Rappel :
Génotype ADN, chromosome, gène et allèle
Phénotype : les différents d’expression du phénotype
Exemple la drépanocytose : Doc 1 et 2
PbI : quelle relation y a-t-il entre les différents niveaux d’expression du phénotype :
Q 2 et 3 p 75
Bilan :
Pb : II comment est déterminé le phénotype moléculaire d’une cellule ?
Q1,2 et 3 p77 .
Bilan
Pb III comment l’environnement peut-il influencer le phénotype ?
Q 1,2 et 3 p 79
Bilan
PbI : quelle relation y a-t-il entre les différents niveaux d’expression du phénotype :
TP1 -Q 2 et 3 p 75
Les symptômes de la drépanocytose
La drépanocytose est la première maladie génétique en France (3000 cas) et probablement dans le monde (50 millions d’individus atteints).
Elle est fréquente en Afrique subsaharienne ainsi que dans les populations d’origine africaine des Antilles, des États-Unis, d’Inde, du Moyen-Orient et du bassin méditerranéen.
Observation microscopique d’hématies –
- Chez un sujet normal – S.
- Chez un sujet atteint de drépanocytose
Les hématies (= globules rouges) ont normalement une forme de disque biconcave (hématies A).
Par contre chez les sujets atteints de drépanocytose les hématies ont une forme de faucille ou croissant ou hématies S (S pour sickle).
Elles se bloquent facilement dans les capillaires sanguins, ralentissent la circulation sanguine et provoquent des lésions dans de nombreux organes mal irrigués. En plus elles ont une durée de vie plus courte.
L’hémoglobine des hématies S :
Chaque hématie contient 250 à 280 millions de molécules d’hémoglobine. Les molécules normales d’hémoglobine A (HbA) sont solubles et dispersées dans les hématies.
Par contre les molécules d’hémoglobine S (HbS) des sujets atteints de drépanocytose s’associent et forment des filaments rigides à l’intérieur des hématies lorsque HbS est désoxygénée.
Ces filaments peuvent parfois percer la membrane de l’hématie S
Les 20 acides aminés et leurs relations avec l’eau
Le cytoplasme des hématies est un milieu riche en eau. Celle-ci est essentielle à la morphogénèse (= acquisition de la forme) d’une protéine.
En effet l’eau entre en contact avec les acides aminés hydrophiles, abondants sur la surface protéique, alors que les acides aminés hydrophobes se retrouver principalement à l’intérieur de la molécule. Ils évitent ainsi le contact avec l’eau environnante.
Bilan :
Le phénotype à l’échelle moléculaire, c’est-à-dire les protéines synthétisées à partir de l’expression d’un allèle, détermine certaines caractéristiques phénotypiques à l’échelle cellulaire et par conséquent à l’échelle de l’organisme.
Pb : II comment est déterminé le phénotype moléculaire d’une cellule ?
Q1,2 et 3 p77 .
Doc. 1 :
Le codon GAG, en position 6 sur le gène de la bêta-globine, est remplacé par le codon GTG.
La chaîne peptidique formée contient une valine en position 6 au lieu d’un acide glutamique.
Doc. 1 :
La valine, acide aminé hydrophobe, établit un contact entre deux molécules d’hémoglobine.
Les molécules d’hémoglobine sont normalement dissoutes dans le cytoplasme, il se forme au contraire dans ce cas des polymères fibreux et insolubles.
Doc. 2 :
Les cellules contiennent les mêmes gènes, mais au cours de leur différenciation, des signaux activent l’expression de certains gènes ou inhibent l’expression d’autres gènes.
Doc. 3 :
Il existe dans l’espèce humaine plusieurs gènes de globine, qui ne s’expriment que pendant une période précise de la vie.
Le contrôle de l’expression des gènes permet donc un changement du phénotype moléculaire au cours de la vie.
Bilan :
Le phénotype moléculaire caractérisant une cellule correspond à l’ensemble des protéines que renferme cette cellule à un instant donné.
Le phénotype moléculaire dépend donc des allèles possédés par un individu mais aussi de la régulation de l’expression des gènes, dans l’espace et dans le temps : dans toute cellule, à un moment donné, seuls certains gènes s’expriment.
Pb III comment l’environnement peut-il influencer le phénotype ?
