.1.v DNA polymerase requires RNA primers to initiate DNA synthesis.
    • 6.2.A.1.vi DNA polymerase synthesizes new strands of DNA continuously on the leading strand and discontinuously on the lagging strand.
    • 6.2.A.1.vii Ligase joins the fragments on the lagging strand.
    • Exclusion statement: The names of the steps and particular enzymes involved, excluding DNA polymerase, ligase, RNA polymerase, helicase, and topoisomerase, are beyond the scope of the AP Exam.
Français

Compréhension durable (GRANDE IDÉE 3 — Stockage et transmission de l'information) : Les systèmes vivants stockent, récupèrent, transmettent et répondent à l'information essentielle aux processus vitaux.

Objectif d'apprentissage 6.2.A : Décrire les mécanismes par lesquels l'information génétique est copiée pour la transmission entre générations.

  • 6.2.A.1 La réplication de l'ADN assure la continuité de l'information héréditaire.
    • 6.2.A.1.i L'ADN est synthétisé dans le sens 5' vers 3'.
    • 6.2.A.1.ii La réplication est un processus semi-conservatif, ce qui signifie qu'un brin d'ADN sert de matrice pour la synthèse d'un nouveau brin d'ADN complémentaire.
    • 6.2.A.1.iii L'hélicase déroule les brins d'ADN.
    • 6.2.A.1.iv La topoisomérase relâche les superenroulements devant la fourche de réplication.
    • 6.2.A.1.v La polymérase ADN nécessite des amorces ARN pour initier la synthèse de l'ADN.
    • 6.2.A.1.vi La polymérase ADN synthétise de nouveaux brins d'ADN de manière continue sur le brin leading et de manière discontinue sur le brin lagging.
    • 6.2.A.1.vii La ligase joint les fragments sur le brin lagging.
    • Énoncé d'exclusion : Les noms des étapes et des enzymes particulières impliquées, à l'exception de la polymérase ADN, de la ligase, de l'ARN polymérase, de l'hélicase et de la topoisomérase, sont hors programme de l'examen AP.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Source : Description du cours et de l'examen AP College Board⁩

English

Before a cell divides, DNA is copied semiconservatively 半保留复制: the helix unwinds and each old strand templates a new one, so each daughter helix has one old and one new strand. DNA polymerase 聚合酶 adds nucleotides following base-pairing rules, building the new strand and proofreading as it goes.

Français

Avant qu'une cellule ne se divise, l'ADN est copié de manière semi-conservative 半保留复制 : l'hélice se déroule et chaque vieille brin sert de matrice pour une nouvelle, de sorte que chaque hélice fille possède une vieille brin et une nouvelle brin. L'ADN polymérase 聚合酶 ajoute des nucléotides en suivant les règles d'appariement des bases, construisant la nouvelle brin et vérifiant les erreurs au fur et à mesure.

Réplication semiconservative de l'ADN à fourche de réplication
Réplication semiconservative de l'ADN à fourche de réplication
6.3

Transcription and RNA Processing · ⁨Transcription et traitement de l'ARN⁩

Syllabus · ⁨Programme⁩
English

Enduring Understanding (BIG IDEA 3 — Information Storage and Transmission): Living systems store, retrieve, transmit, and respond to information essential to life processes.

Learning Objective 6.3.A: Describe the mechanisms by which genetic information flows from DNA to RNA to protein.

  • 6.3.A.1 The sequence of the RNA bases, together with the structure of the RNA molecule, determines RNA function.
    • 6.3.A.1.i Messenger RNA (mRNA) molecules carry information from DNA in the nucleus to the ribosome in the cytoplasm.
    • 6.3.A.1.ii Distinct transfer RNA (tRNA) molecules bind specific amino acids and have anticodon sequences that base pair with the codons of mRNA. tRNA is recruited to the ribosome during translation to generate the primary peptide sequence based on the mRNA sequence.
    • 6.3.A.1.iii Ribosomal RNA (rRNA) molecules are functional building blocks of ribosomes.
  • 6.3.A.2 RNA polymerases use a single template strand of DNA to direct the inclusion of bases in the newly formed RNA molecule. This process is known as transcription.
  • 6.3.A.3 The enzyme RNA polymerase synthesizes mRNA molecules in the 5' to 3' direction by reading the template DNA strand in the 3' to 5' direction.
  • 6.3.A.4 In eukaryotic cells the mRNA transcript undergoes a series of enzyme-mediated modifications.
    • 6.3.A.4.i The addition of a poly-A tail makes mRNA more stable.
    • 6.3.A.4.ii The addition of a GTP cap helps with ribosomal recognition.
    • 6.3.A.4.iii The excision of introns, along with the splicing and retention of exons, generates different versions of the resulting mature mRNA molecule. This process is known as alternative splicing.
Français

Compréhension durable (GRANDE IDÉE 3 — Stockage et transmission de l'information) : Les systèmes vivants stockent, récupèrent, transmettent et répondent à l'information essentielle aux processus vitaux.

Objectif d'apprentissage 6.3.A : Décrire les mécanismes par lesquels l'information génétique circule de l'ADN vers l'ARN puis vers la protéine.

