les changements climatiques des 700 000

DU GENOTYPE AU PHENOTYPE
1.
Les différents niveaux de définition du phénotype
a.
b.
c.
2.
Exemple de la drépanocytose
Du génotype au phénotype
Structure des protéines
Les enzymes, protéines fonctionnelles
a.
b.
c.
d.
Exemple de la phénylcétonurie
L’action d’une enzyme
Vitesse de réaction enzymatique
Influence de l’environnement sur l’activité enzymatique
DU GENOTYPE AU PHENOTYPE
3.
La biosynthèse des protéines
a.
b.
c.
4.
Notion de gène
La transcription
La traduction
Complexité du phénotype
a.
b.
c.
Polyallélisme d’un gène
Origine polygénique d’un phénotype
Intervention de l’environnement dans le phénotype
Phénotype clinique de la drépanocytose
La drépanocytose est une maladie héréditaire particulièrement
fréquente dans les population d'origine africaine subsaharienne, des
Antilles, d'Inde, du Moyen-Orient et du bassin méditerranéen. On
estime que 50 millions d'individus en sont atteints dans le monde.
C'est la première maladie génétique en France, et probablement dans
le monde.
SYMPTOMES
- Anémie sévère, toux
- Fièvre, essoufflement
- Grande faiblesse
- Troubles respiratoires, cardiaques et circulatoires
- Le sang circule peu ou pas dans les capillaires
- Mort des cellules de l’organisme par privation d’O2 et de nutriments
- Lésions des tissus
Phénotype cellulaire de la drépanocytose
- Globules rouges ronds
(disque biconcave)
déformables
- Globules rouges en forme
de faucille (falciforme)
- Globules rouges rigides,
obstruant les capillaires
Phénotype moléculaire de la drépanocytose
- Hb A globulaire
- Soluble
- Acide aminé n° 6 :
acide glutamique
- Hb S s’agrègent en longues fibres
rigides qui forment un réseau qui
précipite dans la cellule
- Hb S insoluble
- Acide aminé n° 6 : valine
Du génotype au phénotype moléculaire
Du génotype au phénotype
Séquence primaire d’une protéine
Un polypeptide est une macromolécule formé par un nombre important
d’acides aminés (de 50 à 100). La séquence des acides aminés d’un
polypeptide (d’une protéine) constitue sa séquence primaire.
Structure 3D d’une protéine
Phénotype de la phénylcétonurie
La phénylcétonurie est une maladie génétique grave en relation avec
un trouble du métabolisme de la phénylalanine (acide aminé d'origine
alimentaire). Dans les cellules du foie, une enzyme, la phénylalanine
hydroxylase (PAH), permet de transformer la phénylalanine en excès
en tyrosine (un autre acide aminé). Chez les individus
phénylcétonuriques, le gène responsable de la PAH est muté. La
transformation de la phénylalanine ne peut se produire et la
phénylalanine s'accumule alors dans le sang alors que le taux de
tyrosine est abaissé. L'excès de phénylalanine dans le sang est
toxique pour le système nerveux, et perturbe le développement du
cerveau de l'enfant, entraînant un retard mental.
Définition d’une enzyme
Les enzymes sont des protéines qui interviennent dans le
déroulement des réactions chimiques, nécessaires à la réalisation du
phénotype.
Ce sont des catalyseurs biologiques, qui accélèrent la vitesse d’une
réaction, qui agissent à faible dose et qui sont intactes après la
réaction.
Une enzyme est spécifique d’une seule substance ou d’un groupe de
composés possédant en commun, une architecture moléculaire très
voisine.
Exemple : La saccharase agit sur le saccharose
Une enzyme est spécifique d’une réaction : elle catalyse un seul type
de réaction chimique.
Exemple : La saccharase catalyse une réaction d’hydrolyse
Mode d’action d’une enzyme
Les enzymes agissent
en formant un complexe
spécifique [ES]
L’action enzymatique se
déroule en deux étapes :
S + E  [ES]  E + P
Mode d’action d’une enzyme
Site actif d’une enzyme
L’enzyme comme toutes les protéines a une structure
tridimensionnelle qui dépend de l’enchaînement des acides aminés
dans la chaîne de polypeptides.
Le site actif est une zone en forme de poche ou sillon essentiel pour la
réalisation du complexe [ES]. Cette zone est formée par le
rapprochement de certains acides aminés initialement éloignés dans la
chaîne polypeptidique.
Le site actif a une fonction double :
Le site de reconnaissance en liaison avec la spécificité de substrat est
la partie qui reconnaît le substrat et se lie à lui par des liaisons faibles.
Le site catalytique en liaison avec la spécificité d’action est la partie
qui catalyse la réaction, impliquant 2 à 3 acides aminés ; site lié à
l’activité réactive de ces acides aminés avec certains atomes du
substrat.
