DU GÉNOTYPE AU PHÉNOTYPE • SYNTHÈSE

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DU GÉNOTYPE AU PHÉNOTYPE
SYNTHÈSE
I. De l'informa/on géné/que au phénotype
1. Le phénotype
L'ensemble des gènes (segments de la molécule d'ADN codant pour une protéine), ou génome, définit le génotype.
Le phénotype est l'ensemble des caractères visibles d'un individu et résulte de l'expression de ses gènes et donc de l'ensemble des protéines qu'il exprime. Le phénotype se retrouve à l'échelle de l'organisme, de la cellule-­‐et de la molécule (protéine).
Exemples de phénotypes observés aux différentes échelles de l'organisme :
• Drépanocytose :
-­‐ Anémie chronique et douleurs arFculaires : phénotype macroscopique
-­‐ HémaFes falciformes (en faucille) fragiles et moins souples : phénotype cellulaire
-­‐ Hémoglobine HbS qui polymérise : phénotype moléculaire
• Albinisme :
-­‐ Hypo-­‐pigmentaFon de la peau, des cheveux : phénotype macroscopique
-­‐ Mélanocytes incapables de produire de la mélanine : phénotype cellulaire
-­‐ Tyrosinase non foncFonnelle : phénotype moléculaire
2. Le rôle essen2el des protéines dans le phénotype
Le phénotype est défini par les protéines. Celles-­‐ci sont formées d'un enchaînement précis et ordonné d'acides aminés, qui sont au nombre de 20, et servent d'unité de base à toutes les molécules protéiques. Lors de sa synthèse, la chaîne protéique acquiert une configuraFon spaFale précise qui définit sa foncFon.
3. La synthèse des protéines à par2r des gènes
Un gène est un segment d'ADN qui code pour une protéine donnée. Les gènes sont formés d'une succession ordonnée de quatre nucléoFdes différents, notés des iniFales A, T, G et C. Il y a une correspondance stricte entre la succession des nucléoFdes de l'ADN et la succession des acides aminés de chaque protéine synthéFsée : l'informaFon généFque est traduite selon le code généFque à l'intérieur duquel chaque triplet de nucléoFdes, ou codon, correspond à un acide aminé précis. Certains triplets appelés « codons stop » servent à arrêter l'enchaînement des acides aminés quand la lecture de la protéine est achevée. Toute mutaFon affectant un gène, entraîne une modificaFon de la succession des acides aminés en altérant le plus souvent la structure et la foncFon de la protéine.
4. L'universalité du code géné2que
Le support de l'informaFon généFque et le code permeXant de traduire ceXe informaFon en protéine sont les mêmes quelle que soit l'espèce considérée. Il est donc possible d'introduire un gène issu d'une espèce donnée et de le faire traduire par les cellules d'une autre espèce qui exprimeront alors la protéine correspondante. CeXe manipulaFon généFque entraîne donc une modificaFon du phénotype de l'espèce ayant subi la transgenèse.
Exemples :
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• IntroducFon du gène codant pour la synthèse de l'insuline de l'homme à une bactérie ; celle-­‐ci devient capable de synthéFser de l'insuline de l'homme. La bactérie sait lire et exécuter les ordres d'une autre espèce.
• Transfert du gène Bt (codant pour une protéine toxique pour la pyrale) dans les cellules d'un plant de maïs devenu résistant à la pyrale.
II. La complexité des rela/ons entre génotype et phénotype
1. Un phénotype peut résulter de génotypes différents
Le génome comprend deux versions de chaque gène (une sur chacun des chromosomes homologues d'une même paire), les allèles. Quand les deux allèles sont idenFques, l'individu est dit « homozygote » pour le gène concerné ; s'ils sont différents, l'individu est dit hétérozygote. Le phénotype résulte de l'expression des allèles. Quand les deux allèles s'expriment, ils sont codominants. Si l'un des deux seulement s'exprime, il est dominant tandis que l'autre est récessif.