  • 6.3.A.1 La séquence des bases de l'ARN, ainsi que la structure de la molécule d'ARN, déterminent la fonction de l'ARN.
    • 6.3.A.1.i Les molécules d'ARN messager (ARNm) transportent l'information de l'ADN du noyau vers le ribosome dans le cytoplasme.
    • 6.3.A.1.ii Des molécules d'ARN de transfert (ARNt) distinctes se lient à des acides aminés spécifiques et possèdent des séquences d'anticodons qui s'apparient avec les codons de l'ARNm. L'ARNt est recruté au ribosome lors de la traduction pour générer la séquence peptidique primaire basée sur la séquence de l'ARNm.
    • 6.3.A.1.iii Les molécules d'ARN ribosomique (ARNr) constituent les blocs de construction fonctionnels des ribosomes.
  • 6.3.A.2 Les ARN polymérases utilisent un seul brin matrice d'ADN pour diriger l'inclusion de bases dans la nouvelle molécule d'ARN formée. Ce processus est appelé transcription.
  • 6.3.A.3 L'enzyme ARN polymérase synthétise des molécules d'ARNm dans le sens 5' vers 3' en lisant le brin matrice d'ADN dans le sens 3' vers 5'.
  • 6.3.A.4 Dans les cellules eucaryotes, le transcrit d'ARNm subit une série de modifications médiées par des enzymes.
    • 6.3.A.4.i L'ajout d'une queue poly-A rend l'ARNm plus stable.
    • 6.3.A.4.ii L'ajout d'une coiffe GTP facilite la reconnaissance ribosomique.
    • 6.3.A.4.iii L'excision des introns, ainsi que l'épissage et la rétention des exons, génèrent différentes versions de la molécule d'ARNm mature résultante. Ce processus est appelé épissage alternatif.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Source : Description du cours et de l'examen AP College Board⁩

English

Transcription 转录 copies a gene's DNA into messenger RNA 信使RNA (mRNA). RNA polymerase reads the template strand and builds a complementary RNA. In eukaryotes the mRNA is then processed: a cap and tail are added, and introns 内含子 (non-coding parts) are spliced out, leaving the exons 外显子.

The 5′ cap added during processing is a modified guanine nucleotide — a GTP cap — and its job is recognition: it helps the ribosome recognise and bind the mRNA, as well as protecting the transcript from degradation as it leaves the nucleus.

Français

La transcription 转录 copie l'ADN d'un gène en ARN messager 信使RNA (ARNm). L'ARN polymérase lit le brin matrice et construit un ARN complémentaire. Chez les eucaryotes, l'ARNm est ensuite traité : une coiffe et une queue sont ajoutées, et les introns 内含子 (parties non codantes) sont épissés, laissant les exons 外显子.

Les introns sont retirés et les exons joints pour former l'ARNm mature
Les introns sont retirés et les exons joints pour former l'ARNm mature

La coiffe 5′ ajoutée lors du traitement est un nucléotide de guanosine modifié — une coiffe GTP — dont la fonction est la reconnaissance : elle aide le ribosome à reconnaître et se lier à l'ARNm, ainsi qu'à protéger le transcript contre la dégradation lors de sa sortie du noyau.

Explore · ⁨Explorer⁩

Transcrire l'ADN en ARN messager

La transcription copie un brin matriciel d'ADN en ARNm, appariant A→U, T→A, C→G, G→C. Parcourez pour construire la brin d'ARN base par base.

Vocabulary · ⁨Vocabulaire⁩ Train · ⁨Entrainer⁩
English · ⁨Anglais⁩ Chinese · ⁨Chinois⁩ Pinyin
double helix/ˈdʌbl ˈhiːlɪks/ 双螺旋 shuāng luó xuán
nucleotides/ˈnjuːklɪɒtaɪdz/ 核苷酸 hé gān suān
complementary base pairing/ˌkɒmplɪˈmentəri beɪs ˈpeərɪŋ/ 互补配对 hù bǔ pèi duì
antiparallel/ˌæntɪˈpærəlel/ 反平行 fǎn píng xíng
single circular chromosome/ˈsɪŋɡl ˈsɜːkjʊlə ˈkrəʊməsəʊm/ 环状染色体 huán zhuàng rǎn sè tǐ
multiple linear chromosomes/ˈmʌltɪpl ˈlɪnɪə ˈkrəʊməsəʊmz/ 线性染色体 xiàn xìng rǎn sè tǐ
condensed by wrapping around proteins called histones/kənˈdenst baɪ ˈræpɪŋ əˈraʊnd ˈprəʊtiːnz kɔːld ˈhɪstəʊnz/ 组蛋白 zǔ dàn bái
semiconservatively/ˌsemɪkənˈsɜːvətɪvli/ 半保留复制 bàn bǎo liú fù zhì
DNA polymerase/ˌdiː en ˈeɪ ˌpɒlɪməˈreɪz/ 聚合酶 jù hé méi
Transcription/trænˈskrɪpʃn/ 转录 zhuǎn lù
messenger RNA/ˈmesɪndʒə ˌɑː en ˈeɪ/ 信使 xìn shǐ
introns/ɪnˈtrɒnz/ 内含子 nèi hán zi
exons/eɡˈzɒnz/ 外显子 wài xiǎn zi
Translation/trænˈsleɪʃn/ 翻译 fān yì
6.4

Translation · ⁨Traduction⁩

Syllabus · ⁨Programme⁩
English

Enduring Understanding (BIG IDEA 3 — Information Storage and Transmission): Living systems store, retrieve, transmit, and respond to information essential to life processes.

