I La Diversité Des Phénotypes

INTRODUCTION :
Le ( ) est l’ensemble des caractères observable d’un individu
Par des caractères morphologiques ( yx chx peaux )
Par des caractères physiologiques ( état de santé atteint de la maladie
génétique ).
Dans une même espèce les individus présentent tous des caractères communs
spécifique a l’espèce et des caractères différent individuels. Le ( ) d’un individu
est directement contrôlé par les informations génétiques.
Le ( ) est constitué de caractère visible a l’œil nu mais lié aux cellules de
l’individu et liée aux molécules = substance chimique fabriquée dans les cellules
de l’individu.
I LA DIVERSITE DES PHENOTYPES :
A/ ETUDE DES DIFFERENTS ECHELLES DES PHENOTYPES :
TP n°1
Etude des ( ) d’une maladie génétique la drépanocytose
Le phénotype macroscopique résulte du phénotype cellulaire et moléculaire. Les
différentes échelles d’observation sont reliées entre elles .Les protéines sont
responsables du phénotype moléculaire qui conditionnent le phénotype
moléculaire qui conditionnent le phénotype cellulaire lui-même de cause a effet
du phénotype macroscopique.
Un phénotype est l’ensemble des caractères d’un individu a différentes
échelles : Macroscopique,
Cellulaire,
Moléculaire.
Tp n°2
Etude de l’albinisme
Les couleurs des yx dépend de la concentration ⊕ ou ⊖ important dans cellules
de l’iris on parle de phénotype alternatif sont du a une quantité de protéine E qui
varie selon les individus.
1
Dm n°1
Etude de la mucoviscidose :
Il existe plusieurs niveau expressions du phénotype :
Macroscopique (échelle organisme couleur état),
Cellulaire (aspect couleur nombre fct échelle différente),
Moléculaire( échelle moléculaire HbS et HbA).
Ce sont tjs des protéines qui sont impliqués dans la réalisation du phénotype.
B/ IMPORTANCE DES PROTEINES DANS LA REALISATION D’UN
PHENOTYPE :
Un phénotype est toujours lié à l’existence d’une protéine car un gène code
toujours pour 1 protéine.
1/ ROLE DES PROTEINES DANS LA REALISATION DES
PHENOTYPES :
Les protéines agissent :
Directement et constituent le phénotype moléculaire c HbS.
Indirectement et contrôlent d’autres molécules qui sont responsables du
phénotype moléculaire comme pour la mélanine.
Rq le cas le plus fréquent dans les phénotypes sont fait par l’intermédiaire
d’enzymes .
2/QU’EST CE QU’UNE PROTEINE ?:
Protide :
20 AA molécule de base avec Fct acide et amine
2 à 100 AA polypeptide
+ 100 protéines
liaison peptidique
Les protéines sont des macromolécules protidiques qui ont une structure dans
l’espace tridimensionnelle très précise et lui permet de fonctionner. Si problème
fonction mal ou pas du tout.
La structure en 3D de la protéine dépend directement de la séquence en AA (
ordre et nature ) Une modification donne une autre séquence car changement
d’attraction des AA entre eux et donc structure 3D. Mais possible qu’une
protéine ne modifie pas car intervient pas dans attraction. Si AA modifié la fct
de la protéine modifiée et donc le phénotype va être modifié c HbS.
2
On distingue plusieurs niveau de structure :
*Primaire : Chaîne linéaire des AA.
*Secondaire : attraction des AA suivant la charge et forme des liaisons
hydrogènes.
*Tertiaire :attraction des AA et forme des liaisons dis sulfure .
*Quaternaire : alliance de plusieurs protéines en sous unité béta et alpha comme
HbS.
C la séquence d’ AA qui détermine la structure en 3D de la protéine.
Les protéines sont essentielles dans les cellules par leurs fonctions : dans
cytoplasme contrôle les réactions métaboliques ( dégradation , synthèse ).
dans membrane plasmique car contrôle ce qui entre et ce qui sort dans la
cellule.
de construction de la structure cellulaire ( noyau enveloppe nucléaire).