Exemples :
• Les groupes sanguins :
-­‐ Les groupes sanguins A et B dépendent d'allèles codominants : un individu qui possède les deux est de groupe AB.
-­‐ L'allèle O est récessif et l'allèle A (ou B) est dominant. Les individus ayant le génotype homozygote A//A ou hétérozygote A//0 ont tous le même phénotype : leur groupe est A.
-­‐ Les individus de groupe O ont tous le génotype 0//0.
Les caractères monogéniques sont codés par un seul gène. Lorsque plusieurs gènes sont impliqués, le caractère est poiygénique. Le dysfoncFonnement de l'un ou de plusieurs gènes abouFt à un phénotype idenFque résultant de génotypes différents. La mutaFon d'un seul gène peut altérer le phénotype.
Exemples :
• Albinisme :
-­‐ L'albinisme est dû à un défaut de mélanine dans l'épidémie. La synthèse de la mélanine fait intervenir une cascade de réacFons chimiques, dont chaque précurseur est codé par un gène. Le phénotype albinos peut résulter d'une anomalie de l'un ou de plusieurs gènes précurseurs de la mélanine ou encore d'une mutaFon du gène codant pour la myosmeVa, protéine permeXant la migraFon de la mélanine des mélanocytes aux kéraFnocytes.
2. Les interac2ons génotype/environnement
L'expression du génotype peut être ralenFe ou au contraire sFmulée par d'autres gènes (ex 1) ou par des facteurs internes (âge, sécréFons hormonales,...). Par ailleurs, il est possible d'influencer l'expression d'un phénotype en modifiant les facteurs environnementaux (ex 2 et 3).
Exemples :
• Les maladies cardiovasculaires :
Existence de gènes favorisant l'appariFon ou non de plaques d'athérosclérose dans les artères qui peuvent exercer leur acFon nocive ou bénéfique et dont les effets s'aXénuent mutuellement.
• La drépanocytose :
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Les séjours en alFtude, la praFque intensive d'un sport, sont déconseillés aux sujets drépanocytaires sous peine d'exposer leur hémoglobine au manque d'oxygène qui est à l'origine de la polymérisaFon de l'hémoglobine et donc à la déformaFon des hémaFes.
• La phénylcétonurie :
L'administraFon d'un régime alimentaire stricte sans phénylalanine permet d'éviter l'appariFon des troubles cérébraux liés à l'accumulaFon de cet acide aminé dans les Fssus et le sang et à sa conversion en acide phénylcétonurique dans les cellules nerveuses dont il provoque la mort.
• La xeroderma pigmentosum :
L'absence totale de contact avec les UV et la fumée de cigareXe permet d'éviter les dommages de l'ADN qui ne pourraient être réparés en raison d'une protéine défectueuse intervenant normalement dans ce mécanisme.
3. Un phénotype n'est pas prévisible
Le phénotype est mulFfactoriel. Le desFn biologique d'un individu bien qu'inscrit dans son génome ne permet pas de prévoir le phénotype d'un individu en raison de la complexité des interacFons entre les gènes et de l'influence des facteurs externes et internes.
Exemple :
• Les maladies cardiovasculaires :
Elles ont une forte composante généFque, mais une alimentaFon déséquilibrée, un mode de vie sédentaire, le stress, le tabagisme et l'alcoolisme sont des facteurs aggravants. Ces maladies sont mulFfactorielles.
L'objet de la médecine prédicFve est de détecter chez un individu la présence d'allèles suscepFbles de lui nuire afin de prévenir, si possible, une maladie grave. La recherche des allèles prédisposant à certaines maladies peuvent être réalisées chez le fœtus, dès le début de la grossesse. C'est le diagnosFc prénatal obtenu par analyse séquenFelle de l'ADN du fœtus obtenu à parFr de cellules recueillies par amniocentèse. Des anomalies avérées et graves autorisent le recours à l'interrupFon de grossesse. Cependant la prédisposiFon à certaines maladies peut être palliée par une médecine prévenFve, des précauFons parFculières, une hygiène de vie ou parfois un régime adapté.
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