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PARTIE IV: EXPRESSION, STABILITE, VARIATION
DU PATRIMOINE GENETIQUE
CHAP 8: "L'ADN, UNE MOLECULE INFORMATIVE PARFOIS
PATHOGENE"
8.1 Quelques aspects moléculaires de la molécule d'A.D.N
 TP8.1
visualisation ADN avec logiciel Rastop: mise en évidence des différents
constituants de la molécule d'A.D.N
8.2 Une maladie génétique; La drépanocytose
 TP8.2 visualisation de molécules d'hémoglobine (drépanocytaire et
non drépanocytaire)
 TD8.2 Décrivez succinctement en quelques lignes la mise en place
de cette maladie génétique.
La drépanocytose est une maladie qui affecte les globules
rouges d'un individu; Notamment l'hémoglobine que ceux-ci
contiennent à l'état dissous. Cette molécule est primordiale
pour le transport du dioxygène et est mise en place grâce à
l'expression d'un gène. C'est lorsque ce gène présente une
anomalie particulière au niveau de sa séquence
nucléotidique que les molécules d'hémoglobine s'agrègent
entre elles dans les GR.
A
l'aide des informations extraites du document 1, Repérez et classez les
différents niveaux phénotypiques (à l'échelle moléculaire, à l'échelle cellulaire et
à l'échelle clinique) de la maladie.
Différents niveaux phénotypiques
Niveau clinique ou
Niveau moléculaire
Niveau cellulaire
macroscopique



Molécule
d'hémoglobine
ayant
une
constitution
anormale.
Les
molécules
d'hémoglobine
s'agrègent entre elles
L'acide aminé VALINE 6
remplace l'acide aminé
ACIDE.GLUTAMIQUE 6

Globule rouge en forme
de faux

Obstruction
de
capillaires sanguins

Transport
du
dioxygène insuffisant

Anémie

Destruction de certains
globules rouges

Douleurs
abdominales
…………..

GR
deviennent
indéformables (rigides)

intenses
8.2.1 Une mutation à l'origine de la maladie
 TD8.2.1
utilisation du logiciel "Anagène" ou document
équivalent

Après avoir chargé les séquences nucléotidiques du gène
responsable de la chaîne béta S et de la chaîne béta A,
repérez la (ou les) différence(s) observée(s).

