Partie 1 La génétique
Unité 2 : Les mécanismes de l’hérédité
L’histoire de la découverte de l’ADN.
En 1869, Friedrich Miescher un scientifique suisse a faite la découverte d’une nouvelle substance chimique riche en azote et en phosphore. Il a pu isoler les acides nucléiques du noyau de leucocytes (globules blancs).
1- Acide désoxyribonucléique ADN
2- Acide ribonucléique ARN
Il n’avait aucune idée si les acides nucléiques étaient reliés à l’hérédité. Ces expériences étaient des preuves que l’ADN était exclusivement inséré dans les chromosomes avec une grande quantité de matériel protéique. Au début les scientifiques croyaient que les protéines étaient porteuses de l’information à cause de leurs énormes variabilités d’acides aminés. (20 a.a. différent dans des chaines de 50-500)
En 1902 Walter Sutton un scientifique américain et Theodor Boveri scientifique allemand ont émis l’hypothèse selon laquelle le matériel génétique de la cellule serait porté par les chromosomes (théorie chromosomique de l’hérédité).
En 1910-1930, Phoebus Levene était un biochimiste russe qui analysait l’ADN. Il a démontré que l’ADN et l’ARN sont des acides nucléiques distincts et a identifié que l’ADN était regroupé en ordre de phosphate-sucre-base. Il a appelé chacun de ces groupes nucléotide et a constaté que l’ADN était composé de longues chaines de nucléotide relié par les groupes de phosphate.
En 1920-1940, T.H. Morgan un généticien américain a démontré avec ses expériences avec la mouche (Drosophila Mélangaster) que les gènes étaient porté sur les chromosomes en série linéaire et qu’ils sont la base mécanique de l’hérédité.
En 1927, Frederick Griffith a travaillé avec la bactérie – Diplococcus pneumoniae. (La bactérie de la pneumonie)
Expérience de Griffith :
NB : une bactérie qui est renfermée dans une capsule est dite virulente et est donc difficile à éliminer (pathogène). Une bactérie qui n’a pas de capsule n’est pas virulente et est beaucoup plus facile à éliminer (non-pathogène).
1.
2.
3.
4.
Conclusion :
Griffith suggéra que les bactéries vivantes inoffensives ont été modifiées ou transformées par quelque chose qu’elle on prit des bactéries mortes.
Le principe de transformation : Les diplocoques (bactéries) sans capsules avaient changé en diplocoques virulent.
Qu’est-ce qui aurait pu avoir causé ce changement ?
En 1944, Avery, Macleod et McCarty, ont réussi à isoler et identifier la substance réelle de transformation.
Expérience :
Ils se sont procuré une grande quantité de cellules virulentes (bactéries). Ils ont chauffé les bactéries pour les tués. En utilisant le centrifuge et des enzymes ils ont éliminé une substance à la fois et ont vu si le principe de transformation existait encore.
Donc : l’ADN est la cause du principe de transformation.
En 1952, Alfred Hershey et Martha Chase ont fait des expériences avec le Virus-T2 un bactériophage qui s’attache aux bactéries Escherichia coli (E.coli)
* cycle de vie d’un Virus (structure d’un virus)
Hershey & Chase savaient que :
1. T2 avait une composition de 50% protéine et 50% ADN.
2. L’infection commence lorsque la queue de T2 est absorbée dans la cellule E. coli.
3. La reproduction de nouveau virus arrivaient dans la cellule d’E. coli.
Donc : Ils ont marqué l’enveloppe protéique avec du souffre radioactif (35S) et ils ont marqué l’ADN avec du phosphore radioactif (32P). Ils ont introduit la bactérie au Virus et ont attendu pour que la bactérie se reproduit. Lorsque les nouveaux virus ont sorti de la bactérie ils les ont mis en solution et les ont centrifugés.
Résultats : Le marqueur radioactif (35S) n’était pas présent dans les nouveaux Virus. Cependant, le marqueur (32P) était présent dans chaque cas.
Conclusion : L’ADN est responsable pour le principe de transformation. Ils ont appuyé et certifié les recherches d’Avery Macleod et McCarty.