II LES ENZYMES PROTEINES ESSENTIELLES DANS LA REALISATION DU
PHENOTYPE :
A/IMPORTANCE DES ENZYMES DANS LA REACTION METABOLIQUE DE
L’ORGANISME :
1/TP N°4 :
Dans le tube contenant empois amidon + E il y a eu apparition d’amidon et
apparition de glucose donc on a eu une hydrolyse de l’amidon en glucose.
( C₆ H₁₀ O₅ )n + n H ₂O
n C₆H₁₂ O₆
Cette hydrolyse s’est déroulé grâce à la présence de l’enzyme dans le tube.
On peut donc dire que l’E favorise cette réaction métabolique d’hydrolyse Nos
hypothèses sont confirmées.
Rq : L’E ne provoque aucune réaction sur le saccharose, elle ne provoque pas de
synthèse d’amidon à partir du saccharose.
Elle n’agit sur aucun autre sucre mais uniquement sur l’amidon et provoque
uniquement son hydrolyse.
On dit que l’enzyme est spécifique de l’amidon et de son hydrolyse.
2/PROPRIETE DES ENZYMES :
a)ROLE DES ENZYMES :
3
Ce sont des biocatalyseur qui ont pour fonction d’accélérer uniquement une
réaction chimique sans intervenir (intact )dans les produits de la réaction comme
catalyseur physique (la t°c la pression le mouvement) et catalyseur chimique ( le
pH ).Dans la cellule il existe des bio catalyseur.
A+ B
Enzyme
[ A-B ]
Ce sont des biochimiques qui favorise la réaction dans des conditions
compatibles avec la vie 37 ° C et chimique car elles ont une structure 3D très
particulière et précise.
Rq ; Toutes les réactions chimiques de l’organisme que ce soit dans les cellules ou
hors des cellules sont catalysées par des enzymes :
* Enzymes dont l’action est extra cellulaire :
- digestives (12) coupe en petite molécule qui passe dans le sang : hydrolases
comme glucidases protéases lipases( amylase salivaire ),
- plasmique liquide du sang.
* Enzymes dont l’action est intracellulaire :
-Cytoplasmique ( plusieurs millier ) amidon synthétase .
b) LA DOUBLE SPECIFICITE DES ENZYMES :
*la spécificité du substrat :
Une enzyme reconnaît spécifiquement la molécule sur laquelle elle va agir : le
substrat.
Une amylase reconnaît spécifique l’amidon ( substrat) mais ne reconnaît pas le
saccharose.
*la spécificité d’action :
Une enzyme catalyse une réaction chimique ( hydrolases, synthétases ,
deshydrogénases , reductases , oxydo-reductases , polymérases).
Nomenclature substrat + Action + ases
Amidon
hydrolases
Rq exception quand synthèse
Produits + Action+ases
Amidon
synthétases
B/ CONDITIONS ET MODE D’ACTION DES ENZYMES :
1/ CONDITIONS PHYSICO-CHIMIQUES NECESSAIRE
L’ACTIVITE ENZYMATIQUE :
A
4
a) LES CONDITIONS PHYSICO-CHIMIQUES INFLUENCE SUR
L’ACTIVITE ENZYMATIQUE :
Tp n°3
Influence des conditions de milieu sur l’activité enzymatique :
b)ROLE DE LA TEMPERATURE ET DU PH SUR L’ENZYME :
*la T°C
Activité
enzymatique
O°C
40°C
60°C 100°C
A O°C une enzyme est inactive car molécule figée pas agitation moléculaire les
molécules substrats et enzymes ne se rencontrent pas et donc pas de réaction
enzymatique .
Quand T°C basse ne dénature pas les enzymes et mais dès qu’un dépasse les
40°C on commence à dénaturer les enzymes.
Si on  la T°C  agitation moléculaire donc enzyme rencontre substrat et est
active.