Après avoir chargé les séquences d'acides aminés des chaînes
béta S et béta A, repérez la (ou les) différence(s) observée(s).
 Une molécule d’hémoglobine est constituée de 4 sous unités ; 2 chaînes
polypeptidiques alpha et de 2 chaînes polypeptidiques bêta.
 Chaque chaîne bêta est constituée de 146 acides aminés et sont identiques 2
à 2. L’ordre et l’identité des acides aminés qui les constituent sont respectés.
 Dans le cas d’une hémoglobine A : l’ordre des a.a est Met-val-his-leu-thr-proglu-glu-lys…
 Dans le cas d’une hémoglobine S : l’ordre des a.a est Met-val-his-leu-thr-proval-glu-lys…
 On s’aperçoit qu’un seul acide aminé fait la différence entre les deux
molécules d’hémoglobine ; c’est au niveau des deux allèles du gène
responsable de la synthèse de la chaîne Bêta de la molécule d’hémoglobine
qu’un nucléotide induit la mise en place d’un « acide aminé intrus »
L’hémoglobine S dite "anormale", notée HbS, se retrouve donc présente dans
les globules rouges et provoque du même coup leur éclatement. En effet,
l’hémoglobine S, lorsque l’oxygène se raréfie, se dissout mal et polymérise
sous forme de microfibrilles. Celles-ci rigidifient le globule rouge le rendant
indéformable, les hématies obstruent les petits capillaires qui finissent par
céder.
 L’individu anémié, atteint par cette maladie génétique, souffre de douleurs
chroniques abdominales, de fatigues et d’essoufflements.
Traitements
On ne sait pas encore guérir la drépanocytose. On sait très bien en revanche soigner,
voire prévenir les symptômes :
- les jeunes enfants reçoivent tous les jours un sirop antibiotique et sont vaccinés
contre certains germes auxquels ils sont particulièrement susceptibles comme le
pneumocoque.
- La prise quotidienne d’acide folique évite certaines aggravations de l’anémie.
- Les enfants doivent boire régulièrement pour éviter la déshydratation.
- Les enfants doivent éviter l’exposition au froid.
- En cas de douleur, on administre des antalgiques de puissance croissante, y compris
à l’école grâce au Projet d’accueil individualisé (PAI).
Certains d’entre eux selon le degré de sévérité de la maladie pourront bénéficier de
traitements beaucoup plus lourds (transfusion sanguine, voire greffe de moelle).
BILAN :
L’étude de la drépanocytose montre 3 niveaux de définition du phénotype ; clinique,
cellulaire et moléculaire. Du phénotype moléculaire dépendent les phénotypes
cellulaire et clinique.
On s’aperçoit également que ce sont les protéines synthétisées qui sont à l’origine des
différents phénotypes ; à savoir, pour le phénotype drépanocytaire;
L'hémoglobine HbS (avec la valine en position 6 de la chaîne Béta à la place de
l'acide glutamique) et pour le phénotype non drépanocytaire; L'hémoglobine
HbA. C'est la substitution d'un nucléotide qui provoque cette maladie génétique.
Rq : Toutefois à génotype équivalent, le phénotype attendu ne sera pas forcément le
même pour deux individus (différences observés chez des vrais jumeaux) ou
alors à phénotype équivalent, le génotype envisagé sera parfois différent chez
les deux individus (cas des groupes sanguins ; [A, 0] et [A, A])
Qu'est qu'un phénotype?
Ensemble des caractères observables d'un individu. Le phénotype dépend de la
réalisation du génotype (expression des gènes) mais est souvent influencé par le
milieu de vie (naturel, social, ethnique...) Plus généralement le sens du mot
phénotype est plus restrictif car il ne s'applique qu'à un seul caractère (phénotype
yeux verts, phénotype groupe sanguin B, phénotype obèse…) L'ensemble des
phénotypes observables chez un individu donné est appelé le phénome.
Facteurs épigénétiques
Information
génétique
Facteurs
environnementaux
Protéines
Phénotype
Qu'est-ce qu'une protéine?
La réalisation d’un phénotype nécessite la synthèse de protéines
