SVT - 1ère S - TP5 - Le phénotype aux différentes echelles

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Partie du programme : la Terre dans l’Univers, la vie et l’évolution du vivant
Niveau : première scientifique
Titre de la séance : le phénotype aux différentes échelles et sa
détermination
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EXTRAIT DU PROGRAMME
L’ensemble des protéines qui se trouvent dans une cellule (phénotype moléculaire) dépend :
- Du patrimoine génétique de la cellule (une mutation allélique peut être à l’origine d’une protéine différente ou de
l’absence d’une protéine)
- De la nature des gènes qui s’expriment sous l’effet de l’influence de facteurs internes et externes variés.
Le phénotype macroscopique dépend du phénotype cellulaire, lui même induit par le phénotype moléculaire.
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CONNAISSANCES CONSTRUITES
Le phénotype, ensemble des caractéristiques d’un individu, est défini au niveau de l’organisme (macroscopique), au niveau
cellulaire et moléculaire (les protéines). L’étude d’une maladie génétique montre qu’une mutation dans un allèle peut
conduire à une protéine modifiée et ainsi à un nouveau phénotype moléculaire. Le génotype détermine le phénotype
moléculaire qui lui même détermine le phénotype cellulaire puis le phénotype macroscopique.
CAPACITÉS MISES EN ŒUVRE
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Utiliser le logiciel anagène pour traiter deux allèles
Suivre un protocole pour réaliser une électrophorèse
Exploiter les données d’anagène et de l’électrophorèse
CONDITIONS MATÉRIELLES
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Les élèves travaillent en binôme, ils découvrent, à partir d’anagène et de données sur la drépanocytose, que le phénotype
est défini à différentes échelles. Puis ils réalisent une électrophorèse pour mettre en évidence que les molécules HbA et
HbS ont des compositions chimiques différentes. Anagène permettra de comparer la séquence en acides aminés des deux
protéines et de les confronter aux séquences alléliques correspondantes pour conclure sur le déterminisme du phénotype.
COIN LABORATOIRE
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Matériels
• Ordinateur
• Cuve à électrophorèse 13386.20
• Alimentation de la cuve 13387.20
• Protéines HbA et HbS
• Solution tampon
• 2 bandes de cellulose par binôme
Documents didactiques
• Fiche d’utilisation d’Anagène des ECE
• Anagène
• Documents sur le phénotype drépanocytaire : texte sur les symptômes, image de frottis sanguins chez un individu
sain et malade et des images sur le contenu des hématies d’un individu et d’un individu malade
• Fiche d’utilisation de Rastop
• Rastop
• Fichier HbA et HbS pour Rastop
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DESCRIPTIFS
Dans la séance précédente, on a vu que la séquence des nucléotides d’un gène détermine la séquence en acides aminés
d’une protéine. Les protéines déterminent le phénotype (caractéristiques d’un individu) à différentes échelles. Nous allons
étudier une maladie génétique, la drépanocytose, afin de comprendre le rôle des protéines dans la détermination des
phénotypes.
Activité : les différentes échelles du phénotype drépanocytaire et leur détermination
Objectif : montrer que la protéine détermine le phénotype moléculaire qui lui même détermine le phénotype cellulaire, puis
le phénotype macroscopique.
Support : à l’aide d’anagène et de documents les élèves découvriront le phénotype drépanocytaire aux différentes échelles.
Dans un deuxième temps, ils compareront les protéines HbA et HbS à l’aide d’une électrophorèse. Anagène permettra
ensuite de comparer la séquence des deux allèles et des protéines correspondantes et d’en déduire que le génotype
détermine le phénotype.
1.
A partir des documents et des images (frottis et contenus des hématies) sur la drépanocytose, montrer que le phénotype
drépanocytaire et sain peuvent être défini à l’échelle macroscopique, cellulaire et moléculaire. Vous présenterez vos
résultats sous forme d’un tableau.
Transition : l’étude des hématies a montré que les protéines, hémoglobine, chez un individu malade présentent un aspect
différent. L’hémoglobine est constitué de 2 types de sous unités béta et alpha, elle assure le transport du dioxygène.
A l’aide d’une électrophorèse nous allons étudier les 2 protéines HbA et HbS.
2.
En suivant le protocole ci-dessous réalisez l’électrophorèse de la protéine HbA et HbS.
Protocole :
- Fixer à plat les 2 bandes sur le support de la cuve, la face mate vers le dessus
- Placer le support dans la cuve, et verser la solution tampon afin que seules les extrémités des bandes plongent dans la
solution
- Repérez sur les bandes le pôle négatif, à l’aide de l’applicateur y déposer à 0,5 cm du bord perpendiculairement à la
longueur de la bande, la protéine HbA sur une bande et HbS sur l’autre bande
- Fermez la cuve
- Branchez la cuve au générateur en respectant les couleurs des pôles
- Mettez en marche le générateur et attendez 1 heure
- Au bout d’une heure débranchez la cuve et ouvrez-la
3.
Observez l’électrophorèse et construisez un schéma légendé de cette électrophorèse et vous y indiquerez le sens de
migration.
4.
Que peut-on en déduire sur la composition des deux protéines ?
5.
A l’aide d’anagène ouvrez la séquence en acides aminés de la sous unité béta chez un individu sain et un individu
atteint de drépanocytose. Comparez ces deux molécules à l’aide des fonctionnalités du logiciel et notez vos
observations.
6.
A l’aide d’anagène ouvrez la séquence codante de la sous-unité béta chez un individu sain et malade, les comparer à
l’aide des fonctionnalités du logiciel et notez vos observations.
7.
Confrontez vos comparaisons et les réponses aux questions précédentes pour expliquer la détermination des
phénotypes.
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Critères d’évaluation de l’électrophorèse
- Position des bandes
- Niveau de la solution tampon
- Position des dépôts de protéines
- Branchement et mise en route de la cuve
- Schéma de l’électrophorèse
• Représentation fidèle aux résultats
• Titre
• Légende des bandes
• Sens de migration et les deux pôles
- Les deux bandes se trouvent à des positions différentes, elles ont donc migré différemment ceci permet de dire qu’elles
sont chargées différemment et donc composées d’une séquence en acides aminés différents.
Activité complémentaire :
- Utiliser rastop pour visualiser les deux protéines HbA et HbS et constater qu’un acide aminé diffère.
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TP - Le phénotype aux différentes échelles et sa détermination
Activité : les différentes échelles du phénotype drépanocytaire et leur détermination
1. les phénotypes drépanocytaires et sains à différentes échelles
Phénotype sain
Au niveau macroscopique
Pas de symptôme
Au niveau cellulaire
Au niveau moléculaire
Hématies circulaires
Hémoglobine soluble
Phénotype
drépanocytaire
Anémie, essoufflements
et des vertiges
Hématies en faucille
Hémoglobine fibreuse
3.
4. Les deux molécules migrent à des niveaux différents, on peut en déduire qu’elles ont des charges et des masses
différentes. Les protéines HbA et HbS ont des compositions chimiques différentes.
5. 6.
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La comparaison des protéines HbA et HbS diffèrent par un acide aminé, l’acide glutamique en position 7 est remplacée par
la valine.
L’allèle HbA diffère de l’allèle HbS par un nucléotide en position 20, l’adénine est remplacée par la thymine.
7. On constate qu’un changement dans la séquence en nucléotides de l’allèle se répercute par un changement dans la
séquence en nucléotides de la protéine. On peut en déduire que le gène détermine la séquence en acides aminés de la
protéine et de ce fait le phénotype moléculaire qui lui même déterminera les phénotypes cellulaires et macroscopiques.
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