A100°c l’enzyme est inactive car elle est dénaturée.
car les protéines coagulent CAD quelles changent de configuration
tridimensionnelle et n’agissent plus .Ce changement de structure est irréversible
perte définitive des propriété catalytique des enzymes
*le pH
Le pH va modifier la structure tridimensionnelle de l’enzyme car certains
liaisons (H ) entre AA disparaissent et d’autres apparaissent
Activité
enzymatique
1
7
14
pH
5
2/IMPORTANCE DE L’ENVIRONNEMENT CELLULAIRE SUR
L’ACTIVITE ENZYMATIQUE :
A tout moment Dans le cytoplasme , les concentrations en E varie en fct de ce
que fabrique la cellule et varie en substrat en fct de l’apport alimentaire ou de
l’activité cellulaire ( effort).
La cellule peu donc agir en fct de ses besoins.
a)INFLUENCE
D’ENZYME :
DE
VARIATION
EN
CONCENTRATION
Si  concentration E  vitesse R E
SUBSTRAT
b)INFLUENCE
:
DE VARIATION EN
CONCENTRATION
DE
Si  concentration E vitesse R E
Si  concentration E de façon importante  vitesse R E n’ pas.
La RE est un phénomène qui est saturable .Le fait que E soit saturé s’explique
par la nécessité de fixer le substrat pour permettre réaction enzymatique.
Selon l’ activité de la cellule il y aura dans le cytoplasme une variation de RE( pas
tjs même E qui agissent et tjs pas a même vitesse ).
c)ETAPE DE LA REACTION ENZYME :
1 étape :formation du complexe [E-S]
E
+
S
E
S
[E-S]
E
S
2 étape : Activation catalytique de la R chimique au sein du complexe [E-S].
E
S
[E-S]
E
E
+
P
Hydrolase
Les deux étapes = 10¯³
6
On estime qu’en 1 seconde 1 E peut catalyser la transformation de 1000
substrats
Rq : les inhibiteurs ( bloquer) sont des molécules capables de se fixer sur
l’enzyme à la place du substrat .Le substrat ne peut plus se fixer et la RE est
bloqué.
Il existe 2 types d’inhibiteurs :
Réversibles ( fixe et se détache de l’E ) donc ralenti AE
Irréversible ( fixe définitivement sur l’E) et si trop nombreux dans les
cellules donc AE est bloqué et donc mort individu c le cyanure .
C/ IMPORTANCE DE LA STRUCTURE 3D DE L’ENZYME
a)NOTION DU SITE ACTIF :
S
Site actif de l’enzyme
Le site actif est une zone particuli7re de E ( forme de creux en 3d très précise
) C ‘est au niveau du site actif que se fixe le substrat .Le substrat doit avoir une
forme complémentaire du site actif en 3D .Si l’emboîtement n’est pas parfait
pas de RE.
Le site actif est constitué de quelque AA donc tout les AA ne participent pas a
cette R.
Si on  la T°C et modification du pH modification forme du site actif donc le
substrat ne peut pas de coacter sur l’enzyme donc pas RE.
b)SITE DE RECONNAISSANCE ET DU SITE CATALYTIQUE :
Le site actif a 2 fonctions qui correspondent à 2 zones différentes :
Site de reconnaissance (ou fixation) est l’endroit spécifique où se fixe le
substrat et est lié à la structure 3D.
Site catalytique est l’endroit qui entraîne la R catalytique CAD qu’il
déclenche la catalyse. Ce sont quelque AA du site catalytique qui réagissent avec
quelques atome du substrat et provoque RE.
E
Site de reconnaissance
Site catalytique
7
III /LES GENES A L’ORIGINE DU PHENOTYPE :
Gènes : morceau d’ADN avec une séquence de nucléotides.
⇓⇒ code pour une protéine.
Un nucléotide = acide désoxyribose D acide phosphore P+ base azotée.
Il existe 4 nucléotides = P+D+A P+D+T P+D+C P+D+G
La séquence des nucléotides constitue un message codé portant l’I pour
fabriquer une protéine.
