Les mutations

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 : _____________Mutations germinales___________ se transmettront.

Les mutations se produisent dans les autres cellules d’un organisme pendant la durée de sa vie sont des ________________mutations somatiques________. 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 _____________Silencieux_________ (ou inaperçue).

S’il y a un changement, ces _______mutations contre-sens_________ 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 ____Non-sens_________.

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 :

a) GUU – CAU – UUG – ACU – CCC – GAA – GAA

a) 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.

b) GUU – CAU – UUG – ACC – CCC – GAA – GAA

b) 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.

c) GUU – CAU – UUG – ACU – CCC – GUA – GAA

c) 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.

d) GUU – CAU – UAG

d) 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 : _________________mutation décalantes__________. 

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 :

a) GUU – CAU – UUG – ACU – CCC – GAA – GAA

a) 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.

b) GUU – CAU –  GUU – GAC – UCC – CGA – AGA  A

b) 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

c) GUU – CAU – UUG – CUC – CCG – AAG – AA

c) 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.

1. Expliquez la différence entre les mutagènes chimiques et physiques et donnez des exemples de chacun.