1S-tp-p1A-40 Chapitre 4 : la Variabilité génétique et mutation de l

1S-tp-p1A-40 Chapitre 4 : la Variabilité génétique et mutation de l’ADN
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Objectif : comprendre l'origine des mutations et la diversité - réaliser un protocole
Observation : il existe une grande diversité parmi les individus au sein d'une espèce, les informations génétiques peuvent varier en raison de
mutations.
Problème : comment apparaît une mutation et donc la diversité ?
Matériel : blouse, livre p. 84, GéniGen, Rastop, fichiers 1S-tp-p1A-40-thalassemies, 1S-tp-p1A-40-xeroADNm, 1S-tp-p1A-40-xeroADNmprot.
Capacités et attitudes
Activités expérimentales
Compétences
Extraire des informations
Manipuler et expérimenter
Respecter les règles de sécurité
Utiliser un logiciel de données
Mettre en relation des données
Utiliser un logiciel de données
Mettre en relation des données
Mettre en relation des données
1 - Des mutations naturelles ou provoquées
Exo 1 p. 84.
Exo 3 p. 86.
2 - Molécules et mutation
- Protéines
Détecter une mutation par électrophorèse, protocole p. 2.
- Acides nucléiques
Rappel vous avez comparé HbA et HbS dans le TP précédent p. 65.
Exo 2 p. 84 (molécule sur le site), afficher aussi l'ARN et comparer.
3 - Des systèmes de réparation
Exo 1 p. 88.
Protocole p. 2.
4 - Les conséquences des mutations
Exo 4 p. 90.
Exo 7 p. 90.
Bilan
Donner les causes et les conséquences des mutations génétiques,
redéfinir les notions de gènes et d'allèles.
Recenser, exploiter et
interpréter des bases de
données et/ou concevoir et
réaliser un protocole pour :
- mettre en évidence l’influence
d’agents mutagènes sur des
populations humaines
- analyser l’influence de
l’irradiation d’une culture de
levures par des UV.
Utiliser des logiciels pour
caractériser des mutations.
Recenser et exploiter des
informations permettant de
caractériser la diversité allélique
d’une population.
Rédaction d’un compte-rendu sur feuille double faisant apparaître la démarche expérimentale.

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2 - Molécules et mutation
Matériel disponible et protocole d'utilisation du matériel
Ressource complémentaire : L'électrophorèse est une technique utilisée pour séparer des molécules suivant leur charge (polaire) et leur
masse.
Matériel biologique :
Sérum d'individus sain et
drépanocytaire
Matériel de laboratoire :
Matériel pour électrophorèse
Afin de détecter les mutations sur l'ADN nous pouvons rechercher les effets sur les protéines :
Réaliser une électrophorèse, protocole fiche jointe.
Appeler l’examinateur pour vérifier les résultats
3 - Des systèmes de réparation
Matériel disponible et protocole d'utilisation du matériel
Ressource complémentaire : la protéine présente dans le deuxième fichier est une endonucléase d'une bactérie phage T4.
Fichiers de molécules :
- 1S-tp-p1A-40-xeroADNm.pdb
il s'agit d'un fragment d'ADN altéré
par les UV
- 1S-tp-p1A-40-xeroADNmprot.pdb
il s'agit de l'ADN précédent et d'une
protéine de réparation
Afin de montrer comment une mutation peut être réparée :
Comparer deux molécules à l'aide de Rastop (fiche méthode sur le site et p. 394.
Lancer Rastop puis Ouvrir Xéroderma ADN muté.pdb
choisir affichage boules et bâtonnets, colorer les paires de bases A, T, C et G de quatre couleurs
différentes et repérer la mutation.
Ouvrir XeroADNmprot.pdb (et réaliser l'activité doc 3 p. 89.
Appeler l’examinateur pour vérifier les résultats
Pour en savoir plus sur les thalassémies.
Les thalassémies, encore appelées dans leur forme majeure anémie ou maladie de Cooley, sont des formes d'anémies héréditaires associées
à une déficience dans la synthèse d'une ou de plusieurs des quatre chaînes formant l'hémoglobine des globules rouges. Cela se traduit par
une anémie assez importante. On observe également une hypertrophie de la rate et des déformations du crâne et des os longs.
Même s'il existe deux sortes de thalassémie (alpha et bêta), du fait de la rareté de la première, les thalassémies "sans précision"
correspondent, en fait, à des bêta thalassémies.