En 1952, Edwin Chargaff travaillait aussi avec l’ADN. Il a découvert qu’il y avait des proportions très spécifiques aux bases azotés (%Adénine = %Thymine et %Cytosine = %Guanine)
Rosalind Franklin et Maurice Wilkins ont découvert la structure hélicoïdale de l’ADN au moyen de la cristallographie par diffraction des rayons X.
James Watson et Francis Crick ont proposé le modèle de la double hélice de la structure de l’ADN.
Watson et Crick sont reconnus comme étant les premiers scientifiques à proposer le modèle tridimensionnel de l’ADN.
Une double hélice (un escalier en spiral)
· Les supports :
ADN → ARN →
· Les montants :
· Les deux chaines de nucléotides se joignent ensemble par leurs bases azotées
· Les molécules d’ADN diffèrent d’une espèce à une autre espèce par la séquence des bases azotées
· Cette séquence représente le code génétique !
Activité: Vulgarisation des travaux des scientifiques qu'on a étudié
___C__ 1. J’ai travaillé avec les mouches et découvert que les gènes étaient en série linéaire sur les chromosomes.
__D___ 2. J’ai découvert que le % de thymine était toujours égal au % d’adénine et que le % de guanine était toujours égal au % de cytosine.
____B_ 3. J’ai découvert les acides nucléiques.
__H___ 4. Nous avions travaillé avec le bactériophage T-2.
___J__ 5. Nous étions les premiers à publier un model 3D de l’ADN.
___I__ 6. Nous avions aussi découvert la structure hélicoïdale de l’ADN.
___E__ 7. Nous avions une hypothèse que le matériel génétique était retrouvé sur les chromosomes.
__K___ 8. J’ai trouvé la différence entre l’ADN et l’ARN et j’ai découvert le nucléotide.
__A___ 9. J’ai créé le principe de transformation.
___F__ 10. Nous avions découvert ce qui cause le principe de transformation avec l’aide d’un centrifuge et la méthode d’élimination.
|
La nature chimique des acides nucléiques
Un nucléotide est un chaînon de la chaine d’acide nucléique
Un nucléotide est composé de trois parties :
1. Groupe phosphate (acide phosphorique)
2. Sucre-pentose (5 carbone)
3. Une base azotée
Il y a quatre bases différentes : les atomes de carbone et d’azote sont arrangés en anneaux simples ou en anneaux doubles.
Thymine
Adénine
Guanine
Chaque nucléotide contient un des deux types de sucres à cinq carbones :
Ribose : C5H10O5 → ARN Désoxyribose : C5H10O4 → ADN
Dans l’ADN on retrouve les bases suivantes : Adénine (A), Guanine (G), Cytosine (C) et Thymine (T). En plus…
# A = # T
(Adénine & thymine)
# G = # C
(Guanine & Cytosine)
Dans l’ARN on retrouve les bases suivantes : Adénine (A), Guanine (G), Cytosine (C) et Uracile (U). En plus…
# A = # U et # G = # C
Les fonctions de l’ADN
1. La séquence des nucléotides détermine la séquence des acides aminés le long des chaînes de polypeptides qui sont nos protéines. Cette séquence est le code pour la synthèse des protéines. Alors un gène est une longueur de la chaîne d’ADN responsable de la synthèse des protéines
2. L’ADN peut s’auto-répliquer. (Essentiel à la mitose)
3. Sous l’effet de divers facteurs physiques ou chimiques, elle peut subir des mutations (modification de l’ordre des bases azotées) qui permet le divertissement et l’évolution des espèces.