Vitesse de réaction enzymatique
Influence de la concentration en enzyme
Etude de la courbe Vi = f ([E]) avec [S] = constante.
La courbe est une droite. On constate que : Vi augmente avec
l’augmentation de la [E]. Plus grand est le nombre de molécules
d’enzymes, plus grande est la probabilité qu’une molécule d’enzyme
fixe une molécule de substrats à un instant donné.
Influence du pH
La catalyse enzymatique n’est permise que dans une gamme de
pH compatible avec la vie.
Chaque enzyme a une activité maximale à un pH donné : elle
possède un « pH optimal ».
Le pH modifie les liaisons faibles responsables de la forme
tridimensionnelle d’une enzyme.
Influence du pH
Influence de la
température
Les enzymes présentent un optimum thermique d’action. Au dessus et en
dessous de cet optimum, l’activité enzymatique est ralentie. Les effets de la
température sont variables :
- la vitesse de réaction augmente avec la température ; car il y a augmentation de
l’agitation des molécules qui permet une plus grande probabilité de rencontre
entre l’enzyme et le substrat.
- quand la température atteint 50°C à 60°C, l’activité catalytique chute brutalement.
Ce second effet est dû à une dénaturation thermique de la structure de la protéine
enzymatique et donne sa configuration spatiale aux températures élevées.
L’altération du site actif ne permet plus la catalyse.
Définition d’un gène
Un gène correspond à un fragment d’ADN qui contrôle la séquence
d’un polypeptide. Chaque gène se caractérise par le nombre et la
séquence des nucléotides qui le constituent.
Ex : Séquence du gène de la chaîne ß de l’hémoglobine
Composition d’un gène
L’ADN est constitué de 4 nucléotides : Adénine, Thymine, Cytosine,
Guanine. La succession de ces nucléotides au sein d’une région de
l’ADN détermine un gène. Les nucléotides sont associés par paire au
sein de la double hélice d’ADN : Une Adénine est associée à une
Thymine et une Cytosine est associée à une Guanine
Localisation d’un gène
Chaque gène se situe en un endroit précis d’une
molécule d’ADN et donc en un endroit précis du
chromosome formé par cette molécule. Il est
possible grâce à des marqueurs spécifiques de
visualiser le locus (= localisation) d’un gène
donné sur un chromosome. La molécule d’ADN
d’un chromosome est le support de nombreux
gènes. Dans le cas de l’espèce humaine les 23
chromosomes différents seraient le support
d’environ 30 000 gènes.
Ex : Schéma du chromosome 6 de l’Homme.
Les bandes sur le chromosome correspondent
aux bandes qui apparaissent sur les
chromosomes après coloration.
La localisation des gènes est symbolisée par les
traits verticaux à droite. A gauche, les lettres et
chiffres servent à repérer les différentes régions.
L’ARNm : intermédiaire entre noyau et cytoplasme
L’ARN messager est constitué d’un seul brin, formé par l’enchaînement de 4
nucléotides différents. Chacun de ces nucléotides est formé d’une molécule
de sucre, le ribose (au lieu du désoxyribose), d’une molécule d’acide
phosphorique et d’une base azotée : A, C, G, U (uracile au lieu de thymine).
Cliché A : Autoradiographie d’une cellule ayant été placée 15 mn dans un
milieu riche en uracile radioactif.
Cliché B : Autoradiographie d’une cellule ayant été placée 15 mn dans un
milieu riche en uracile radioactif puis pendant 1h30 dans un milieu ne
contenant que des précurseurs d’ARN non radioactifs.
Ces constats suggèrent que les molécules d’ARNm servent d’intermédiaire
entre l’ADN du noyau et les polypeptides synthétisés dans le cytoplasme.
L’ARNm peut sortir du noyau par les pores de l’enveloppe nucléaire.
Transcription d’un gène
La transcription est le transfert de l’information génétique sur une
molécule d’ARN messager. Elle est réalisée dans le noyau par
l’intervention d’un complexe enzymatique, l’ARN polymérase. De
nombreuses molécules d’ARNm sont transcrites simultanément sur
chaque gène et leur longueur croissante indique l’état d’avancement
de la transcription sur la molécule d’ADN.
Mécanisme de la transcription
L’ARNouverture
messager
constitué
d’un seul
brin,
formé par
l’enchaînement
Après
deest
l’ADN,
la synthèse
d’une
molécule
d'ARN
m s'effectue
de au
4 nucléotides
ces nucléotides
formé par
d’une
contact d’undifférents.
des deuxChacun
brins dede
l’ADN,
appelé brin est
transcrit,
molécule dede
sucre,
le riboselibres
(au lieu
duledésoxyribose),
molécule
assemblage
nucléotides
dans
noyau suivantd’une
un ordre
précis
d’acide par
phosphorique
et d’une base
azotéeentre
: A, C,
G, Um(uracile
au d’ADN.
lieu de
imposé
la complémentarité
des bases
l’ARN
et le brin
thymine).