*Expérience de transgenèse :
Ex Mais transgènique
Gène code pr une protéine
« insecticide » d’1 Bactéries
[ Résistant aux insectes ]
M
Dans les cellules « jeunes » Mais
Mais cellules fabriquent la
protéine« insecticide »
Le gène de la bactérie modifie le phénotype du mais par l’intermédiaire d ‘une
protéine.
Ex de la méduse.
Gène code pr une protéine
« Fluorescent »
Ds les cellules oeufs
de Drosophile
Drosophile [ fluorescent ]
1 gène est une séquence de 4 nucléotides = se trouve dans l’ADN du noyau.
1 protéine est une séquence de 20 AA = est synthétisée dans le cytoplasme.
Problème : Comment une séquence de nucléotide de l’ADN ( gène) localisé dans le
noyau permet-elle la synthèse d’une protéine dans le cytoplasme. ?
A/ DU GENE A LA PROTEINE :
Q1 et Q2
8
[ ]M : symptômes + hyperglycémie
⇓
[ ] Cr: Incapacité à faire entrer du glucose dans les cellules dans
hyperglycémie
⇓
[ ] Mr : Insuline inactive car modification de la structure 3 D
⇓
Insuline anormale
⇓
Chaîne B modifié
⇓
Gène modifié codant pour la chaîne B
B/MECANISME DE SYNTHESE DES PROTEINES A PARTIR D‘UN GENE :
Problème : Comment passe t-on de l’ADN à la séquence polypeptidique alors que
l’ADN est une macromolécule incapable de traverser les pores de l’enveloppes
nucléaires ?
Pores
Noyau
Enveloppe nucléaire
ADN
ARN
Hypothèse : Il existe une molécule intermédiaire entre l’ADN et une protéine.
Molécule de petite taille pour passer les pores nucléaires
porteuse d’un message
une molécule formé à partir de l’ADN
PROTEINE :
1/L’ARNM , MOLECULE INTERMEDIAIRE ENTRE LE GENE ET LA
ARN est un acide ribonucléique
⇓⇒ A acide phosphorique
⇓⇒ R Le ribose
⇓⇒ N base azotée : U G C A
et c ‘est une molécule a un seul brin.
9
ARN séquence de ribonucléotide
P
P
R
A
P
R
U
R
G
P
R
A
C
P
R
P
G
R
P
P
R
U
Ribonucléotide
Exp Vérification que l’ARN est l’intermédiaire entre l’ADN et la protéine.
N
N
⇒ Arrêt
de la synthèse
de protéine
Enucléation
Amibe
Amibe énucléée
+ Injection des molécules ARN poly U
P
R
U
P
R
U
P
R
U
P
R
U
P
R
U
P
⇒ Reprise de la synthèse protéine
⇒ Polypeptide ⇒
Phé
Phé
Phé
ARN est responsable du déclenchement de la synthèse protéique et cet
ARN est donc l’intermédiaire entre ADN et la protéine d’où messager.
L’ARNm code pour une séquence AA bien précise.
2/ PASSAGE DE IG DU GENE A L’ ARN M LA TRANSCRIPTION :
Transcription repose sur le principe de la complémentarité des bases azoté ( U C
G A ) entre ADN et l’ARNm.
ADN
A
T
C
G
ARNm
U
A
G
C
U uracile
A adénine
C cystéine
G guanine
T thymine.
10
Transcription
A
T
G
C
T
A
C
G
A
T
G
C
Brin informatif
T
A
Brin non transcrit
Tout l’ADN n’est pas transcrit en ARN m seul un gène est transcrit à à fois.
1
2
3
L’enzyme ouvre la molécule d’ADN au début du gène
L’enzyme permet la fixation des ribonucléotides en face des bases
azotées du brin informatif de l’ADN
L’enzyme permet la liaison polypeptidique entre les ribonucléotides fixés
4 L’enzyme se déplace à l’intérieur de l’ADN continue la transcription et la
molécule de l’ARNm se détache progressivement jusqu’à la fin du gène.