1. Expliquez l’expérience de Griffith dans les quatre étapes et énoncez la conclusion.
1. Injectez les rats avec des bactéries sans capsules (non-virulant) = rats ne sont pas mortes
2. Injectez les rats avec des bactéries avec capsules (virulant) = rats sont morte
3. Chauffez et tuez les bactéries avec capsules et injectez-les dans les rats = rats ne sont pas morte
4. Chauffez et tuez les bactéries avec capsules, puis mélangez ces bactéries mortes avec des bactéries sans capsules vivants = les rats sont mortes
Conclusion : les bactéries sans capsules peuvent transformer en bactéries avec capsules lorsqu’ils sont en contact avec ces genre de bactéries, même si ces dernières sont mortes
1. Comment est-ce que Avery, Macleod et McCarty ont amélioré l’expérience de Griffith ?
Avery, Macleod et McCarty ont mélangé les bactéries avec capsules mortes dans une centrifuge, puis ils ont utilisé des enzymes spécifiques afin d’isoler les substances dans ce mélange. Ils ont ensuite ajouté les substances isolé (protéines, ADN, etc) avec des bactéries sans capsules pour voir quelle substance causerait le principe de transformation (transformer les bactéries sans capsules en bactéries avec capsules).
Ils ont vu que c’était l’ADN qui était la cause du principe de transformation
3. Décrivez l’expérience de Hershey Chase.
Ils ont pris des virus qui s’attaquaient le bactérie e.coli et ce virus est 50% protéine et 50% ADN. Ils ont ajouté un marqueur radioactif qui fait en sorte que les protéine du virus serait un couleur visible et l’ADN du virus serait une autre couleur visible.
Ils ont mélangé ces virus avec la bactérie E. coli, puis ils ont vu que le marquer pour l’ADN était présent dans les bactérie.
Conclusion : c’est l’ADN qui est responsable pour le principe de transformation
4. C’est quoi un nucléotide ?
C’est le base de l’ADN est c’est composé d’une groupe phosphate, une sucre pentose et une base azoté.
5. Décrivez le modèle tridimensionnel de Watson et Crick.
C’est une double hélice en spirale de deux brins de chaines de nucléotides qui se joignent ensemble par les bases azotés complémentaire
6. C’est quoi une base azotée ? Comment sont-ils classifiés ?
les atomes de carbone et d’azote sont arrangés en anneaux simples ou en anneaux doubles
7. Comment est-ce que les bases-azotés sont liée ensemble ?
Par des liasons d’hydrogène
8. Expliquez la réplication de l’ADN et faites un dessin.
**
9. Notez les différences entre l’ADN et l’ARN
Fonction : ADN = détermine la séquence des acides aminés
ARN = synthèse des protéines
Sucre : ADN = sucre désoxygéné
ARN = sucre = oxygéné
Base : ADN = Adénine, thymine, cytosine et guanine
ARN= Adénine, Uracile, cytosine et guanine
Structure : ADN = groupe phosphate + sucre désoxygéné + base azotée
ARN = groupe phosphate + sucre oxygéné + sucre
Où ils se trouvent : ADN = dans le nucléole
ARN = est dans le cytoplasme
10. Décrivez les différences entre les trois types d’ARN.
***
Comme nous avons appris dans la première unité, l'ADN se réplique durant la méiose une fois par cycle (phase S) d'interphase.
La réplication est le processus au cours duquel l'ADN est répliqué grâce à 4 groupes d'enzymes. Puisque les deux chaînes de l'ADN parental se séparent et que deux nouvelles molécules sont formées, on qualifie ce processus de semi-conservatrice. Le taux d'erreur est une paire de nucléotide par un milliard de nucléotide.
Début
La réplication commence toujours à l'origine de réplication.
Les petits chromosomes circulaires des bactéries (plasmide) en ont seulement un, tandis que les chromosomes des eucaryotes ont des milliers.
En premier, un groupe d'enzymes (les hélicases), se relient à l'ADN à l'origine de réplication. Les hélicases séparent et déroulent les deux brins d'un segment d'ADN. La séparation des deux brins crée une forme ovale appelée la bulle de réplication. La fourche de réplication est constituée de deux brins simple non-appariés. Ces brins simples sont les modèles pour les nouveaux brins d'ADN.
- La molécule est maintenant prête pour la réplication.
La réplication se fait à divers endroits simultanément. Chaque bulle de réplication comporte deux fourches de réplication qui se déplacent dans des directions opposées le long du chromosome. Les bulles grossissent jusqu’à ce qu’elles se rencontrent.
