Chapitre 2 : les mutations : origine de la variabilité génétique

CHAPITRE 2 : LES MUTATIONS :
ORIGINE DE LA VARIABILITÉ
GÉNÉTIQUE
LES DIFFÉRENTS TYPES DE MUTATION
Lors de la réplication de l’ADN en phase S, les ADN polymérases ajoutent
6,4 milliards de nucléotides (ensemble des paires de nucléotides dans une
cellule humaine) en respectant la complémentarité des bases azotées. Ce
mécanisme n’est pas infaillible et des erreurs peuvent apparaitre.
LES DIFFÉRENTS TYPES DE MUTATION
THA1
THA5
ADN modifié / ADN normal
Type de mutation
Caractères du changement
Il existe 3 modifications ponctuelles possibles de la
molécule d’ADN, la mutation par substitution, par
délétion ou par addition
Position
nucléotides
Nature
du
changement
Taille de
l’ADN
(nombre de
nucléotides)
Type de
mutation
Définition
n°52
T à la place
de A
444
substitution
Remplacement d'une base par une
autre
n° 218
A
445
addition
Ajout d'une base dans la séquence
supplémentaire
THA6
n° 51
C supprimé
443
délétion
Disparition d'une base dans la
séquence
THA8
Du n°126
au 129
CTTT
440
délétion
Disparition de plusieurs bases dans
la séquence
supprimé
LES DIFFÉRENTS TYPES DE MUTATION
CONSÉQUENCES D'UNE MUTATION NON RÉPARÉE
L'activité de l'ADN polymérase peut entraîner des erreurs de
réplication (mésappariements) avec mise en place d’un nucléotide
incorrect (1). Cela entraîne une mutation lors de la réplication
suivante (2) qui sera ensuite reproduite (3) au cours des cycles
cellulaires successifs.
LES AGENTS MUTAGÈNES
On observe qu'une irradiation
aux U.V a deux effets :
- diminution du nombre total
de colonie
- apparition de colonies
blanches
Ces effets sont proportionnels à
la durée d'exposition.
Ainsi, à 0 s d'irradiation on
observe, 3 colonies blanches sur
490 colonies; soit 0.61% alors qu'à
90 s d'irradiation, 14 colonies
blanches sur 30 colonies ; soit
46.66%
LES AGENTS MUTAGÈNES
Document 2 : La couleur des levures est due à l’expression de différents gènes. Réactions responsables de la
synthèse de l’adénine chez une levure
Gène
ade2
Gènes
Substances
puisées dans
le milieu
Substances
rouge,
colonies
rouges
Synthèse de
l’adénine,
colonies
blanches
J'observe qu'une colonie devient rouge en utilisant des substances puisées dans le milieu et des
gènes. Cette colonie deviendra blanche si elle utilise en plus le gène ade2.
J'en déduis que ce gène ade2, lorsqu'il fonctionne, permet la transformation d'une colonie rouge en
colonie blanche, par contre si il ne fonctionne pas, la colonie reste rouge.
Document n°3 : Le gène ade2 est le gène responsable de la
coloration des levures. Le document ci-dessous donne une partie de
la séquence en nucléotides de ce gène ade2 chez une levure rouge
et blanche (1 seul brin de l’ADN est représenté) :
Colonies rouges (ade2) Fragment du gène ade2 :
AGAAGGTTAAATTTTTA
Colonies blanches (ade2) Fragment du gène ade2 :
AGAAGGGTAAATTTTTA
J'observe que dans le cas d'une
colonie rouge, il y a un T en 7ème
position de la séquence fournie alors
que chez une colonie blanche on
observe un G.
Il y a donc eu mutation par
substitution chez les colonies
rouges.
Bilan : les colonies blanches sont en fait les souches sauvages de ces levures, une mutation dans le gène ade2 empêche
la synthèse de la couleur blanche, on obtient alors des colonies rouge.
L'exposition aux U.V agit sur le gène ade2 muté et rétablit sa fonction première, ainsi il redevient fonctionnel et
fabrique alors la couleur blanche.
Plus l'irradiation est importante, plus le pourcentage de colonie blanche augmente, il y a donc une augmentation de la
fréquence des mutations, certaines pouvant être mortelles pour la levure, ce qui explique une diminution du nombre
total de colonie.