Learning Objective 6.4.A: Explain how the phenotype of an organism is determined by its genotype.

  • 6.4.A.1 Translation of the mRNA to generate a polypeptide occurs on ribosomes that are present in the cytoplasm of both prokaryotic and eukaryotic cells, as well as the cytoplasmic surface of the rough ER of eukaryotic cells.
  • 6.4.A.2 In prokaryotic organisms, translation of the mRNA molecule occurs while it is being transcribed.
  • 6.4.A.3 Translation involves many sequential steps, including initiation, elongation, and termination. The salient features of translation include:
    • 6.4.A.3.i Translation is initiated when the rRNA in the ribosome interacts with the mRNA at the start codon (AUG, coding for the amino acid methionine).
    • 6.4.A.3.ii The sequence of nucleotides on the mRNA is read in triplets, called codons.
    • 6.4.A.3.iii Each codon encodes a specific amino acid, which can be deduced by using a genetic code chart. Many amino acids are encoded by more than one codon.
    • 6.4.A.3.iv Nearly all living organisms use the same genetic code, which is evidence for the common ancestry of all living organisms.
    • 6.4.A.3.v tRNA brings the correct amino acid to the place specified by the codon on the mRNA.
    • 6.4.A.3.vi The amino acid is transferred to the growing polypeptide chain.
    • 6.4.A.3.vii The process continues along the mRNA until a stop codon is reached.
    • 6.4.A.3.viii Translation terminates with the release of the newly synthesized protein.
    • Exclusion statement: The details and names of the enzymes and factors involved in each of these steps are beyond the scope of the AP Exam.
    • Exclusion statement: Memorization of the genetic code, with the exception of the start codon AUG, is beyond the scope of the AP Exam.
  • 6.4.A.4 Genetic information in retroviruses is a special case and has an alternate flow of information: from RNA to DNA, made possible by reverse transcriptase, an enzyme that copies the viral RNA genome into DNA. This DNA integrates into the host genome and is transcribed and translated for the assembly of new viral progeny.
Français

Compréhension durable (GRANDE IDÉE 3 — Stockage et transmission de l'information) : Les systèmes vivants stockent, récupèrent, transmettent et répondent à l'information essentielle aux processus vitaux.

Objectif d'apprentissage 6.4.A : Expliquer comment le phénotype d'un organisme est déterminé par son génotype.

  • 6.4.A.1 La traduction de l'ARNm pour générer un polypeptide a lieu sur les ribosomes présents dans le cytoplasme des cellules procaryotes et eucaryotes, ainsi que sur la surface cytoplasmique du réticulum endoplasmique rugueux des cellules eucaryotes.
  • 6.4.A.2 Chez les organismes procaryotes, la traduction de la molécule d'ARNm a lieu pendant sa transcription.
  • 6.4.A.3 La traduction implique de nombreuses étapes séquentielles, y compris l'initiation, l'élongation et la terminaison. Les caractéristiques principales de la traduction incluent :
    • 6.4.A.3.i La traduction est initiée lorsque l'ARNr du ribosome interagit avec l'ARNm au niveau du codon de départ (AUG, codant pour l'acide aminé méthionine).
    • 6.4.A.3.ii La séquence de nucléotides sur l'ARNm est lue par triplets, appelés codons.
    • 6.4.A.3.iii Chaque codon code pour un acide aminé spécifique, qui peut être déduit en utilisant un tableau du code génétique. De nombreux acides aminés sont codés par plus d'un codon.
    • 6.4.A.3.iv Presque tous les êtres vivants utilisent le même code génétique, ce qui constitue une preuve de l'ancêtre commun de tous les êtres vivants.
    • 6.4.A.3.v L'ARNt apporte l'acide aminé correct à l'emplacement spécifié par le codon sur l'ARNm.
    • 6.4.A.3.vi L'acide aminé est transféré à la chaîne polypeptidique en cours d'élongation.
    • 6.4.A.3.vii Le processus se poursuit le long de l'ARNm jusqu'à ce qu'un codon stop soit atteint.
    • 6.4.A.3.viii La traduction se termine par la libération de la protéine nouvellement synthétisée.
    • Énoncé d'exclusion : Les détails et les noms des enzymes et facteurs impliqués dans chacune de ces étapes sont hors programme de l'examen AP.
    • Énoncé d'exclusion : La mémorisation du code génétique, à l'exception du codon de départ AUG, est hors programme de l'examen AP.
  • 6.4.A.4 L'information génétique chez les rétrovirus constitue un cas particulier et suit un flux d'information alternatif : de l'ADN vers l'ARN, rendu possible par la transcriptase inverse, une enzyme qui copie le génome viral ARN en ADN. Cet ADN s'intègre dans le génome hôte et est transcrit et traduit pour l'assemblage de nouvelles progénies virales.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Source : Description du cours et de l'examen AP College Board⁩

English

Translation 翻译 builds a protein from the mRNA at the ribosome 核糖体. The mRNA is read in three-base codons 密码子, each specifying one amino acid (the genetic code). Transfer RNA 转运RNA brings the matching amino acid, and the ribosome links them into a polypeptide until a stop codon ends it. This is the "central dogma": DNA → RNA → protein.

