Thème 1A Expression, stabilité et variation du patrimoine génétique

Lycée E. Delacroix 1ère S
Thème 1A Expression, stabilité et variation du patrimoine génétique
S.Dalaine
Pratique du raisonnement scientifique, sujet II.2.
Etude d’une maladie : la phénylcétonurie
A partir de l’analyse des documents 1 à 4, et de la mise en relation des informations recueillies complétées de vos
connaissances, discuter de l’origine génétique et/ou environnementale de la phénylcétonurie.
Une analyse détaillée de chaque document, et dans l’ordre est attendue.
Document 1 : La Phénylcétonurie : une maladie qui touche une naissance sur 16 000
La phénylalanine est un acide aminé indispensable présent dans la plupart des protéines animales et en particulier dans le lait. Sous
l'action de la phénylalanine hydroxylase (PAH), enzyme* hépatique, la phénylalanine va donner la tyrosine qui elle-même se transforme
en thyroxine, adrénaline et mélanine. Le déficit en phénylalanine hydroxylase est responsable d'une maladie nommée phénylcétonurie.
Cette maladie est marquée par une accumulation de la phénylalanine et une diminution des métabolites* normaux. Cependant l'apport
de tyrosine alimentaire reste suffisant pour que la tyrosine ne soit pas diminuée lors de la maladie. […]
En cas d'inactivité enzymatique, la phénylalanine s'accumule dans le sang et se transforme en acide cétonique (et autres dérivés) ce qui
provoque une intoxication cellulaire, notamment des cellules nerveuses. […]La phénylalanine et ses dérivés […] en excès sont éliminés par
les reins dans les urines : l'enfant est atteint de phénylcétonurie.
La phénylcétonurie (PKU) est une maladie sévère qui peut avoir des effets dévastateurs. Les symptômes cliniques de la maladie sont une
grave arriération psychique et des troubles caractériels. Le signe clinique majeur de la maladie est l'apparition d'une encéphalopathie*
parfois accompagnée de signes neurologiques aigus, des convulsions. Dans certains cas, les manifestations sont plus banales :
vomissements, anorexie, somnolences, troubles cutanés. Presque tous les sujets atteints de phénylcétonurie, et non traités, sont victimes
d'un retard mental extrêmement sévère […]. L'espérance de vie des phénylcétonuriques non traités
est considérablement raccourcie. La moitié d'entre eux sont morts à l'âge de vingt ans, et les trois
quarts à l'âge de trente ans.
Aujourd’hui, on réalise systématiquement un dépistage de la phénylcétonurie dès la naissance par le
test de Guthrie qui consiste à prélever chez le nouveau-né une goutte de sang et de l’analyser pour
détecter un éventuel taux anormalement élevé de phénylalanine dans le sang (supérieure à 20
mg.dL-1).
D’après le site www.inrp.fr
Enzyme* : protéine ayant une fonction catalytique.
Métabolite* : Produit intermédiaire formé au cours du métabolisme cellulaire (= processus des modifications chimiques continues qui ont
lieu dans l'organisme vivant).
Encéphalopathie* : terme générique désignant un ensemble de troubles cérébraux.
Document 2 : Des phénotypes phénylcétonuriques différents pour un même génotype
Deux frères siciliens (A et B), génétiquement phénylcétonuriques (enzyme PAH non fonctionnelle) sont nés avant la détection
néo-natale systématique. Ils n'ont suivi aucun traitement (notamment pas de régime alimentaire pauvre en phénylalanine). Le diagnostic
les concernant ne fut établi que lors de la naissance d'un troisième enfant (C) phénylcétonurique, dont la maladie fut révélée à la
naissance. À ce moment-là, la concentration plasmatique en phénylalanine chez les deux aînés était très élevée (plus de 25 mg . dL -l).
Le plus âgé, l'enfant A (10 ans), présentait un développement neurologique et mental tout à fait normal. Au contraire, le cadet, l'enfant
B(6 ans), présentait un grave retard mental, une absence de langage, des gestes stéréotypés et aucun contrôle de ses sphincters. Un suivi
de plus de 6 ans, confirma ces différences entre les frères A et B alors qu'ils furent élevés dans la même famille, dans des conditions
identiques et sans aucun autre problème clinique pouvant expliquer ces différences.