A -Xeroderma pigmentosum :
Le xeroderma pigmentosum (XP) est une maladie génétique héréditaire rare responsable d’une sensibilité extrême aux rayons UV (ultraviolets).
Les symptômes : ( pour informations)
Le XP se caractérise par l’apparition, dès les premiers mois de vie, de rougeurs sévères (de type coup de soleil) après une exposition, même minime, au soleil.
Ces brûlures ne cicatrisent pas bien et peuvent persister plusieurs semaines. De nombreuses « taches de rousseur » apparaissent sur le visage et le cou. Néanmoins, cette sensibilité au soleil est moins évidente en hiver.
La peau est généralement très sèche et fine, d’où le nom de la maladie « xeroderma », qui signifie « peau sèche ». Le terme « pigmentosum » fait référence à l’aspect très pigmenté de la peau exposée au soleil.
En effet, des taches brunes irrégulières apparaissent progressivement, sur toutes les parties exposées du corps.
Les expositions prolongées au soleil peuvent engendrer chez les jeunes enfants de petites taches rouges rugueuses (appelées kératoses solaires ou actiniques ) siégeant sur- tout sur le visage ou le cuir chevelu.
Ces lésions précancéreuses qui dégénèrent en cancer de la peau si elles ne sont pas traitées.
Chez les enfants atteints de XP, l’apparition de cancers cutanés peut survenir dès l’âge de 2 ans (et généralement avant 10 ans). En l’absence de protection, la fréquence d’apparition de tumeurs cutanées est en effet 4000 fois plus élevée chez les personnes atteintes de XP que dans la population générale.
Des tumeurs peuvent également se développer sur la langue et les lèvres.
Les cancers de la peau survenant chez les personnes atteintes de XP sont de trois types : carcinomes et mélanomes.
Les carcinomes détruisent localement la peau et les tissus situés sous la peau.
Les mélanomes, quant à eux, sont plus graves car les cellules cancéreuses sont capables de se propager à d’autres organes (métastases) et donc de provoquer des cancers dans d’autres parties du corps.
Par ailleurs, chez la plupart des malades, les yeux subissent également des dommages dus aux UV. Ils deviennent irrités, rouges, larmoyants (conjonctivite), parfois dès les premiers mois de vie. Ils peuvent également être le siège de cancers. Dès leur plus jeune âge, certains bébés atteints supportent mal la lumière (photophobie) : ils gardent les yeux clos ou mi-clos, penchent la tête en avant pour se protéger en cas de forte luminosité.
Environ 20 % des personnes atteintes de XP développent des troubles neurologiques ou des anomalies du développement psychomoteur.
Un retard de croissance ou de puberté est également possible.
Peut-on confondre cette maladie avec d’autres
On peut confondre le XP avec les autres maladies caractérisées par une sensibilité anormale à la lumière du soleil (photosensibilité), et notamment le syndrome PIBIDS, le syndrome de Bloom ou encore le syndrome de Cockayne.
Fréquence de la maladie ?
La prévalence (nombre de personnes atteintes dans une population) du xeroderma pigmentosum varie :
– de 1 à 4 cas pour 1 000 000 en Europe et aux Etats-Unis.
– à 1 cas pour 100 000 au Japon, dans les pays du Maghreb ou au Moyen-Orient.
les individus atteints
Le XP affecte aussi bien les garçons que les filles, et touche toutes les populations avec une fréquence variable.
La cause de la maladie ?
Le XP est une maladie génétique héréditaire qui se traduit par une sensibilité extrême à la lumière du soleil, et plus particulièrement aux rayons ultraviolets (UV). Les UV (comprenantles UVA et les UVB) sont des rayons invisibles émis par le soleil (et par certaines lumières artificielles), qui ne chauffent pas mais sont nocifs pour la peau à forte dose.
A court terme, ils provoquent des brûlures de la peau et des yeux, et à long terme, ils sont responsables du vieillissement prématuré de la peau en cas d’expositions trop intenses au soleil, et de l’apparition de cancers cutanés.
Les UV endommagent l’ADN des cellules exposées. L’ADN, qui contient les gènes, constituent le patrimoine génétique de chaque individu.
Les UV provoquent l’altération (mutation) de certains gènes.