Français

La traduction 翻译 synthétise une protéine à partir de l'ARNm au niveau du ribosome 核糖体. L'ARNm est lu par triplets de trois bases appelés codons 密码one, chacun spécifiant un acide aminé (le code génétique). Le tRNA 转运RNA apporte l'acide aminé correspondant, et le ribosome les lie pour former une polypeptide jusqu'à ce qu'un codon de terminaison mette fin au processus. C'est la « dogme central » : ADN → ARN → protéine.

L'ARNm est lu par un ribosome pour construire une protéine à partir d'acides aminés
L'ARNm est lu par un ribosome pour construire une protéine à partir d'acides aminés
Vocabulary · ⁨Vocabulaire⁩ Train · ⁨Entrainer⁩
English · ⁨Anglais⁩ Chinese · ⁨Chinois⁩ Pinyin
ribosome/ˈriːbəʊsəʊm/ 核糖体 hé táng tǐ
codons/ˈkəʊdɒnz/ 密码子 mì mǎ zi
Transfer RNA/ˈtrænsfɜː ˌɑː en ˈeɪ/ 转运 zhuǎn yùn
operons/ˈɒpərənz/ 操纵子 cāo zòng zi
differential gene expression/ˌdɪfəˈrenʃl dʒiːn ekˈspreʃn/ 差异表达 chā yì biǎo dá
6.5

Regulation of Gene Expression · ⁨Régulation de l'expression génique⁩

Syllabus · ⁨Programme⁩
English

Enduring Understanding (BIG IDEA 3 — Information Storage and Transmission): Living systems store, retrieve, transmit, and respond to information essential to life processes.

Learning Objective 6.5.A: Describe the types of interactions that regulate gene expression.

  • 6.5.A.1 Regulatory sequences are stretches of DNA that interact with regulatory proteins to control transcription. Some genes are constitutively expressed, and others are inducible.
  • 6.5.A.2 Epigenetic changes can affect gene expression through reversible modifications of DNA or histones.
  • 6.5.A.3 The phenotype of a cell or an organism is determined by the combination of genes that are expressed and the levels at which they are expressed.
    • 6.5.A.3.i Observable cell differentiation results from the expression of genes for tissue-specific proteins.
    • 6.5.A.3.ii Induction of transcription factors during development results in sequential gene expression.
    • 6.5.A.3.iii The function and amount of gene products determine the phenotype of organisms.

Learning Objective 6.5.B: Explain how the location of regulatory sequences relates to their function.

  • 6.5.B.1 Both prokaryotes and eukaryotes have groups of genes that are coordinately regulated.
    • 6.5.B.1.i Prokaryotes regulate operons in an inducible or repressible system.
    • 6.5.B.1.ii In eukaryotes, groups of genes may be influenced by the same transcription factors to coordinately regulate expression.
Français

Compréhension durable (GRANDE IDÉE 3 — Stockage et transmission de l'information) : Les systèmes vivants stockent, récupèrent, transmettent et répondent à l'information essentielle aux processus vitaux.

Objectif d'apprentissage 6.5.A : Décrire les types d'interactions qui régulent l'expression génique.

  • 6.5.A.1 Les séquences régulatrices sont des étendues d'ADN qui interagissent avec des protéines régulatrices pour contrôler la transcription. Certains gènes sont exprimés constitutivement, tandis que d'autres sont inducibles.
  • 6.5.A.2 Les changements épigénétiques peuvent affecter l'expression génique par des modifications réversibles de l'ADN ou des histones.
  • 6.5.A.3 Le phénotype d'une cellule ou d'un organisme est déterminé par la combinaison de gènes exprimés et les niveaux auxquels ils sont exprimés.
    • 6.5.A.3.i La différenciation cellulaire observable résulte de l'expression de gènes codant pour des protéines spécifiques aux tissus.
    • 6.5.A.3.ii L'induction de facteurs de transcription durant le développement entraîne une expression génique séquentielle.
    • 6.5.A.3.iii La fonction et la quantité des produits des gènes déterminent le phénotype des organismes.

Objectif d'apprentissage 6.5.B : Expliquer comment la localisation des séquences régulatrices se rapporte à leur fonction.

  • 6.5.B.1 Les procaryotes et les eucaryotes possèdent des groupes de gènes qui sont régulés de manière coordonnée.
    • 6.5.B.1.i Les procaryotes régulent les opérons selon un système inductible ou répressible.
    • 6.5.B.1.ii Chez les eucaryotes, des groupes de gènes peuvent être influencés par les mêmes facteurs de transcription pour réguler coordonnément l'expression.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Source : Description du cours et de l'examen AP College Board⁩

English

Cells control which genes are expressed and when. In prokaryotes, operons 操纵子 switch groups of genes on or off. In eukaryotes, regulation happens at many levels – which genes are transcribed (transcription factors, promoters, enhancers), RNA processing, and after translation. This lets a cell respond to its environment without changing its DNA.

Français

Les cellules contrôlent quels gènes sont exprimés et quand. Chez les procaryotes, les opérons 操纵子 activent ou désactivent des groupes de gènes. Chez les eucaryotes, la régulation intervient à plusieurs niveaux — quels gènes sont transcrits (facteurs de transcription, promoteurs, enhanceurs), le traitement de l'ARN, et après la traduction. Cela permet à une cellule de répondre à son environnement sans modifier son ADN.