(ou de polypeptides)
Une protéine est constituée d’acides aminés (rappel des visualisations
obtenues grâce au logiciel RASTOP)
Les protéines sont des molécules organiques ainsi que les molécules de glucides et de
lipides ; elles contiennent toutes des liaisons covalentes C-H.
La concentration sanguine des protéines (protéinémie) atteint 70 à 80 g/l. Ce sont
des molécules très importantes en quantité et en fonction. Elles interviennent dans la
constitution des cellules et/ou dans leur fonctionnement.
Une protéine est toujours constituée d’un enchaînement d’acides aminés mais elle
peut également être associée à d’autres molécules glucidiques ou lipidiques.
Elément de base d’une protéine : l’acide aminé
Fonction
amine
H
Glycine (acide aminé le plus simple)
H
OH
H – N - Cɑ – C
R
Fonction
carboxyle
(acide)
O
En fonction de l’acide aminé, c’est le radical R qui change. Dans le cas de la glycine le
radical est un atome d'hydrogène.
BILAN :
Une protéine est un enchaînement d’acides aminés reliés entre eux par des
liaisons peptidiques. Il existe 20 acides aminés dans l’environnement. Une liaison
peptidique relie une fonction amine terminale d’un acide aminé 1 et une fonction
carboxyle terminale d’un acide aminé 2…Le radical R change en fonction de l’acide
aminé considéré.
 TP8.2.1 Application des savoirs faire et des connaissances à
une autre maladie génétique, la mucoviscidose.
8.3 L'ADN peut connaître certaines variations
On a vu dans le cas de la drépanocytose (et de la mucoviscidose) que la
molécule d'ADN peut présenter une information erronée. Dans ces deux cas ces
variations sont des mutations ponctuelles; C'est-à-dire que le changement ne
concerne qu'un nucléotide dans le cas de la drépanocytose ou trois nucléotides non
contigus dans la mucoviscidose.
Dans le cas de la drépanocytose, il s'agit d'une mutation par substitution alors
que dans le cas de la mucoviscidose il s'agit d'une mutation par délétion.
Quoiqu'il en soit dans les deux cas la mutation entraîne un changement non
seulement au niveau de la protéine fabriquée mais également au niveau de sa
fonction dans l'organisme.
ATTCCGGCTCTT
AAC
AA1-AA2-AA3AA4........
• CODE GENETIQUE présente dans le gène de la
globine béta muté par substitution
• HEMOGLOBINE modifiée
• GLOBULES ROUGES en forme de faux
Symptômes
cliniques pouvant
aller jusqu'au
décès
• CRISES VASO-OCCLUSIVES, INFECTIONS,
ANEMIE
La drépanocytose est causée par une mutation ponctuelle faux-sens non
conservative par substitution.
La mucoviscidose est causée par une mutation ponctuelle (ne concerne
que 3 nucléotides) faux-sens non conservative par délétion (le cadre de
lecture des triplets est décalé)
8.4 Des mutations et des conséquences
8.4.1 Conséquences des mutations
Sq. NUC
monocaténaire
Transcription
ARNm
Traduction
Protéine
8.4.1.1Conséquences des mutations par substitution
Leurs conséquences sont très variables:
Exemple
ADN (brin transcrit)
ARN messager
Polypeptide formé
Avt
mutation
TGG-AAT-CAC
ACC-UUA-GUG
Thr-Leu-Val
Après
mutation
TGT-AAT-CAC
ACA-UUA-GUG
Thr-Leu-Val
Dans ce cas la mutation n'a aucune conséquence, en effet les
deux codons (ACC et ACA) codent pour le même acide
aminé; Le code génétique est dit redondant ou dégénéré.
On qualifie cette mutation de mutation ponctuelle
silencieuse.
Exemple
ADN (brin transcrit)
ARN messager
Polypeptide formé
Avt
mutation
TGG-AAT-CAC
ACC-UUA-GUG
Thr-Leu-Val
Après
mutation
TCG-AAT-CAC
AGC-UUA-GUG
Ser-Leu-Val
Dans ce cas la mutation a provoqué un changement au niveau du polypeptide. On
qualifie cette mutation de mutation ponctuelle faux-sens. Deux cas de figure
à envisager:
 Si le changement d'acide aminé n'affecte pas la configuration spatiale de la
protéine, celle-ci conserve ses propriétés: on dit alors que c'est une mutation
ponctuelle faux-sens conservative.