LES AGENTS MUTAGÈNES
Quelles sont les
caractéristiques
communes des agents
mutagènes ?
Action des rayons UV sur l'ADN
Les radiations UV (UVB de 280 à 315 nm UVA de
315 à 400 nm) sont absorbées par certaines bases
azotées (thymine et cytosine) quand elles sont
répétées (1). Deux thymines (parfois des cytosines)
consécutives sur le même brin d'ADN peuvent alors
s'associer par liaison "forte" pour former
un dimère (2). Cela déforme l'ADN et perturbe
l'activité de l'ADN polymérase lors de la réplication
de l'ADN. Il en résulte des mutations, des
réarrangements chromosomiques voire un blocage de
la division cellulaire.
Action des radiations ionisantes sur l'ADN
Les rayons X et gamma (1) sont assez
énergétiques pour produire des radicaux
libres (ions possédant électrons non
appariés) chimiquement très réactifs
notamment avec l'ADN ou peuvent agir
par action directe sur l'ADN. Cela
entraîne :
- des altérations ou pertes de bases
(2) ;
- des ruptures dans l'un (3) ou les deux
brins (4) qui peuvent conduire à des
réarrangements, délétions, perte de
fragments de chromosome, ou la mort de la
cellule.
Action des substances chimiques sur l'ADN
Certaines substances
chimiques altèrent la structure des
bases azotées (1), ce qui empêche un
appariement correct lors de la
réplication (2). Il en résulte une
modification de l'information
génétique qui se reproduit au cours
des cycles cellulaires suivants (2 et
3).
Les analogues des bases (X)
sont des substance chimiques
dont la structure est proche de
celle des bases azotées des
nucléotides et qui peuvent
être incorporés à l’ADN au
cours d'une réplication (1).
Lors des cycles cellulaires
suivants ils se lient à
n'importe quelle base (2)
entraînant des mutations
(3). Exemple le 5-bromouracile
(ou 5-BU).
LES MÉCANISMES DE RÉPARATION
A quelles conditions y
a-t-il véritablement
mutation de l'ADN ?
Les mécanismes de réparation
Réparation des ruptures sur
un seul brin
Les ruptures causées par des agents
mutagènes (rayons X ou produits
chimiques) peuvent être rapidement
réparées par une enzyme spécifique :
une ligase.
Réparation des mauvais
appariements
Ce processus intervient après la
réplication de l'ADN à la manière
d'un "correcteur orthographique".
Il est réalisé par un groupe de
protéines (nucléases) qui peuvent
"scanner" l'ADN et détecter les
paires de bases incorrectes ou mal
appariées. Le nucléotide incorrect
(1) est supprimé (2) puis l'ADN
polymérase opère un deuxième
passage et rétablit la séquence
convenable (3).
Les mécanismes de réparation
Réparation des dommages importants : excision puis
remplacement de groupes de nucléotides.
Ce mécanisme intervient sur les dommages importants de l'ADN qui créent des
blocages de la réplication et de la transcription, tels que les dimères induits par
les UV (1) et des produits chimiques. La mutation est reconnue et le brin d'ADN
est coupé de part et d'autre (2). Les nucléotides impliqués sont excisés (3). L'ADN
polymérase complète ensuite la zone manquante (4) et la ligase rétablit enfin les
liaisons (5).
Les mécanismes de réparation
Tolérance de la zone endommagée
Tous les dommages de l'ADN ne peuvent pas être réparés immédiatement. Certains
persistent. Si un œil de réplication contient des altérations (par exemple un dimère
de thymine (1)), il y a normalement blocage de la réplication. Cependant, chez les
eucaryotes, la réplication peut être initiée à de nombreux endroits. Elle peut donc
reprendre au delà du dimère, laissant un secteur de la molécule non répliqué (2).
mais cela n'empêche pas la division cellulaire d'être bloquée. La recombinaison avec
un brin de la chromatide sœur (3) peut alors aboutir à deux molécules sœurs
"complètes" après insertion des nucléotides manquants. L'une d'elles contient encore
le dimère (4) mais l'autre est complétée et n'est pas mutée (5) et surtout la division
n'est pas bloquée.
CONSÉQUENCES D'UNE MUTATION NON RÉPARÉE
LA TRANSMISSION DES MUTATIONS