L'opéron lac active les gènes uniquement en présence de lactose
L'opéron lac active les gènes uniquement en présence de lactose
6.6

Gene Expression and Cell Specialization · ⁨Expression génique et spécialisation cellulaire⁩

Syllabus · ⁨Programme⁩
English

Enduring Understanding (BIG IDEA 3 — Information Storage and Transmission): Living systems store, retrieve, transmit, and respond to information essential to life processes.

Learning Objective 6.6.A: Explain how the binding of transcription factors to promoter regions affects gene expression and the phenotype of the organism.

  • 6.6.A.1 RNA polymerase and transcription factors bind to promoter or enhancer DNA sequences to initiate transcription. These sequences can be upstream or downstream of the transcription start site.
  • 6.6.A.2 Negative regulatory molecules inhibit gene expression by binding to DNA and blocking transcription.

Learning Objective 6.6.B: Explain the connection between the regulation of gene expression and phenotypic differences in cells and organisms.

  • 6.6.B.1 Gene regulation results in differential gene expression and influences cell products and functions.
  • 6.6.B.2 Certain small RNA molecules have roles in regulating gene expression.
Français

Compréhension durable (GRANDE IDÉE 3 — Stockage et transmission de l'information) : Les systèmes vivants stockent, récupèrent, transmettent et répondent à l'information essentielle aux processus vitaux.

Objectif d'apprentissage 6.6.A : Expliquer comment la liaison des facteurs de transcription aux régions promoteurs affecte l'expression génique et le phénotype de l'organisme.

  • 6.6.A.1 L'ARN polymérase et les facteurs de transcription se lient aux séquences d'ADN promoteurs ou enhancers pour initier la transcription. Ces séquences peuvent être situées en amont ou en aval du site de début de transcription.
  • 6.6.A.2 Les molécules régulatrices négatives inhibent l'expression génique en se liant à l'ADN et en bloquant la transcription.

Objectif d'apprentissage 6.6.B : Expliquer le lien entre la régulation de l'expression génique et les différences phénotypiques au sein des cellules et des organismes.

  • 6.6.B.1 La régulation génique entraîne une expression différentielle des gènes et influence les produits et fonctions cellulaires.
  • 6.6.B.2 Certaines petites molécules d'ARN ont des rôles dans la régulation de l'expression génique.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Source : Description du cours et de l'examen AP College Board⁩

English

Every cell in a body has the same DNA, yet cells differ because they express different genes – differential gene expression 差异表达. This is how one fertilized egg produces many specialized cell types (muscle, nerve, skin); signals during development turn specific genes on and off.

Français

Toute cellule d'un organisme possède le même ADN, mais les cellules diffèrent car elles expriment des gènes différents — l'expression différentielle des gènes 差异表达. C'est ainsi qu'une seule cellule œuf fécondée produit de nombreux types cellulaires spécialisés (musculaire, nerveux, cutané) ; les signaux durant le développement activent ou désactivent des gènes spécifiques.

Une cellule souche se différencie en types cellulaires spécialisés
Une cellule souche se différencie en types cellulaires spécialisés
6.7

Mutations

Syllabus · ⁨Programme⁩
English

Enduring Understanding (BIG IDEA 3 — Information Storage and Transmission): Living systems store, retrieve, transmit, and respond to information essential to life processes.

Learning Objective 6.7.A: Describe the various types of mutation.

  • 6.7.A.1 Alterations in a DNA sequence are mutations that can cause changes in the type or amount of the protein produced and the consequent phenotype. DNA mutations can be beneficial, detrimental, or neutral based on the effect or the lack of effect they have on the resulting nucleic acid or protein and the phenotypes that are conferred by the protein.
    • 6.7.A.1.i Point mutations occur when one nucleotide has been substituted for a different nucleotide.
    • 6.7.A.1.ii Frameshift mutations occur when one or more nucleotides are inserted or deleted, causing the reading frame to be shifted.
    • 6.7.A.1.iii Nonsense mutations occur when there is a point mutation that causes a premature stop.
    • 6.7.A.1.iv Silent mutations occur when the change in the nucleotide sequence has no effect on the amino acid sequence.
    • Illustrative examples for 6.7.A.1:
      • Mutations in the CFTR gene disrupt ion transport and result in cystic fibrosis.
      • Mutations in the MC1R gene give adaptive melanism in pocket mice.
    • Exclusion statement: Knowledge of specific mutations and their effects is beyond the scope of the AP Exam.

Learning Objective 6.7.B: Explain how changes in genotype may result in changes in phenotype.

  • 6.7.B.1 Errors in DNA replication or DNA repair mechanisms as well as external factors, including radiation and reactive chemicals, can cause random mutations in the DNA.
    • 6.7.B.1.i Whether a mutation is beneficial, detrimental, or neutral depends on the environmental context.
    • 6.7.B.1.ii Mutations are a source of genetic variation.
  • 6.7.B.2 Errors in mitosis or meiosis can result in changes in phenotype.
    • 6.7.B.2.i Changes in chromosome number resulting from nondisjunction often result in new phenotypes caused by triploidy (aneuploidy).
    • 6.7.B.2.ii Changes in chromosome number often result in disorders with developmental limitations.
    • 6.7.B.2.iii Alterations in chromosome structure lead to genetic disorders.
    • Exclusion statement: Knowledge of specific disorders related to changes in chromosome number is beyond the scope of the AP Exam.