Lorsque une molécule d'ARN m
est formée, elle se sépare de l'ADN et
quitte le noyau par les pores présents au niveau de la membrane
nucléaire.
Traduction d’un ARNm
Les chaînes polypeptidiques se forment dans le cytoplasme au
niveau des ribosomes réunis en polysomes. La traduction débute au
codon d’initiation et s’arrête au codon stop.
La séquence des acides aminés est gouvernée par celle des nucléotides
de l’ARNm suivant un système de correspondance : le code génétique.
Cette traduction est réalisée par triplets de nucléotides, appelés codons.
Ribosomes et ARN de transfert
La traduction fait intervenir deux autres catégories d’ARN : les ARNr (pour ARN
ribosomiaux) et les ARNt (pour ARN de transfert). La configuration spatiale des
ARNt détermine un site de fixation d’un acide aminé spécifique et un site de
reconnaissance d’un codon de l’ARNm. La reconnaissance d’un codon repose
sur la complémentarité des bases entre un triplet de nucléotide de l’ARNt ou
anticodon et le codon de l’ARNm.
Mécanisme
de la
traduction
Mécanisme de la traduction
L'initiation de la synthèse d’un polypeptide débute toujours au niveau
d'un codon AUG ou codon « initiateur » de l’ARN m. Ce codon
détermine l’assemblage d'un ribosome sur l'ARN m et la liaison d’un
ARNt-méthionine avec l’ARN m. Cette liaison repose sur la
complémentarité entre l’anticodon de l’ARN t et le codon AUG de l’ARN
m. La configuration du ribosome sur l’ARNm permet la fixation d’un
deuxième ARN t et l’assemblage des deux premiers acides aminés du
polypeptide.
Au cours de l’élongation de la chaîne polypeptidique, le ribosome
parcourt la molécule d'ARN m et assure la mise en place des différents
acides aminés, apportés par les ARN t, en suivant l'ordre contenu dans
la séquence des nucléotides de l'ARN m.
La terminaison de la synthèse se produit, lorsque le ribosome arrive au
niveau d'un codon stop. Ce codon déclenche la dissociation du
ribosome et la libération dans le cytoplasme du polypeptide.
Homozygote / hétérozygote
Un gène existe sous différentes formes que l’on nomme allèle. Chaque
chromosome étant présent en double exemplaire, un venant de la mère et
un venant du père, chaque individu possède pour chaque gène deux
allèles. Si ces deux allèles sont identiques on dit que l’individu est
HOMOZYGOTE pour ce gène. Si ces deux allèles sont différents on dit
que l’individu est HETEROZYGOTE pour ce gène.
Exemple de la drépanocytose
Les parents hétérozygotes sont de
phénotype clinique sain.
Ils sont de phénotype moléculaire
HbS + HbA.
Seul l’individu HbS/HbS présente
donc la maladie. On dit que l’allèle
HbA est dominant par rapport à HbS
(appelé récessif).
Exemple de polyallélisme : le groupe sanguin
Phénotypes cellulaires
Pour déterminer les groupes
sanguins, on ajoute des
anticorps à une goutte de
sang. En présence d’un
anticorps anti-A, les hématies
portant le marqueur A sont
seules agglutinées, l’anticorps
anti-B agglutine les globules
rouges portant le marqueur B.
Exemple de polyallélisme : le groupe sanguin
Phénotypes moléculaires
Ils sont déterminés par la présence de marqueurs situés au
niveau de la membrane des hématies. Chez les personnes de
groupe O, l’enzyme est inactive et ne provoque aucune
modification de la substance H.
Exemple de polyallélisme : le groupe sanguin
GENOTYPE
PHENOTYPE MACROSCOPIQUE
A//A
Groupe sanguin A
B//B
Groupe sanguin B
O//O
Groupe sanguin O
A//O
Groupe sanguin A
B//O
Groupe sanguin B
A//B
Groupe sanguin AB
Les allèles A et B sont codominants entre eux et dominants par
rapport à l’allèle O.
Origine polygénique du groupe sanguin
L’avant dernière étape de la synthèse des marqueurs dépend d’un gène appelé
Fut1. Ce gène gouverne la fabrication de l’enzyme H qui catalyse la production
d’une substance H à partir d’un précurseur. L’allèle H du gène FUT 1 permet la
production d’une enzyme H active ; l’allèle h du gène Fut 1 code pour un
polypeptide non fonctionnel. L’allèle h est récessif par rapport à l’allèle H.
Génotype et facteurs environnementaux
Lapin sauvage
TYROSINE
Réaction catalysée
par la tyrosinase
Lapin himalayen
Mélanines
( Pigments)
Génotype et facteurs environnementaux