Le changement d'acide aminé entraîne une modification au niveau du site actif
de la protéine: on dit alors que c'est une mutation ponctuelle faux-sens
non-conservative.
Exemple 3
ADN (brin transcrit)
ARN messager
Polypeptide formé
Avt
mutation
Après
mutation
TGG-AAT-CAC
ACC-UUA-GUG
Thr-Leu-Val
TGG-ACT-CAC
ACC-UGA-GUG
Thr-
La mutation a entraîné l'apparition d'un codon stop donc un arrêt prématuré de la
synthèse de la protéine. Elle est donc plus courte, elle perd sa configuration
spatiale et ses propriétés. Les conséquences phénotypiques sont importantes:
On parle alors de mutation ponctuelle non-sens.
8.4.1.2
Conséquences des mutations par délétion ou addition
Les conséquences de ces mutations sont souvent perturbatrices. En effet, elles
provoquent un décalage du cadre de lecture et donc des conséquences sur la
synthèse de l'ARN messager. Toute la partie de la chaîne qui se situe au-delà de
la mutation voit sa séquence modifiée.
Ce type de mutation créé souvent l'apparition d'un codon stop prématuré; le
polypeptide sera donc plus court et les répercussions sur le phénotype seront
importantes.
Ex: Béta thalassémie 5 mutation par addition
Ex: Mucoviscidose mutation par délétion de 3 nucléotides non contigus
8.4.1.3
Conséquences des mutations étendues
Elles sont en général très lourdes de conséquences.
Rq: Les mutations affectant les cellules germinales (cellules qui donnent naissance
aux cellules sexuelles) sont transmissibles de manière héréditaire à la
descendance.
8.5 Les mutations; Sources de variabilité des individus
8.5.1
Les mutations sont aléatoires et non orientées
Les mutations sont des modifications de la séquence de nucléotides d'une molécule
d'ADN. L'information génétique peut donc varier (en bien, en mal ou de façon
neutre) (10-8 à chaque multiplication, 1 nucléotide sur 100 000 000 sera
différent) Dans la plupart des cas elles sont réparées ou silencieuses.
Statistiquement plus une molécule d'ADN est reproduite et plus la probabilité de
voir apparaître un accident est grande.
Application:
Soit 5 Giga bases sur l'ensemble des chromosomes du noyau d'une cellule;
Combien de mutations pourraient-être comptées après un cycle cellulaire.
BILAN: Les mutations aléatoires se produisent naturellement
sans qu'une cause particulière leurs soit attribuées. Toutefois
certaines substances, dites mutagènes, peuvent provoquer
et/ou augmenter leur fréquence d'apparition.
8.5.2
Différents types de mutation
Des mutations ponctuelles:
Elles sont dites ponctuelles quand elles ne touchent qu'un seul nucléotide.
Des mutations chromosomiques (étendues):
Cela concerne un grand nombre de nucléotides dans l'ADN de telle sorte que la
mutation est observable lorsqu'on fait un caryotype : duplication, translocation,
inversion, délétion, insertion.
Il peut s'agir aussi d'une perte ou d'un gain de chromosomes
EX: La trisomie 21 ROBERTSONNIENNE
Le phénotype des trisomiques 21 s'explique par la présence en triple de certains
gènes, portés par le bras long du chromosome 21. D'autres anomalies
chromosomiques peuvent donc conduire à ce phénotype : il suffit pour cela que le
bras long du chromosome 21 soit présent en triple exemplaire. C'est ce qui arrive lors
de translocations (réciproques ou non) de ce bras chromosomique.
A. Représentation très schématique d'une translocation d'un fragment de
chromosome 21 vers un autre chromosome.
B. conséquence de la présence dans une même cellule d'un chromosome portant un
fragment de chromosome 21 et d'une paire de chromosomes 21
Des mutations dynamiques:
Ces mutations évoluent d'une génération à l'autre, elles correspondent à des
répétitions importantes de certains triplets au niveau de l'ADN (CAG et GGG). Elles
sont rencontrées dans certaines maladies génétiques (Syndrome de l'X fragile,
dystrophie myotonique de Steinert)
Ex: Chorée de Huntington
Surnommée "danse de saint-Guy", la chorée de Huntington est liée à une anomalie
génétique localisée sur le chromosome 4, à transmission autosomique dominante (la