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Il s'agit de maladies génétiques atteignant la production de l'hémoglobine. Cette dernière est formée de quatre sous-unités, deux alpha et
deux bêta dans le cas de l'hémoglobine adulte (HbA). Suivant le type de sous-unités atteint, on parle de thalassémies alpha ou de
thalassémies bêta.
Les bêta-thalassémies, appelées aussi "maladies des globules rouges", se caractérisent par l'absence de la chaîne β de l'hémoglobine
fonctionnelle. Près de 200 allèles ont été décrits, concernant soit le gène de la chaîne, β soit, beaucoup plus rarement, des gènes régulateurs.
Dans la bêta-thalassémie hétérozygote, il y a une diminution de la synthèse de l'hémoglobine. La petite taille des hématies est compensée par
leur nombre d'où une pseudo-polyglobulie (6 à 7 millions d'hématies/mm³).
Dans la bêta-thalassémie homozygote, l'excès relatif des chaînes alpha précipite dans l'érythroblaste et entraîne sa lyse par toxicité
membranaire, ce qui est à l'origine d'une érythropoïèse inefficace.
Par ailleurs, l'hyperhémolyse et la métaplasie myéloïde sont à l'origine de la splénomégalie (rate augmentée de volume) et de l'hépatomégalie
(foie augmenté de volume).

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1 - Des mutations naturelles : Activité 1 p. 84
1. La présence d’un kangourou albinos dans une population normalement pigmentée et l’apparition d’une drosophile aux yeux blancs dans
une population de laboratoire aux yeux rouges indiquent que ce phénomène est spontané puisque les conditions d’élevage sont constantes.
Le tableau donne des taux de mutations entre 10-5 et 10-8, soit un mutant tous les dix milles ou tous les cent millions d’individus, ce qui
suggère bien une rareté d’apparition des mutants, donc des mutations.
Des mutations provoquées
Graphique p. 92 : plus le temps d’exposition aux UV est grand, moins il y a de colonies survivantes (effet létal) et plus le pourcentage de
colonies blanches parmi les colonies survivantes est grand (effet mutagène).
Le séquençage confirme que le changement de couleur résulte d’une mutation. On peut en déduire que les UV induisent des mutations. Si les
mutations affectent des gènes indispensables au fonctionnement des cellules, elles entraîneront leur mort. Plus le temps d’exposition aux UV
est long, plus la probabilité que les mutations affectent un gène essentiel des cellules est grande.
Exo 3. Plus la dose d’UV reçue est forte, plus on observe des cassures dans l’ADN. On en déduit donc que les UV sont capables d’induire des
cassures dans l’ADN. Les cellules dont l’ADN est cassé sont incapables de se diviser, l'ADN est donc endommagé en dehors de la réplication.
2 - Molécules et mutation
- électrophorèse
- exo 2 p. 84. La comparaison des allèles à l’origine de thalassémies montre qu’une séquence d’ADN peut subir des changements
(substitution), des éliminations (délétion) ou des ajouts de nucléotides (insertion).
en nombres de différences

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3 - Des systèmes de réparation : Activité 3 p. 88
Exo 1. Les cellules d’individus atteints de Xeroderma pigmentosum, une maladie génétique, accumulent davantage de dimères de thymine
que les cellules d’un individu sain. Il existe donc des mécanismes d’origine génétique qui limitent l’apparition de mutations.
Bleu T, vert A, rouge G, blanc C.
Une altération de l’ADN liée à l’action des UV
La molécule est localement détorsadée au
niveau de A-A sur un brin et de T-T sur l'autre.
Les deux nucléotides T voisins ont établi des
liaisons, il en résulte la rupture des liaisons
entre un A et un T en vis-à-vis ce qui conduit à
une désolidarisation locale des deux brins.
Lors de la première réplication de cet ADN (s’il
n’est pas réparé), l’une des molécules d’ADN fille comportera C-T (au lieu de T-T), donc
une mutation.
L'endonucléase est une protéine réparatrice de l'ADN, elle se positionne sur la molécule
d'ADN au niveau de la lésion et la répare.
Conclusions : Les UV altèrent l'ADN des cellules en modifiant sa structure spatiale.
Le plus souvent, chez la plupart des individus, l'ADN est cependant réparé par
l'intervention de protéines réparatrices.
Chez quelques individus, atteints d'une maladie rare, le Xeroderma pigmentosum, l'ADN
n'est pas réparé.
4 - Les conséquences des mutations : Activité 4 p. 90
Exo 4. Famille A : seules les cellules cancéreuses portent l’allèle muté, la mutation affecte donc des cellules de la lignée somatique.
Famille B, toutes les cellules portent la mutation chez les individus atteints de cancer, l’allèle muté est transmis à la descendance, la mutation
affecte donc la lignée somatique et la lignée germinale des individus.
Exo 7. Il existe chez le Serpent des mutations dans les séquences d’ADN régulatrices de l’expression du gène Hoxc-8 par rapport à la
séquence régulatrice chez le Poulet. Il y a notamment une délétion dans une région qui détermine les zones d’expression du gène Hoxc-8. Ce
gène est normalement responsable de la mise en place des membres chez les Vertébrés, ces mutations permettent donc d’expliquer la
disparition ou l’atrophie des membres chez les Serpents.
Ainsi, des mutations peuvent avoir de grandes conséquences morphologiques qui vont contribuer à l’apparition de nouvelles espèces.
G
C
C
G
T
A
G
C
3’
5’
3’
5’
nucléotide
G
guanin
e
adénin
e
A
C
cytosin
e
T
thymin
e
désoxyribos
e
H3PO4
liaison
hydrogène