Élongation
Un enzyme (ADN polymérase) s'insère dans la bulle de réplication. Elle commence à ajouter des nucléotides à l'extrémité, un à la fois pour créer un brin d'ADN complémentaire au brin original. Les nucléotides sont toujours ajoutés à l'extrémité hydroxyle 3' libre d'une chaine préexistante de nucléotide.
2 Conditions pour élongation
2- un court brin d'ADN, appelé l'amorce, sert du point de départ à l'ajout des nucléotides.
L'ADN polymérase peut seulement catalyser l'élongation dans la direction 5'-3'. Par conséquence, la réplication se fait différente sure les 2 brins parentales.
Élongation cont.
Le brin directeur est répliqué continuellement dans la direction 5'-3'. L'autre brin, le brin discontinue, est répliqué en court segments. Les nucléotides sont ajoutés dans la direction 5'-3'. Le nouvel ADN est synthétisé en cours segments appelés des fragments d'Okazaki. L'enzyme ADN ligase relie les fragments d'Okazaki.
(a) brins « parents » ;
(b) brin continu (dit avancé), dans le sens 5' vers 3’ ;
(c) brin discontinu (dit retardé), formé de fragments d'Okazaki ;
(d) lieu de séparation des brins par l'enzyme hélicase ;
(e) amorce ;
(f) fragment d'Okazaki.
Les fragments d’Okazaki sont des segments d'acide nucléique qui sont produit lors de la réplication l'ADN des chromosomes. Leur existence fut mise en évidence pour la première fois en 1968 par Reiji et Tsuneko Okazaki ainsi que leurs collègues en étudiant la réplication de la bactérie Escherichia coli.
L'ADN polymérase ne peut pas synthétiser des nouveaux fragments d'ADN, une amorce d'ARN sert de point de départ pour l'élongation. L'enzyme primase est nécessaire à la fabrication de l'amorce. Quand l'amorce est en place, l'ADN polymérase allonge chaque fragment en ajoutant des nucléotides. L'ADN polymérase enlève ensuite l'amorce d'ARN. Pour faire ceci, elle élime les nucléotides (ARN) et remplit l'espace avec des nucléotides ADN toujours dans la direction 5'-3'.
En plus de tous ceci, l'ADN polymérase est en charge de la correction. Elle décide si une liaison d'hydrogène va s'établir pour attacher les 2 brins ensembles. L'absence d'une liaison indique qu'il a eu une erreur dans l'appariement. Ici, ADN polymérase retire la mauvaise base et ajoute la bonne base.
La terminaison est la fin de la réplication des nouveaux brins d'ADN.
Le groupe de tous les enzymes et les protéines impliqués dans la réplication de l'ADN s'appelle le mécanisme de réplication.
Les enzymes impliqués dans la réplication
Groupes d’enzymes
|
Fonction
|
Hélicase
|
séparent et déroulent les brins d'ADN
|
Primase
|
ajouter l'amorce pour que polymérase puisse ajouter les nucléotides
|
polymérase
|
ajouter les nucléotides complémentaires
|
ligase
|
lier les fragments d'okazaki
|
  |
C’est important de noter que les nouvelles molécules d’ADN formées par réplication doivent être identiques à la molécule originale, et que le processus de réplication est exact car elle doit maintenir l’intégrité du code génétique d’une génération de cellules à la suivantes, d’un parent à ses enfants.
La réplication de l’ADN est assez rapide, jusqu’à 4000 nucléotides pouvant être copiés par seconde, ce qui explique pourquoi des bactéries peuvent se reproduire en vingt minutes, dans des conditions idéales.
Résumé des étapes de la réplication de l’ADN
ADN Vs ARN
ADN
|
ARN
|
|
Fonction
|
||
Sucre
|
||
Bases
|
||
Structure
|
||
Où ils se trouvent
|
Types d’ARN
ARNm : L’ARN messager est impliqué dans la transcription et contient les bases azotées complémentaires à l’ADN. Il est le lien entre l’ADN dans le noyau et les ribosomes dans le cytoplasme.