Dans les cellules normales, l’élimination des gènes endommagés est assurée par un système de réparation de l’ADN. Chez les personnes atteintes de XP, ce processus de réparation de l’ADN fonctionne mal, car les gènes qui le contrôlent sont porteurs d’une erreur (mutation) transmise de manière héréditaire. Par conséquent, les dégâts causés par l’ADN non réparé s’accumulent et entraînent des modifications des cellules qui deviennent rapidement cancéreuses.
En fait, le XP constitue un groupe de maladies, puisqu’on a dénombré en tout 8 gènes différents (situés sur des chromosomes différents) qui, lorsqu’ils sont mutés, entraînent un XP.
Il existe 7 groupes de XP classique (de A à G, voir tableau 1) et un pour le XP variant (survenant à l’âge adulte). Il est souvent difficile de distinguer les différents types juste en se basant sur les symptômes, mais il existe tout de même quelques différences en fonction du gène muté (notamment au niveau de la sévérité des symptômes et de l’âge d’apparition).
Le type C, dit « classique », est le plus fréquent en France.
B- exercices Q 1,2 et 3 p 79
Doc. 1 :
La bactérie étudiée est capable d’utiliser du glucose et du lactose. Cependant, elle n’est en mesure d’utiliser le lactose que si elle a été mise en contact avec celui-ci et si le glucose n’est pas disponible. Cela s’explique par le fait qu’elle ne transcrit le gène lac Z (permettant d’utiliser le lactose) que si le lactose est le seul substrat présent dans le milieu.
Doc. 1 et 2 :
Taux faible de glucose et présence de lactose :
èchangement d’activité de la protéine CAP
è se lie sur l’ADN avant le gène lac z
èfixation de l’ARN polymérase
è transcription des gènes lac Z, lac Y et lac A
è production des protéines nécessaires au métabolisme du lactose.
Doc. 3 :
D’après les conseils adressés aux malades, le degré d’oxygénation (lié à l’activité sportive, à l’altitude, etc.) et l’hydratation (liée à la température, l’activité sportive, etc.) sont des facteurs externes qui peuvent influer sur le phénotype drépanocytaire.
Doc. 3 :
Lorsque la concentration en dioxygène est faible, la proportion d’hématies en faucille est maximale (proche de 100 %). Ceci explique qu’il faille veiller à maintenir une bonne oxygénation du sang. Lorsque la concentration en hémoglobine ßs est doublée, de 0,2 à 0,4 g_cm-3, le délai de formation des fibres est réduit 106 fois. Ceci est à relier aux mises en garde contre la déshydratation.
Bilan
Les facteurs environnementaux peuvent modifier le phénotype cellulaire en induisant des modifications dans la quantité ou la nature des gènes exprimés par une cellule ou bien en modifiant les propriétés physico-chimiques des protéines produites par l’expression des gènes.
PB-IV-quels sont les agents responsables des mutations?
IV-A-Les agents mutagènes Q1,2 et 3 -33
Doc. 1 :
La mutation de l’ADN est un phénomène rare car une erreur d’appariement au cours de la réplication de l’ADN n’intervient qu’avec une fréquence très faible : seulement une erreur pour 10 millions de nucléotides répliqués. Cependant, étant donné le nombre de nucléotides dans l’ADN d’une cellule (6,4 milliards de paires de nucléotides), on comprend qu’après chaque réplication, l’ADN d’une cellule comporte nécessairement plusieurs erreurs : la mutation de l’ADN est donc un phénomène très banal.
Doc. 1 et 2 : Les agents mutagènes ne provoquent pas directement une modification de la séquence des nucléotides de l’ADN. Ils modifient l’ADN de telle sorte que le fonctionnement de l’ADN-polymérase est perturbé : ainsi, ils augmentent la fréquence des erreurs au cours de la réplication. Les agents mutagènes ont donc pour effet d’augmenter la fréquence des mutations.
Doc. 3 : En Australie, le nombre de cancers de la peau (mélanomes) est plus important que dans d’autres pays et ce nombre a augmenté au cours des dernières décennies.
Or, comme l’indi que la carte, l’Australie se caractérise par une forte intensité du rayonnement ultraviolet parvenant au sol (du fait notamment de l’amincissement de la couche d’ozone). On peut donc penser que cette forte exposition aux UV provoque une augmentation de la fréquence des mutations de l’ADN des mélanocytes, cause de l’augmentation des cas de cancers de la peau.