présence de l’anomalie génétique sur un seul des deux chromosomes provoque le
développement de la maladie) et à pénétrance complète (l’anomalie génétique
provoque toujours la maladie).
Il s’agit d’une répétition anormale d’une partie de l’information génétique ou ADN au
niveau de ce chromosome : à l’état normal un code ADN est répété entre 11 et 34
fois, alors que dans la chorée de Huntington il est répété entre 37 et 86 fois. Cette
augmentation du nombre de triplet est souvent progressive sur plusieurs générations
et ses mécanismes sont mal connus.
Des mutations autosomiques dominantes
Ces mutations touchent les chromosomes autres que les chromosomes sexuels et
sont actives lorsqu'un seul des deux chromosomes en est atteint (syndrome de
MARFAN)
Des mutations autosomiques récessives
Ces mutations touchent les chromosomes autres que les chromosomes sexuels et
sont actives lorsque les deux chromosomes en sont atteints (anémie falciforme)
Des mutations gonosomiques
Ces mutations touchent les chromosomes sexuels X ou Y (myopathie de DUCHENNE
46XY; Syndrome de KLINEFELTER 48, XXYY)
Rq: Les mutations pour être transmises à une descendance
doivent être présentes dans les cellules germinales. Les
mutations affectant seulement les cellules somatiques ne sont
pas transmises à une descendance.
CHAP 9: DES PERTURBATIONS DE L'ADN QUI INTERPELLENT
L'HOMME
9.1 La multiplication cellulaire
 TD 9.1 choix d'un modèle de multiplication de l'ADN
Lors de la multiplication cellulaire, ce sont tous les constituants de la cellule qui sont
multipliés par deux. Les deux cellules filles étant en principe rigoureusement identiques à la
cellule mère, la quantité d'ADN donc, est elle aussi multipliée par deux.
Un cycle cellulaire comprend deux étapes:
 L'interphase
 La mitose
L'interphase:
C'est l'étape la plus longue du cycle cellulaire, elle comprend trois phases G1, S et G2. La
mitose bien qu'elle soit la plus courte se décompose en quatre phases, la prophase,
l'anaphase, la métaphase et la télophase.
Lors de l'interphase, la molécule d'ADN est sous forme décondensée; C'est-à-dire sous
forme d'un long filament constitué de deux chaînes de nucléotides complémentaires.
Phase G1
Phase S
Phase G2
 Représentez l'aspect des chaînes d'ADN en fonction des phases de l'interphase.
Quantité
noyau Aspect de l'ADN
d'ADN (unité
décondensé
arbitraire)
INTERPHASE
Phase du
Aspect
du
cycle
(schéma)
cellulaire
La mitose
C'est l'étape la courte du cycle cellulaire, elle comprend quatre phases; La
prophase, la métaphase, l'anaphase et la télophase. A l'issu de cette étape la
multiplication cellulaire est terminée. Chacune des cellules néoformées peut à son
tour suivre un autre cycle cellulaire ou rentrée en quiescence ou se spécialisée.
Prophase:
La prophase est une phase d'organisation. La membrane cytoplasmique
de la cellule modifie sa perméabilité, les échanges diminuent, le noyau
et le cytoplasme subissent tous deux des changements.
Les fibres de chromatine se condensent en spirale pour former des
chromosomes visibles au microscope photonique. Chaque chromosome
dupliqué prend la forme de deux chromatides sœurs identiques réunies
par le centromère qui joue un rôle important dans la ségrégation des
chromosomes.
Le deuxième organite important de la prophase est le centrosome.
Chaque centrosome comprend deux centrioles. Comme pour les
chromosomes, le centrosome s'est dupliqué avant le début de la
prophase. Durant la prophase, le centrosome qui contient alors 4 centrioles se divise en deux et chacun des deux
centrosomes migre vers un pôle de la cellule.
Le cytosquelette de microtubules se réorganise pour former le fuseau mitotique, structure bipolaire qui s'étend
entre les deux centrosomes mais reste à l'extérieur du noyau.
Par la croissance des microtubules, le fuseau mitotique s'allonge, ce qui étire le noyau cellulaire. L´enveloppe
nucléaire se fragmente. Les microtubules du fuseau peuvent alors se fixer aux chromosomes par le centromère.