ARNt : L’ARN de transfert se trouve dans le cytoplasme et est impliqué dans la traduction. Une extrémité apporte un acide aminé spécifique au ribosome. L’autre extrémité est composé de trois bases azotés appelés anticodon. Les acides aminés sont spécifiques à l’ARNt.
La synthèse des protéines
Le processus par lequel une cellule assemble une chaîne protéique en combinant des acides aminés isolés présents dans son cytoplasme, guidé par l'information contenue dans l'ADN. Elle se déroule en deux étapes au moins : la transcription de l'ADN en ARN messager et la traduction de l'ARN messager en une protéine.
Transcription
La première étape de la synthèse des protéines est la transcription d'un gène de l'ADN en une molécule d'ARN messager (ARNm ou acide ribonucléique messager). Il existe une séquence particulière de nucléotides qui vont indiquer le début du gène. Ces marques spéciales sont appelées séquences consensus. (AUG)
La transcription consiste à faire une « copie de travail » de l'ADN. Outre le fait que la synthèse d'un ARN intermédiaire permet de limiter les dommages de l'ADN par suite de trop de manipulations, cela permet de multiplier les copies disponibles pour la phase de traduction et donc de synthétiser la protéine beaucoup plus rapidement. L’ADN est trop gros pour sortir du noyau des cellules !!!
Dans le cas de chaque gène, un seul brin de l’ADN est transcrit. Ce brin est appelé le brin sens. L’autre brin, qui n’est pas transcrit, est le brin antisens.
Étapes de la transcription
Les principales enzymes qui catalysent la synthèse de l’ARN sont les ARN polymérases.
Quand le complexe d’ARN polymérases est relié au brin sens de la molécule d’ADN, il ouvre une section de la double hélice. Les enzymes travaillent le long de la molécule d’ADN et synthétise un brin complémentaire au brin sens de l’ADN. Elles vont copier le code de l’ADN en apparient les bases complémentaire (A-U, CG).
La base Uracile remplace Thymine dans le brin d’ARNm. Tout comme les ADN polymérases, les ARN polymérases travaillent dans la direction 5’-3’. Ils ajoutent chaque nouveau nucléotide à l’extrémité 3’ (groupe OH). Puisque les ARN polymérases transcrivent seulement un brin de l’ADN modèle, les fragments d’Okazaki ne sont pas nécessaires. Une séquence nucléotidique particulière dans l’ADN modèle sert de signal pour arrêter la transcription. Lorsque le signal est atteint, les ARN polymérases se détachent et libère l’ARNm qui quitte le noyau par les pores nucléaires.
Le brin d'ADN non transcrit :
A T A G C G T T C A G A A C T G A T A C G T A A
Le brin d'ADN transcrit :
T A T C G C A A G T C T T G A C T A T G C A T T
Le brin d'ARN :
A U A G C G U U C A G A A C U G A U A C G U A A
Étapes de la transcription:
La traduction et les acides aminés
Les acides aminés sont les blocs de base des protéines. Durant la traduction,
le code génétique (codon) sur l’ARNm est traduit en longue chaine d’acides aminés
qui crée des protéines basées sur le code de l’ADN pris par l’ARNm durant
la transcription. Il ya des codes qui débute la chaine (Start) et des codes qui
l’arrête (stop).