D’après SVT 1èreS HATIER ed 2002(p.71)
Document 3 : Concentrations de phénylalanine dans le plasma et dans le tissu cérébral
Concentration cérébrale de la phénylalanine (mg. dL-1)
▪
.
Individus adultes de phénotype
moléculaire non phénylcétonurique
Individus adultes de phénotype moléculaire
phénylcétonurique
D’après SVT 1ère S HATIER ed 2002(p.71)
Concentration plasmatique de phénylalanine (mg. dL-1)
Document 4 : Plusieurs gènes impliqués
Les données des documents précédents indiquent qu’une variabilité au niveau d’autres gènes peut moduler le phénotype engendré par
les gènes intervenant dans la synthèse de la phénylalanine.
Parmi les gènes en cause non encore identifiés, se trouvent probablement ceux qui codent pour des protéines assurant le transport des
acides aminés à travers la paroi des capillaires sanguins en direction du cerveau. Ainsi, des données récentes indiquent que pour une
même concentration plasmatique en phénylalanine, des concentrations au sein du tissu cérébral de cet acide aminé sont fort variables.
Lycée E. Delacroix 1ère S
Thème 1A Expression, stabilité et variation du patrimoine génétique
NOM :
S.Dalaine
CORRECTION SUJET II.2. : la phénylcétonurie
Eléments de correction
Doc 1 : différentes échelles phénotypiques
Echelle macro : espérance de vie limitée, troubles neurologiques, encéphalopathie, convulsions, anorexie,
vomissements, somnolence, troubles cutanés, phénylalanine à taux anormalement élevé dans les urines et dans le
sang
Echelle micro : intoxication des cellules nerveuses
Echelle moléculaire : accumulation de Phe et de ses déchets (corps cétoniques) dans sang et cellules
Dysfonctionnement de la PAH
Diminution des produits de la PAH (thyroxine, adrénaline, mélanine)
Or PAH = enzyme = protéine => codée par un gène muté
Doc 2 : les frères siciliens A et B sont génétiquement phénylcétonuriques => même allèle défectueux codant pour
une PAH non fonctionnelle
Preuve : taux plasmatique de Phe > 25 mg.dL-1
Or le frère A présente un phénotype macroscopique sain, alors que le B présente un phénotype macro malade.
Pb : comment expliquer… ?
Hypothèse(s) :
Le frère A ne dispose pas des enzymes dégradant l’excès de Phe en corps cétoniques toxiques
Le frère A ne possède pas les protéines de transport de Phe qui acheminent Phe vers le cerveau
Doc 3 : il s’agit d’un graphique présentant le taux cérébrale de Phe en fonction du taux plasmatique de Phe pour 3
groupes d’individus
Les individus sains ont un taux plasmatique de Phe < 1 mg.dL-1 ; ce qui induit un taux de Phe dans le
cerveau < 2 mg.dL-1 => on en déduit que la Phe du sang passe dans le cerveau et même s’y accumule un
peu
Parmi les individus de phénotype moléculaire phénylcétonuriques on distingue deux groupes, tous ont un
taux plasmatique de Phe > 20 mg.dL-1 ; leur PAH ne fonctionne pas
Un sous-groupe voit alors son taux de Phe cérébral > 6 mg.dL-1 => on en déduit que chez ces personnes la
Phe en excès dans le sang passe dans le cerveau et crée des dommages lourds. Le frère B appartient à ce
groupe
Un sous-groupe possède un taux de Phe cérébral comparable aux individus sains => on en déduit que la
PHe du sang n’est pas passée dans leur cerveau. Ils ne souffrent donc pas de complications neurologiques.
Le frère A appartient à ce groupe.
Doc 4 : le phénotype macroscopique phénylcétonurique dépend de plusieurs gènes, celui codant pour la PAH, mais
également celui codant pour une protéine de transport de Phe vers le cerveau.
On en déduit que le frère A possède une version mutée du gène codant PAH d’où un taux élevé de Phe dans le sang,
mais il a la chance de posséder également une version mutée du gène codant la protéine de transport de Phe vers le
cerveau, il n’a donc aucun trouble neurologique.
Bilan : la PKU est une maladie d’origine génétique et environnementale.
Génétique : un gène codant la PAH est muté, la PAH ne fonctionne plus et alors la Phe s’accumule dans le sang,
passe dans le cerveau et la dégradation de cette phe engendre des corps cétoniques très toxiques pour les cellules
nerveuses, d’où des troubles neurologiques graves et une mort prématurée.