Métaphase
Petit à petit chaque chromosome voit chacune de ses chromatides reliées à un
pôle par l'intermédiaire des microtubules. Ceux-ci exerçant des tensions, les
chromosomes ont alors des mouvements agités.
Au cours de la métaphase proprement dite, l'enveloppe nucléaire est
entièrement détruite et les chromosomes condensés sont rassemblés à
l'équateur de la cellule pour former la plaque équatoriale.
Les tensions subies par chacun des kinétochores d'un chromosome s'équilibrent
progressivement et ceux-ci s'alignent dans un plan situé à mi-chemin des deux
pôles. On observe que les chromosomes sont alignés selon leur centromère.
Étant donné sa forme, l´ensemble formé par les microtubules polaires et par
les microtubules reliés aux chromosomes s´appelle fuseau achromatique (car dépourvu de couleur).
Anaphase
L´anaphase est une phase très rapide de la mitose commençant quand le
centromère dédoublé de chaque chromosome se sépare en deux, libérant
ainsi les chromatides soeurs. Chaque chromatide devient dès cet instant un
chromosome à part entière, conduit par le fuseau vers les pôles de la cellule.
Cette séparation des chromatides soeurs s'effectue suite à un signal cellulaire
spécifique correspondant entre autres à une augmentation d'un facteur 10 de la
concentration en calcium intracellulaire
Les chromosomes sont alors attirés vers les pôles, via leur centromère, par
contraction
des
microtubules
kinétochoriens
résultant
de
leur
dépolymérisation. Les kinétochores permettent donc non seulement d'arrimer
les chromatides au microtubule, mais aussi de transporter les chromosomes le
long des microtubules .Ces derniers migrent rapidement, à une vitesse
d'environ 1 µm/min. Les mitochondries se concentrent au niveau de la plaque équatoriale et fournissent
l'énergie nécessaire au processus de migration.
À la fin de l´anaphase, les deux pôles possèdent des jeux équivalents et complets de chromosomes.
Télophase et cytodiérèse
Pendant la télophase, les microtubules polaires allongent encore la cellule, et
les noyaux fils commencent à se former aux pôles. Les enveloppes nucléaires
se constituent à partir des fragments de l´enveloppe nucléaire de la cellule
mère et de portions de membrane fournies par le réticulum endoplasmique.
Les nucléoles réapparaissent, chaque chromosome perd son organisation
spatiale compacte et redevient la chromatine initiale. Les mitochondries, ainsi
que les nombreux autres organites se répartissent dans les 2 cellules filles. La
mitose, c´est-à-dire la division d´un noyau en deux noyaux génétiquement
identiques, vient de se terminer.
La cytodiérèse, ou division du cytoplasme, agit rapidement après la mitose
pour générer deux cellules filles distinctes. Durant cette période, le sillon de
division se forme dans un plan perpendiculaire à l'axe du fuseau mitotique et
sépare la cellule en deux. Le clivage est dû à un anneau contractile.
Dans les cellules animales, cette constriction se fait de manière centripète par étranglement. Le sillon de division
se resserre jusqu'à former un corps intermédiaire, formant un passage étroit entre les deux cellules filles et qui
contient le reste du fuseau mitotique. Celui-ci finira par disparaître entièrement, les deux cellules filles complètes
se sépareront complètement et l'enveloppe nucléaire et les nucléoles finiront de se reconstituer.
Remarque: Chez la cellule végétale, la cytodiérèse est différente de par la présence d'une paroi rigide. Elle se
réalise par la construction d'une nouvelle paroi, le phragmoplaste appelé plus simplement corps intermédiaire
entre les deux cellules filles. Cette nouvelle paroi se développe de manière centrifuge et se raccorde à la paroi
préexistante de la cellule mère.
Exercice d'application:
A partir d'une cellule mère à 2n=6, réalisez un cycle cellulaire complet (interphase+mitose) Ne
représentez que le noyau, l'ADN et les chromosomes. Nommez chaque étape du cycle cellulaire.