Learning Objective 6.7.C: Explain how alterations in DNA sequences contribute to variation that can be subject to natural selection.

  • 6.7.C.1 Changes in genotype may affect phenotypes that are subject to natural selection. Genetic changes that enhance survival and reproduction can be selected for by environmental conditions.
    • 6.7.C.1.i The horizontal acquisitions of genetic information in prokaryotes via transformation (uptake of DNA), transduction (viral transmission of genetic information), conjugation (cell-to-cell transfer of DNA), and transposition (movement of DNA segments within and between DNA molecules) increase genetic variation.
    • 6.7.C.1.ii Related viruses can recombine genetic information if they infect the same host cell.
    • 6.7.C.1.iii Reproductive processes that increase genetic variation are evolutionarily conserved and are shared by various organisms.
    • Illustrative examples for 6.7.C.1: Sickle cell anemia
Français

Compréhension durable (GRANDE IDÉE 3 — Stockage et transmission de l'information) : Les systèmes vivants stockent, récupèrent, transmettent et répondent à l'information essentielle aux processus vitaux.

Objectif d'apprentissage 6.7.A : Décrire les divers types de mutations.

  • 6.7.A.1 Les altérations d'une séquence d'ADN sont des mutations qui peuvent provoquer des changements dans le type ou la quantité de protéine produite et le phénotype conséquent. Les mutations de l'ADN peuvent être bénéfiques, délétères ou neutres selon l'effet ou l'absence d'effet qu'elles ont sur l'acide nucléique ou la protéine résultante et les phénotypes conférés par la protéine.
    • 6.7.A.1.i Les mutations ponctuelles surviennent lorsqu'un nucléotide est substitué par un autre nucléotide différent.
    • 6.7.A.1.ii Les mutations de cadre de lecture surviennent lorsqu'un ou plusieurs nucléotides sont insérés ou supprimés, entraînant un décalage du cadre de lecture.
    • 6.7.A.1.iii Les mutations non-sens surviennent lorsqu'une mutation ponctuelle provoque un arrêt prématuré.
    • 6.7.A.1.iv Les mutations silencieuses surviennent lorsque le changement dans la séquence de nucléotides n'a aucun effet sur la séquence des acides aminés.
    • Exemples illustratifs pour 6.7.A.1 :
      • Les mutations du gène CFTR perturbent le transport des ions et entraînent la mucoviscidose.
      • Les mutations du gène MC1R confèrent un mélanisme adaptatif chez les souris-pochettes.
    • Énoncé d'exclusion : La connaissance des mutations spécifiques et de leurs effets est hors programme de l'examen AP.

Objectif d'apprentissage 6.7.B : Expliquer comment les changements de génotype peuvent entraîner des changements de phénotype.

  • 6.7.B.1 Les erreurs dans la réplication de l'ADN ou les mécanismes de réparation de l'ADN, ainsi que des facteurs externes, y compris les radiations et les produits chimiques réactifs, peuvent causer des mutations aléatoires dans l'ADN.
    • 6.7.B.1.i Qu'une mutation soit bénéfique, délétère ou neutre dépend du contexte environnemental.
    • 6.7.B.1.ii Les mutations constituent une source de variation génétique.
  • 6.7.B.2 Les erreurs lors de la mitose ou de la méiose peuvent entraîner des changements de phénotype.
    • 6.7.B.2.i Les changements du nombre de chromosomes résultant de la nondisjonction entraînent souvent de nouveaux phénotypes causés par la triploïdie (aneuploïdie).
    • 6.7.B.2.ii Les changements du nombre de chromosomes entraînent souvent des troubles comportant des limitations de développement.
    • 6.7.B.2.iii Les altérations de la structure chromosomique conduisent à des troubles génétiques.
    • Énoncé d'exclusion : La connaissance des troubles spécifiques liés aux changements du nombre de chromosomes est hors programme de l'examen AP.

Objectif d'apprentissage 6.7.C : Expliquer comment les altérations des séquences d'ADN contribuent à la variation pouvant faire l'objet de la sélection naturelle.

  • 6.7.C.1 Les changements de génotype peuvent affecter les phénotypes soumis à la sélection naturelle. Les modifications génétiques qui améliorent la survie et la reproduction peuvent être favorisées par les conditions environnementales.
    • 6.7.C.1.i L'acquisition horizontale d'informations génétiques chez les procaryotes par transformation (capture d'ADN), transduction (transmission virale d'informations génétiques), conjugaison (transfert d'ADN entre cellules) et transposition (mouvement de segments d'ADN au sein et entre molécules d'ADN) augmente la variabilité génétique.
    • 6.7.C.1.ii Les virus apparentés peuvent recombiner des informations génétiques s'ils infectent la même cellule hôte.
    • 6.7.C.1.iii Les processus de reproduction qui augmentent la variabilité génétique sont évolutivement conservés et partagés par divers organismes.
    • Exemples illustratifs pour 6.7.C.1 : Anémie falciforme

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Source : Description du cours et de l'examen AP College Board⁩

English

A mutation 突变 is a change in the DNA sequence. Point mutations change one base (silent, missense, or nonsense); insertions/deletions can cause a frameshift 移码 that garbles everything downstream. Mutations in gametes are heritable; they may be harmful, neutral, or beneficial – and beneficial ones supply the variation for natural selection.