Génétique : un autre gène intervient dans cette maladie, celui codant la protéine de transport de la Phe vers le
cerveau. Dans le cas d’un individu portant une version mutée de ce gène (et à la PAH ne fonctionnant), la Phe bien
qu’abondante dans le sang (et les urines) ne s’accumulera pas dans le cerveau.
Environnemental : le diagnostic dès la naissance, permet d’éviter le développement de la maladie en adoptant un
régime alimentaire dépourvu de Phe (d’origine animale).
TOTAL
barème
/1
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/20
Lycée E. Delacroix 1ère S
Thème 1A Expression, stabilité et variation du patrimoine génétique
S.Dalaine
critères
Notions attendues
Eléments scientifiques
issus du document:
(complets, pertinents,
utilisés à bon escient en
accord avec le sujet…)
Doc 1 :
- espérance de vie limitée, troubles neurologiques, encéphalopathie, convulsions, anorexie,
vomissements, somnolence, troubles cutanés, phénylalanine à taux anormalement élevé
dans les urines et dans le sang
- intoxication des cellules nerveuses
- accumulation de Phe et de ses déchets (corps cétoniques) dans sang et cellules
Dysfonctionnement de la PAH, Diminution des produits de la PAH (thyroxine, adrénaline,
mélanine)
- Doc 2 : les frères siciliens A et B sont génétiquement phénylcétonuriques
Preuve : taux plasmatique de Phe > 25 mg.dL-1
- Or le frère A présente un phénotype macroscopique sain, alors que le B présente un
phénotype macro malade.
Doc 3 : il s’agit d’un graphique présentant le taux cérébrale de Phe en fonction du taux
plasmatique de Phe pour 3 groupes d’individus
- Les individus sains ont un taux plasmatique de Phe < 1 mg.dL-1 ; ce qui induit un taux de
Phe dans le cerveau < 2 mg.dL-1
- Parmi les individus de phénotype moléculaire phénylcétonuriques on distingue deux
groupes, tous ont un taux plasmatique de Phe > 20 mg.dL-1
- Un sous-groupe voit alors son taux de Phe cérébral > 6 mg.dL-1
- Un sous-groupe possède un taux de Phe cérébral comparable aux individus sains
- Doc 4 : le phénotype macroscopique phénylcétonurique dépend de plusieurs gènes, celui
codant pour la PAH, mais également celui codant pour une protéine de transport de Phe
vers le cerveau.
Eléments scientifiques
issus des connaissances
acquises
Doc 1 : différentes échelles phénotypiques
- Echelle macro
- Echelle micro
- Echelle moléculaire
- - Or PAH = enzyme = protéine => codée par un gène muté
- Doc 2 : même allèle défectueux codant pour une PAH non fonctionnelle
- Pb : comment expliquer… ? Hypothèse(s) :
Le frère A ne dispose pas des enzymes dégradant l’excès de Phe en corps cétoniques
toxiques
Le frère A ne possède pas les protéines de transport de Phe qui acheminent Phe vers le
cerveau
- doc 3 : => on en déduit que la Phe du sang passe dans le cerveau et même s’y accumule
un peu
- leur PAH ne fonctionne pas
- - on en déduit que chez ces personnes la Phe en excès dans le sang passe dans le cerveau
et crée des dommages lourds. Le frère B appartient à ce groupe
- - on en déduit que la PHe du sang n’est pas passée dans leur cerveau. Ils ne souffrent donc
pas de complications neurologiques. Le frère A appartient à ce groupe.
- - Doc 4 : On en déduit que le frère A possède une version mutée du gène codant PAH d’où
un taux élevé de Phe dans le sang, mais il a la chance de posséder également une version
mutée du gène codant la protéine de transport de Phe vers le cerveau, il n’a donc aucun
trouble neurologique
Eléments de démarche
(L’élève présente la démarche
qu’il a choisie pour répondre à la
problématique, dans un texte
soigné (orthographe, syntaxe),
cohérent (structuré par des
connecteurs logiques), et mettant
clairement en évidence les
relations entre les divers
arguments utilisés.)
TOTAL
Eléments de démarche (mise en relation des doc, présentation, discussion sur
l’origine génétique vs environnementale de la maladie)
4
schématisation
2 0
/31
2
Lycée E. Delacroix 1ère S
Thème 1A Expression, stabilité et variation du patrimoine génétique
S.Dalaine