2/ LE PASSAGE D’UNE SEQUENCE DE RIBONUCLEIQUE DE
L’ARNM A LA SEQUENCE POLYPEPTIDIQUE DE LA PROTEINE : LA
TRADUCTION :
Hypothèse :
1 base azotée code pour 1 AA
Mais il manque 16 AA
2 bases azotées code pour 1 AA
4¹
Mais il manque 4 AA
3 bases azotées code pour 1 AA
4²
On a 64 possibilités
4³
La troisième hyp étais la bonne on peut penser que plusieurs codons codent pour
le même AA .Il y a des codons qui ne codent pas.
Le code génétique : Tableau de correspondante .
Les codons de l’ARNm et les AA .
Le code génétique est redondant .il existe plusieurs codons pour plusieurs AA.
Le code génétique est universel toutes les cellules de tous les êtres vivants
fabriquent les protéines selon les mêmes principes ce qui prouve que tout les
être s vivants ont une origine commune les 1* cellules apparut sur Terre. On a
utilisé cette universalité du code génétique pour mettre au point les expériences
de transgènese.
11
Mécanisme de traduction.
ARN m
cytoplasme
Phé
Met
aa
Codon
Stop
Phé
Met
aa
C’est le lieu du correspondance d’un codon de l’ARN m avec un AA.
Structure linéaire
Il y a un codon initiateur AUG qui informe le ribosome de commencer la
traduction.
Remarque :La formation des liaisons peptidique entre les AA .
COOH
R
CH
NH₂
H
N
H
C
0
H
C
N
H
C
H
R
0-H
H
R₂
H
H
C
0
H
C
0
H
N
C
R₁
N
R₂
C
0
C
0-H
0-H
C IMPORTANCE DES MUTATIONS DANS L’EXPRESSION DES PHENOTYPES :
1 / MUTATIONS :
C modification de la séquence de nucléotide d’un gène au niveau de l’ADN.
1 Nucléotide est remplacé par un autre
SUBSTITUTION.
1 Nucléotide est ajouté
ADDITION.
1 Nucléotide est perdu
DELETION.
12
Rq :La mutation ne porte pas forcement sur un nucléotide ms sur plusieurs qui se
suivent.
2/CONSEQUENCE D’UNE MUTATION SUR LE PHENOTYPE :
Pour HbS
Substitution d’un nucléotide dans le gène qui code pour la chaîne B.
⇓
Chaîne B anormal car 1 AA modifié.
⇓
HbS.
⇓
Hématie Falciforme.
⇓
Symptômes.
Pour l’insuline A et B la chaîne B modifié par une substitution d’un nucléotide
L’ADN , Cytosine remplace Guanine ( changement de bases azotés ).
L’ARNm 1 codon est modifié.
Chaîne B Cytosine est remplacée par la Tryptophane .
Le (p) mr : insuline (modifié) anormal inactive.
Le (p) cr : incapacité à faire rentrer du glucose.
Le (p) mac : hyperglycémie et symptômes .
Une mutation modifie les phénotypes mais pas toujours car
L’AA modifié n’empêche pas sa fonction.
A cause de la redondance du code génétique car un changement de AA
peut être coder par le même codon.
donc les (p) sont normaux.
III LA
COMPLEXITE DE LA RELATION DU PHENOTYPE :
A LE PHENOTYPE MACROSCOPIQUE DEPEND D’UN GENE :
1 LA NOTION D’ALLELE :
13
Le (p) dépend d’un gène car si le gène est muté alors le ( p) sera modifié .
Ex- 1 gène qui code pour la chaîne B de l’insuline existe sous 2 formes = allèle .
L’allèle qui code pour la chaîne B normal de l’insuline
A1.
L’allèle qui code pour la chaîne B modifié de l’insuline
A2.
Ex- 1 gène qui code pour la chaîne B de Hb existe sous 2 formes = allèle .
L’allèle qui code pour la chaîne B normal de HbA
H1.
L’allèle qui code pour la chaîne B modifié de HbS
H2.