U
|
C
|
A
|
G
|
||||||
U
|
UUU
UUC UUA UUG |
phénylalanine
|
UCU
UCC
UCA UCG |
sérine
|
UAU
UAC UAA UAG |
tyrosine
|
UGU
UGC UGA UGG |
cystéine
|
U
|
C
|
|||||||||
leucine
|
stop
|
stop
|
A
|
||||||
tryptophane
|
G
|
||||||||
C
|
CUU
CUC CUA CUG |
leucine
|
CCU
CCC CCA CCG |
proline
|
CAU
CAC CAA CAG |
histidine
|
CGU
CGC CGA CGG |
arginine
|
U
|
C
|
|||||||||
glutamine
|
A
|
||||||||
G
|
|||||||||
A
|
AUU
AUC AUA AUG |
isoleucine
|
ACU
ACC ACA ACG |
thréonine
|
AAU
AAC AAA AAG |
asparagine
|
AGU
AGC AGA AGG |
sérine
|
U
|
C
|
|||||||||
lysine
|
arginine
|
A
|
|||||||
méthionine/start
|
G
|
||||||||
G
|
GUU
GUC GUA GUG |
valine
|
GCU
GCC GCA GCG |
alanine
|
GAU
GAC GAA GAG |
acide aspartique
|
GGU
GGC GGA GGG |
glycine
|
U
|
C
|
|||||||||
acide glutamique
|
A
|
||||||||
G
|
|||||||||
Chaque codon est associé à un acide aminé spécifique. La traduction se passe dans
trois étapes : l’initiation, l’élongation et la terminaison.
L’initiation : L’ARNm s’attache à un ribosome en commençant par la sous-unité la plus
petite ; puis l’autre sous-unité viens s’ajouter.
Bref : L’ARNm se lie au ribosome
L’élongation : c’est la croissance de la chaîne polypeptidique. Le ribosome et l’ARNt
traduit le code de l’ARNm. Le ribosome glisse le long de l’ARNm et accepte deux
codons à la fois. L’ARNt dépose un acide aminé spécifique au codon de l’ARNm
une à la fois. Avec l’ajout de chaque acide aminé une liaison peptidique se forme pour
liée le nouvel a.a. à la chaine. La chaine des a.a. s’accumulent jusqu'à ce que la protéine
soit complète.
La terminaison : Le cycle continue jusqu’à ce qu’un codon d’arrêt soit atteint.
Plusieurs ribosomes peuvent parcourir en même temps l’ARNm, ainsi plusieurs
copies du même polypeptide sont synthétisées simultanément. Lorsqu’on atteint le code
d’arrêt, la protéine est libérée et l’ARNm se désintègre grâce à une enzyme appelée
ribonucléase.
Complétez le tableau suivant :
Complément d’ADN
|
Modèle d’ADN
|
Codon d’ARNm
|
Anticodon d’ARNt
|
Acide aminé
|
GCG
|
||||
GTA
|
||||
AAC
|
||||
Tryptophane
|
||||
AGC
|
ADN: TAC - GAA - GGG - GCT - TCC - CAA - AAA - GGA - ACT
ARN :
Protéine :
Résumé de la traduction
2. Expliquez la relation entre le codon, l’anticodon et les acides aminés.
3. Pourquoi est-ce que la réplication de l’ADN est nécessaire ?
4. Expliquez le processus de la transcription. Ajouter un diagramme étiqueté
5) C’est quoi une amorce et pourquoi est-ce que c’est nécessaire ?
6) C’est quoi un fragment d’Okazaki ? Comment sont-ils reliés ensemble ?
7) Expliquez la synthèse des protéines de début à fin. Faites des dessins pour aider à l’expliquez.
8) Remplissez le tableau suivant avec les enzymes impliqués dans la réplication de l’ADN. (6)
Groupes d’enzymes
|
Fonction
|
Complément d’ADN
|
Modèle d’ADN
|
Codon d’ARNm
|
Anticodon d’ARNt
|
Acide aminé
|
AAG
|
||||
AAG
|
||||
AUG
|
||||
asparagine
|
||||
TAG
|
Les mutations et les mutagènes
Un changement permanent dans le matériel génétique s’appelle une mutation. Toutes les mutations peuvent être héréditaires parce qu’elles sont copiées pendant la réplication de l’ADN. Seuls les changements qui affectent l’information génétique contenue dans les cellules reproductrices d’un organisme, appelées : _______________________________________ se transmettront.
Les mutations se produisent dans les autres cellules d’un organisme pendant la durée de sa vie sont des ____________________________________. Les générations futures n’héritent pas ce type de mutation.
Il y a constamment des mutations dans l’ADN de tout organisme vivant. Plus d’un billion de mutations se produisent dans ton ADN pendant que tu lisais cette phrase.