Whole-chromosome errors change the phenotype too. Mutation is not only a change of base: errors in mitosis or meiosis can result in changes in phenotype. If chromosomes fail to separate — nondisjunction 不分离 — a gamete receives an extra copy or none, and the resulting zygote has an abnormal chromosome number (aneuploidy 非整倍性). Trisomy 21 is the familiar example. Because a whole chromosome carries hundreds of genes, the phenotypic effect is far broader than a point mutation's.

Français

Une mutation 突变 est un changement dans la séquence d'ADN. Les mutations ponctuelles changent une seule base (silencieuse, fausse-sens ou sans-sens) ; les insertions/délétions peuvent provoquer un cadre de lecture décalé 移码 qui altère tout ce qui suit. Les mutations dans les gamètes sont héréditaires ; elles peuvent être nocives, neutres ou bénéfiques — et les mutations bénéfiques fournissent la variation nécessaire à la sélection naturelle.

Mutations de substitution, délétion et insertion
Mutations de substitution, délétion et insertion

Les erreurs chromosomiques affectent aussi le phénotype. La mutation n'est pas seulement un changement de base : des erreurs dans la mitose ou la méiose peuvent entraîner des modifications du phénotype. Si les chromosomes ne se séparent pas correctement — non-disjonction 不分离 — un gamète reçoit une copie supplémentaire ou aucune, et le zygote résultant a un nombre anormal de chromosomes (aneuploïdie 非整倍性). La trisomie 21 en est l'exemple classique. Comme un chromosome entier porte des centaines de gènes, l'effet phénotypique est bien plus vaste que celui d'une mutation ponctuelle.

Vocabulary · ⁨Vocabulaire⁩ Train · ⁨Entrainer⁩
English · ⁨Anglais⁩ Chinese · ⁨Chinois⁩ Pinyin
mutation/mjuːˈteɪʃn/ 突变 tū biàn
frameshift/ˈfreɪmʃɪft/ 移码 yí mǎ
nondisjunction/ˌnɒndɪsˈdʒʌŋkʃn/ 不分离 bù fēn lí
aneuploidy/ˈeɪnəplɔɪdi/ 非整倍性 fēi zhěng bèi xìng
Biotechnology/ˌbaɪəʊtekˈnɒlədʒi/ 生物技术 shēng wù jì shù
6.8

Biotechnology · ⁨Biotechnologie⁩

Syllabus · ⁨Programme⁩
English

Enduring Understanding (BIG IDEA 3 — Information Storage and Transmission): Living systems store, retrieve, transmit, and respond to information essential to life processes.

Learning Objective 6.8.A: Explain the use of genetic engineering techniques in analyzing or manipulating DNA.

  • 6.8.A.1 Genetic engineering techniques can be used to analyze and manipulate DNA and RNA.
    • 6.8.A.1.i Gel electrophoresis is a process that separates DNA fragments by size and charge.
    • 6.8.A.1.ii During polymerase chain reaction (PCR), DNA fragments are amplified by denaturing DNA, annealing primers to the original strand, and extending the new DNA molecule.
    • 6.8.A.1.iii Bacterial transformation introduces foreign DNA into bacterial cells.
    • 6.8.A.1.iv DNA sequencing technology determines the order of nucleotides in a DNA molecule. Typically, these techniques result in a DNA fingerprint that allows for the comparison of DNA sequences from various samples.
    • Illustrative examples for 6.8.A.1:
      • Amplified DNA fragments can be used to identify organisms and perform phylogenetic analysis.
      • Analysis of DNA can be used for forensic identification.
      • Genetically modified organisms include transgenic animals.
      • Gene cloning allows propagation of DNA fragments.
    • Exclusion statement: Knowledge of the details of each of these genetic engineering techniques is beyond the scope of the AP Exam.
Français

Compréhension durable (GRANDE IDÉE 3 — Stockage et transmission de l'information) : Les systèmes vivants stockent, récupèrent, transmettent et répondent à l'information essentielle aux processus vitaux.

Objectif d'apprentissage 6.8.A : Expliquer l'utilisation des techniques d'ingénierie génétique dans l'analyse ou la manipulation de l'ADN.

  • 6.8.A.1 Les techniques d'ingénierie génétique peuvent être utilisées pour analyser et manipuler l'ADN et l'ARN.
    • 6.8.A.1.i L'électrophorèse sur gel est un processus qui sépare les fragments d'ADN selon leur taille et leur charge.
    • 6.8.A.1.ii Lors de la réaction en chaîne par polymérase (PCR), les fragments d'ADN sont amplifiés par dénaturation de l'ADN, appariement des amorces avec le brin original et extension de la nouvelle molécule d'ADN.
    • 6.8.A.1.iii La transformation bactérienne introduit de l'ADN étranger dans des cellules bactériennes.
    • 6.8.A.1.iv La technologie de séquençage de l'ADN détermine l'ordre des nucléotides dans une molécule d'ADN. Généralement, ces techniques aboutissent à une empreinte ADN permettant de comparer des séquences d'ADN provenant de divers échantillons.
    • *Exemples illustratifs pour 6.8.A.1 :
      • Des fragments d'ADN amplifiés peuvent être utilisés pour identifier des organismes et effectuer des analyses phylogénétiques.
      • L'analyse de l'ADN peut être utilisée pour l'identification forensique.
      • Les organismes génétiquement modifiés incluent les animaux transgéniques.
      • Le clonage de gènes permet la propagation de fragments d'ADN.
    • Énoncé d'exclusion : La connaissance des détails de chacune de ces techniques d'ingénierie génétique dépasse le cadre de l'examen AP.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Source : Description du cours et de l'examen AP College Board⁩