Bilan
Les mutations sont dues à des erreurs se produisant spontanément au cours de la réplication de l’ADN. Des altérations de la molécule d’ADN peuvent aussi se produire en dehors des périodes de réplication.
Un agent mutagène est un agent (substances chimiques comme le benzène, rayons UV, etc.) dont l’action augmente la fréquence des mutations
IV-B- Les mutations P 34-35
Doc. 1 :
On constate que les levures blanches étalées sur la première boîte de Petri ont donné des colonies de couleur blanche. De même, les levures rouges étalées sur la deuxième boîte de Petri ont donné des colonies de couleur rouge.
Chaque levure déposée sur le milieu de culture a formé par divisions cellulaires successives un clone cellulaire correspondant à une colonie.
La conservation de la couleur initiale montre que la division cellulaire est une reproduction conforme, transmettant
les caractéristiques génétiques de la cellule-mère (ici la couleur) aux cellules-filles.
Doc. 2 :
On constate, dans tous les cas, que des colonies de levures se sont formées mais que des colonies blanches sont apparues. Plus le temps d’exposition est élevé, moins il y a de colonies au total, mais la proportion de colonies blanches est plus importante.
Doc. 3 :
L’apparition de colonies blanches s’explique par une mutation de l’information génétique des colonies rouges. Le graphique montre que le pourcentage de colonies blanches augmente en fonction du temps d’exposition aux UV.
Bilan :
L’irradiation de la culture de levures rouges par les UV produit deux effets :
– une diminution du nombre global de colonies, c’est l’effet létal, des levures ont été tuées par l’exposition aux UV ;
– une augmentation de la fréquence de colonies de levures mutantes blanches, c’est l’effet mutagène.
IV-C Nature et conséquences des mutations
Bilan
- Les mutations peuvent toucher soit
- Une seule base
- Un fragment de gène (plusieurs bases)
- La nature des mutations
- Insertion (addition)
- Délétion (perte)
- substitution (remplacement)
- Les conséquences des mutations
- Silencieuses (pas de modification de la séquence des aa)
- Neutres (pas de modification de la fonction de la protéine)
- Faux sens (protéine non fonctionnelle)
- Non sens (codon stop plutôt è protéine plus courte)
Pb V- comment la cellule peut-elle réparer son ADN ?
V-La réparation de l’ADN p. 36-37
Doc. 1 et 2 :
Il est primordial que les cellules possèdent des systèmes efficaces de réparation de l’ADN de façon à corriger les erreurs inévitablement commises au cours de la réplication
de l’ADN ou encore les diverses altérations de l’ADN. En effet, sans ces systèmes, la fréquence des mutations serait beaucoup plus élevée et leurs conséquences, néfastes pour les cellules (effet létal, effet mutagène), seraient beaucoup plus importantes.
Doc.
1 : Il y a véritablement mutation de l’ADN lorsqu’une altération de l’ADN échappe aux systèmes enzymatiques de contrôle et de réparation de l’ADN.
Doc. 2 :
Les logiciels de traitement de séquence comportent une fonction de comparaison mettant en évidence les différences entre les séquences nucléotidiques.
Ainsi, il apparaît que les deux séquences du gène Ade2 de la levure diffèrent au niveau du nucléotide 103.
Pour les allèles du gène de la globine-bêta :
– la séquence de l’allèle bêta-S montre une différence avec la séquence de l’allèle bêta-A au niveau du nucléotide 20 ;
– la séquence de l’allèle bêta-Th1 montre un décalage avec la séquence de l’allèle bêta-A à partir du nucléotide 20 ;
– la séquence de l’allèle bêta-Th2 montre un décalage avec la séquence de l’allèle bêta-A à partir du nucléotide 28.
Doc. 2 et 3 :
La différence entre les deux allèles du gène Ade2 de la levure est une mutation par substitution (substitution de G en T en position 103). Il en est de même pour la différence entre les allèles bêta-S et bêta-A du gène de la globine-bêta (substitution du nucléotide A en T en position 20)
L’allèle bêta-Th1 résulte d’une mutation par délétion du nucléotide A en position 20. L’allèle bêta-Th2 résulte d’une mutation par addition d’un nucléotide C en position 28.
Bilan
L’ADN est réparé grâce à des enzymes qui vérifient les erreurs commises au cours de la réplication, remplacent les nucléotides mal appariés ou réparent les lésions de l’ADN.
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