Les types de mutations
Plusieurs changements consistent en petits changement dans la séquence nucléotidique de gènes particuliers. Un changement chimique qui touche seulement un ou quelques nucléotides est une mutation ponctuelle. Les mutations ponctuelles entraînent parfois la substitution d’un nucléotide à un autre, ou encore l’insertion ou la suppression d’un ou plusieurs nucléotides.
Substitution de nucléotide
Une substitution de nucléotides est le remplacement d’un nucléotide par un autre ; par exemple, un changement de la séquence d’ADN de CATCAT à CATTAT. Ces substitutions ont en général des effets mineurs sur le métabolisme de la cellule. Ces changements n’entrainent pas toujours un changement dans la chaine polypeptidique (acide aminé). Même quand il y a une substitution d’un acide aminé pour une autre, le changement peut ne pas avoir de conséquence importante sur la structure ou la fonction de la protéine. Une mutation qui n’a pas d’effet sur la métabolise cellulaire est dite une ________________________________________ (ou inaperçue).
S’il y a un changement, ces __________________________________ peuvent être nuisibles. Par exemple, un changement dans un seul acide aminé dans une des protéines de l’hémoglobine est responsable pour la drépanocytose, une maladie héréditaire des globules rouges. D’autre part, les mutations à contresens peuvent aider des organismes à produire de nouvelles formes de protéines qui répondent à différent besoin. Par exemple, il y a des preuves que les mutations à contresens jouent un rôle important dans la formation des innombrables variétés d’anticorps dont ton corps a besoin pour combattre les infections.
Certaines substitutions peuvent avoir des conséquences graves pour une cellule. Un changement de la séquence codante d’un gène qui efface un signal initiateur ou qui insère un signal de terminaison prématuré peut empêcher la cellule de répondre correctement aux signaux métaboliques. Toute mutation qui empêche le gène de coder un produit polypeptidique fonctionnel est appelée _______________________________________.
L’anémie falciforme est un exemple de mutation ponctuelle due à une substitution d’un nucléotide par un autre.
Considérons la chaine d’acides aminés suivants :
GUU – CAU – UUG – ACU – CCC – GAA – GAA
Val – his – leu – thr – pro – glu – glu
a) la séquence codante normale, avec les codons dans la rangée supérieure et les acides aminés correspondants au-dessous.
GUU – CAU – UUG – ACC – CCC – GAA – GAA
Val – his – leu – thr – pro – glu – glu
b) Cette mutation est silencieuse car le changement apporté à la séquence nucléotidique n’a pas d’effet sur le produit polypeptidique.
GUU – CAU – UUG – ACU – CCC – GUA – GAA
Val – his – leu – thr – pro – val – glu
c) Il s’agit d’une mutation à contresens, car elle entraîne l’insertion dans la chaîne polypeptidique de l’acide aminé de la valine à la place du glutamate. La protéine obtenue est incapable de transporter efficacement l’oxygène et elle est à l’origine d’une maladie appelée la drépanocytose.
GUU – CAU – UAG
Val – his – stop
d) Cette substitution entraîne une mutation non-sens en changeant le codon pour l’acide aminé de la leucine pour un codon de terminaison prématuré. Ce gène ne produira pas de polypeptide fonctionnel.
Les insertions ou les suppressions de nucléotides
L’insertion ou la suppression d’un ou de deux nucléotides dans une séquence de codons produit un deuxième type de mutation ponctuelle, appelé : ________________________________________________.
Contrairement aux substitutions de nucléotides, les insertions ou les suppressions de nucléotides modifient l’ensemble du cadre de lecture du gène. Il est possible que deux mutations par décalage s’annulent. Donc, l’ajout d’un nucléotide à un endroit sur un gène peut être compensé par la suppression d’un autre nucléotide plus loin sur la séquence codante.