English

Biotechnology 生物技术 tools manipulate genetic material: PCR 聚合酶链反应 copies DNA, gel electrophoresis 凝胶电泳 separates DNA fragments by size, restriction enzymes and cloning move genes between organisms, and CRISPR edits sequences. These techniques enable genetic testing, engineered organisms, and medical treatments.

Worked example. A template DNA strand 3'-TAC GGA TTC-5' is transcribed into mRNA 5'-AUG CCU AAG-3'. A ribosome reads three codons: AUG = Met (start), CCU = Pro, AAG = Lys — coding for Met–Pro–Lys. Changing the third base of a codon often gives the same amino acid, because the genetic code is degenerate, which softens the effect of many mutations.

Reading DNA identifies individuals. Because the number of repeats at certain non-coding loci varies from person to person, analysis of DNA can be used for forensic identification: amplify those regions by PCR, separate the fragments by gel electrophoresis, and compare the pattern of band positions with a reference sample. A match is a statement about probability rather than certainty, which is why several loci are tested rather than one.

Français
Un thermocycleur chauffe et refroidit répétitivement des échantillons pour amplifier l'ADN (PCR)
Un thermocycleur chauffe et refroidit répétivement des échantillons pour amplifier l'ADN (PCR)
Gel d'agarose sous lumière UV : les fragments d'ADN se séparent par taille en bandes lumineuses
Gel d'agarose sous lumière UV : les fragments d'ADN se séparent par taille sous forme de bandes brillantes

La biotechnologie 生物技术 manipule le matériel génétique : la PCR 聚合酶链反应 copie l'ADN, l'électrophorèse sur gel 凝胶电泳 sépare les fragments d'ADN par taille, les enzymes de restriction et le clonnage transfèrent des gènes entre organismes, et CRISPR édite des séquences. Ces techniques permettent les tests génétiques, les organismes modifiés et les traitements médicaux.

L'électrophorèse sur gel sépare les fragments d'ADN par longueur
L'électrophorèse sur gel sépare les fragments d'ADN par longueur
La réaction en chaîne par polymérase double l'ADN à chaque cycle
La réaction en chaîne par polymérase double l'ADN à chaque cycle

Exemple résolu. Un brin d'ADN modèle 3'-TAC GGA TTC-5' est transcrit en ARNm 5'-AUG CCU AAG-3'. Un ribosome lit trois codons : AUG = Met (début), CCU = Pro, AAG = Lys — codant pour Met–Pro–Lys. Changer la troisième base d'un codon donne souvent le même acide aminé, car le code génétique est dégénéré, ce qui atténue l'effet de nombreuses mutations.

La lecture de l'ADN identifie les individus. Comme le nombre de répétitions à certains locus non codants varie d'une personne à l'autre, l'analyse de l'ADN peut servir à l'identification forensique : amplifier ces régions par PCR, séparer les fragments par électrophorèse sur gel, et comparer le motif des positions des bandes avec un échantillon de référence. Une correspondance est une affirmation probabiliste plutôt qu'une certitude, c'est pourquoi plusieurs locus sont testés plutôt qu'un seul.

Vocabulary · ⁨Vocabulaire⁩ Train · ⁨Entrainer⁩
English · ⁨Anglais⁩ Chinese · ⁨Chinois⁩ Pinyin
PCR/ˌpiː siː ˈɑː/ 聚合酶链反应 jù hé méi liàn fǎn yìng
gel electrophoresis/dʒel ɪˌlektrəʊfɔːˈriːsɪs/ 凝胶电泳 níng jiāo diàn yǒng
6.8

Exam tips · ⁨Conseils d'examen⁩

English
  • Know the central dogma DNA → RNA → protein: transcription makes mRNA, translation reads it in three-base codons at the ribosome.
  • Remember RNA is single-stranded and uses U instead of T; replication is semiconservative.
  • Every cell has the same DNA — cells differ because they express different genes (differential gene expression).
  • A mutation is a change in the DNA sequence and may be harmful, neutral, or beneficial (the raw material for selection).
  • Link biotech tools to their jobs: PCR copies DNA; gel electrophoresis separates fragments by size.
Français
  • Connaître le dogme central ADN → ARN → protéine : la transcription produit l'ARNm, la traduction le lit par triplets de codons au ribosome.
  • Se souvenir que l'ARN est monocaténaire et utilise U au lieu de T ; la réplication est semiconservative.
  • Toute cellule possède le même ADN — les cellules diffèrent parce qu'elles expriment des gènes différents (expression différentielle des gènes).
  • Une mutation est un changement dans la séquence d'ADN et peut être nocive, neutre ou bénéfique (la matière première pour la sélection).
  • Relier les outils biotechnologiques à leurs fonctions : la PCR copie l'ADN ; l'électrophorèse sur gel sépare les fragments par taille.

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