Rq un gène peut exister sous 3 voir plusieurs allèles.
2/ NOTION DU PHENOTYPE :
Caryotype
Chromosomes Homologues.
Locus
----
Centromère.
Chromatide identiques qui portent la même IG .
Les chromatides d’un même chromosome portent les mêmes IG.
Dans les cellules d’un individu chaque gène est représenté 2 fois car un vient de
la mère et un du père.
Ces gènes ont une place bien précise par rapport au centromère sur une paire
homologue. ( le locus ).
14
Les 2 chromosomes homologues n’ont pas tjs les même allèles pour le gène
étudié.
h1
h2
individu hétérozygote N°1
[ Sain ]
h2
h2
individu homozygote N°2
[ Malade ]
h1
h1
h1
h2
individu homozygote N°3
individu hétérozygote N°4
[ Malade ]
[ Sain ]
Génotype :
Ce sont les 2 allèles d’un gène étudié présents dans les cellules d’un individu il
est représenté sous forme d’une fraction entre ( ) .
Rq ce qu’on l’on met au numérateur ou au dénominateur n‘a pas de rapport avec
l’origine paternelle ou maternelle.
Si 2 allèles sont identiques dans les ( p ) d’un individu ,alors il est homozygote.
Si 2 allèles sont différents dans les ( p ) d’un individu ,alors il est hétérozygote.
3 UN MEME PHENOTYPE PEUT CORRESPONDRE A PLUSIEURS
GENOTYPE .
L’individu N°3 homozygote a un ( g) [ sain.}
L’individu N°1 et N°4 hétérozygote ont un (g) [ sain.]
L’individu N°2 homozygote a un (g) [ malade ]
Un individu [sain]peut avoir 2 ( p ) possible : h1
h1
h1
h2
15
Un allèle présent dans le (g) mais qui s’exprime pas dans les (p) est dit récessif
par rapport a un allèle présent dans le ( g ) qui s’exprime dans le (p=) est dit
dominant.
Ici h2 est récessif par rapport a h1 qui est dominant.
h1
h2
Chez un individu hétérozygote
plusieurs ( g) peuvent donner le même (p).
Ex- pour l’insuline
Si les parents sont [sain ] avec la mère
Père
Allèle 2
et pour le père
Allèle 1
Allèle 2
A1 [ Sain ]
A1 [ Sain ]
A1
A2
A1 [ Sain ]
A2 [ malade ]
A2
A2
Mere
Allèle 1
a1
a2
a1
a2
Deux parents hétérozygote ont 1 chance / 4 de faire un enfant malade.
B LE PHENOTYPE MACROSCOPIQUE DEPEND DE PLUSIEURS GENES.
Ex- 1 l’albinisme
Le ( p ) dépend d’une chaîne métabolique de synthèse
Phe
Tyr
Dopa
A
B
Melanine
E1
E2
E3
E4
L’E1 est codé par un gène G1 existe sous 2 allèles.
a1 qui code pou une E normal
a1* qui code pour une E modifié
a1 est récessif par rapport à a1* qui est dominant.
Génotype [ couleur de la peau pigmenté ].
E5
Ex-
a5
a5
a1
a1
a2
a2*
a3
a3*
a4
a4*
16
Ex-
a1
a1*
a2
a2
a3
a3*
a4
a4
a5
a5*
Lors d’une chaîne de synthèse pour le ( p ) macro dépend de plusieurs gènes l
‘individu présente plusieurs génotypes responsable de la réalisation du ( p ).
Pour un albinos il suffit que 1 des génotypes soit homozygote récessif pour que
la mélanine ne soit pas fabriqué.
Un (p) peut correspondre a plusieurs ( g )
Voir exo sur la couleur des yeux des mouches
C/ LE PHENOTYPE MACROSCOPIQUE DEPEND DES GENES ET DES
FACTEURS DE L’ENVIRONEMENTS
1/ CAS DE LA PREDISPOSITION AU CANCER
voir la correction du tp
17