Considérons la chaine d’acides aminés suivants :
GUU – CAU – UUG – ACU – CCC – GAA – GAA
Val – his – leu – thr – pro – glu – glu
a) La séquence codante normale, avec les codons dans la rangée supérieure et les acides aminés correspondants au-dessous.
 |
GUU – CAU – GUU – GAC – UCC – CGA – AGA A
Val – his – val – ala – ser – arg – arg
b) L’insertion d’un seul nucléotide, dans ce cas la guanine, entraîne une mutation par décalage de séquence.
A
GUU – CAU – UUG – CUC – CCG – AAG – AA
Val – his – leu – leu – pro – lys
c) La suppression d’un seul nucléotide, dans ce cas l’adénine, entraîne aussi une mutation par décalage de séquence.
La beta-thalassémie est un exemple de mutation par décalage.
Résumé des types de mutation :
Nom
|
Effet
|
Exemple dans une chaine d’acides aminés
|
Les causes des mutations
Beaucoup de mutations résultent des interactions moléculaires qui ont lieu naturellement dans la cellule. On dit qu’il s’agit de mutations spontanées. La cause de ces mutations est souvent le mauvais appariement de bases par l’ADN polymérase pendant la réplication de l’ADN. Toute cellule subit des mutations spontanées. C’est important de noter que l’environnement peut avoir un grand impact sur le nombre de mutations. Les mutations dues à des agents extérieurs à la cellule sont des mutations induites. Une substance ou un évènement qui fait augmenter le taux de mutation dans un organisme s’appelle un mutagène. Il y a deux catégories de mutagènes : Les mutagènes physiques et les mutagènes chimiques.
Les mutagènes physiques
Thomas Morgan un chercheur américain, est connu pour son travail avec la mouche Drosophile. En 1926, un étudiant de Morgan ; Herman Muller, a bombardé une population de mouches des fruits avec des rayons X. Cela produit plusieurs centaines de mutants en une seule journée. Muller a alors étudié les propriétés mutagènes des rayons X et il a obtenu le prix Nobel en 1946.
On dit qu’un rayonnement à grande énergie, comme celui des rayons X et des rayons gamma est un mutagène physique parce qu’il déchire littéralement les brins d’ADN, causant des changements aléatoires dans la séquence nucléotidique. Le rayonnement à grande énergie est le type de mutagènes le plus dommageable connu à ce jour.
Les rayons UV présent dans les rayons du soleil sont plus faibles que les rayons X, mais peuvent causer une réaction chimique dans les bases azotées de l’ADN. Les lésions causées par les rayons ultraviolets sont à l’origine du cancer de la peau (mélanome). La mélanine aide à absorber le rayonnement UV et protège l’ADN à l’intérieur des cellules de l’épiderme. Ainsi les personnes à la peau foncée ont moins de risques d’avoir un cancer causé par une exposition aux rayons solaires.
Les mutations chimiques
Une molécule qui peut pénétrer dans le noyau de la cellule et causer des mutations s’appelle un mutagène chimique, car elle réagit chimiquement avec l’ADN. Certains mutagènes chimiques réagissent avec les nucléotides, ce qui modifie les formes et les liaisons des nucléotides. D’autres vont mal s’apparier durant la réplication de l’ADN qui cause des mutations par substituions. Des exemples de mutagènes chimiques seraient : les nitrites (utilisé comme agents de conservation des aliments), les vapeurs d’essence et les composants de benzène dans la fumée de cigarette.
La plupart des mutagènes chimiques sont des agents cancérogènes. Autrement dit, ils sont associés à une ou plusieurs formes de cancers.
Il existe un test simple qui évalue les possibilités qu’une substance chimique soit un mutagène : Le test d’Ames
Toutefois, il arrive occasionnellement que la protéine altérée fonctionne mieux que normalement ou confère un avantage sélectif à celui qui le possède. C’est de cette façon qu’apparaissent de nouveaux allèles, qui contribuent à l’évolution des espèces. Dans le cas de l’anémie falciforme et de la thalassémie, les individus hétérozygotes pour cette condition ne présentent que des formes mineures de l’anémie, mais ils manifestent une résistance accrue à la malaria comparativement aux personnes homozygotes dont l’hémoglobine est normale.
No comments:
Post a Comment