CH2 : DU GENOTYPE AU PHENOTYPE

publicité
CH2 : DU GENOTYPE AU PHENOTYPE
INTRODUCTION
La molécule d’ADN est universelle ; les gènes, portions d’ADN d’un chromosome, déterminent les caractères
biologiques des individus et des cellules.
Comment ces gènes fonctionnent-ils ? Comment déterminent-ils les caractères d’un individu ? Comment
expliquer la complexité des relations entre les gènes, les caractéristiques biologiques et l’environnement
auquel est soumis un individu ?
PLAN :
I : LE PHENOTYPE :
Ce qu’est le phénotype. Niveaux de phénotype. Le phénotype dépend des gènes
II : DE L’ADN AUX PROTEINES :
Comparaison ADN/protéine. Correspondance. La protéine dépend du gène.
III : PLUSIEURS GENOTYPES PAR PHENOTYPE :
Biallélie. Existence de plusieurs gènes par caractère.
IV : PHENOTYPE DEPEND DE L’ENVIRONNEMENT : influence sur gène et protéine, prédisposition, multifactoriel.
IV : APPLICATIONS TECHNOLOGIQUES ET MEDICALES :
CONCLUSION
tests génétiques et problèmes d’éthique
I
LE PHENOTYPE
plan
Quelles sont les caractéristiques des individus ? Quelle est leur origine ?
A. CE QU’EST LE PHENOTYPE
Définition : Le phénotype est l’ensemble des caractéristiques biologiques d’un individu.

Caractères anatomiques = forme (visage,…), taille (volume du cœur…), couleur (peau, yeux…)

Caractères physiologiques = fonctionnement des organes (rythme cardiaque, sensibilité de la peau…)
B. LES NIVEAUX D’ORGANISATION DU PHENOTYPE
1) Niveau macroscopique : Caractéristiques visibles au niveau des organes, de l’aspect de l’individu.
Exemple drépanocytose : anémie, douleurs aux articulations…ou sans ces symptômes
2) Niveau cellulaire : Caractéristiques des structures et des fonctionnements des cellules.
Exemple drépanocytose : hématies rigides et falciformes ou bien souples et rondes
3) Niveau moléculaire : Caractéristiques des molécules, protéines, invisibles mais décelables chimiquement.
Exemple drépanocytose : hémoglobine liées entre elles en fibres (valine) ou bien libres et dissociées (A glutamique)
C. LE PHENOTYPE DEPEND DES PROTEINES
Les caractéristiques macroscopique, cellulaire et moléculaire dépendent en dernier lieu des protéines fabriquées par
la cellule. Une protéine est constituée d’une séquence d’acides aminés : son fonctionnement dépend de la
séquence d’acides aminés. Si 1 acide aminé change dans la séquence, le fonctionnement de la protéine change.
II DE L’ADN AUX PROTEINES
plan
Les caractéristiques biologiques des individus dépendent des protéines et des gènes.
Quel lien existe-t-il entre ces deux molécules ?
A. COMPARAISON ADN / PROTEINE
1)
Une même organisation : la séquence :
Un gène est une séquence de nucléotides
Une protéine est une séquence d’acides aminés.
2)


Deux compositions différentes
Un gène = portion d’ADN, avec 4 nucléotides possibles : nucléotides à Adénine, Thymine, Cytosine, Guanine.
Une protéine = une chaîne d’acides aminés, parmi 20 acides aminés possibles.
3)
Deux localisations différentes :
L’ADN reste dans le noyau
Les protéines se fabriquent dans le cytoplasme
B. LA CORRESPONDANCE ENTRE ADN ET PROTEINE
1. La correspondance entre nucléotides et acides aminés.
 Si 1 nucléotide correspond à 1 acide aminé : seuls 4 acides aminés différents peuvent leur correspondre.
 Si 2 nucléotides correspondent à 1 acide aminé, seuls 16 (= 4*4) acides aminés différents correspondent.
 Si 3 nucléotides correspondent à 1 acide aminé, 64 combinaisons (16*4) existent : les 20 AA sont différenciables.
Les vérifications expérimentales ont prouvé que 3 nucléotides successifs (= triplet) désignent 1 acide aminé.
2. Caractéristiques du code génétique, ensemble des correspondances entre triplets et acides aminés
 1 codon signifie 1 seul acide aminé ; plusieurs codons différents peuvent désigner le même acide aminé.
 3 codons stops ne signifient aucun acide aminé : ils arrêtent l’assemblage d’acides aminés.
 La transgénèse montre que tous les êtres vivants ont le même code génétique : il est universel.
C. LA PROTEINE DEPEND DU GENE
1.
plan
Importance de l’ordre de la séquence de nucléotides
 L’assemblage des acides aminés s’effectue dans le cytoplasme : une copie du gène, sortie du noyau, devient le
plan d’association des acides aminés présents dans le cytoplasme.
 L’assemblage des acides aminés successifs s’effectue dans l’ordre imposé par le gène, à partir du 1° codon de
départ (ATG) et s’arrête au 1° codon stop rencontré.
 La mutation d’un gène, en modifiant un ou quelques nucléotides, peut provoquer un changement d’acide aminé
ou l’apparition d’un codon stop précoce : le fonctionnement de la protéine est modifié.
2.
Le phénotype résulte de l’expression du génotype
Chaque gène est représenté par 2 allèles, identiques ou différents, formant le génotype de l’individu.
Les 2 allèles d’un gène s’expriment en même temps : S’ils sont identiques, un type de protéine sera formé
S’ils sont différents, 2 types de protéines seront formés.
Le phénotype moléculaire (= protéines fabriquées) dépend du génotype (les allèles des gènes).
3.


Définition d’un gène :
C’est une séquence de nucléotides déterminant une séquence d’acides aminés, constituant une protéine.
C’est un ensemble d’allèles déterminant des protéines ayant la même fonction cellulaire.
BILAN :
Les phénotypes macroscopiques et cellulaires résultent des phénotypes moléculaires liés aux protéines.
Ces protéines sont constituées de séquences d’acides aminés, déterminées par les séquences de
nucléotides formant les allèles, suivant le code génétique.
III :
PLUSIEURS GENOTYPES POUR UN MEME PHENOTYPE
plan
Dans les cellules d’un individu, les gènes sont bi-alléliques.
D’autre part, le phénotype résulte souvent de l’action de plusieurs protéines successives.
Quelles en sont les conséquences sur le phénotype ?
A. CONSEQUENCE DE LA BIALLELIE SUR L’EXPRESSION D’UN GENE
A. Génotype d’un individu : Il représente le couple d’allèles d’un gène, portés par les cellules d’un individu.
Si les 2 allèles sont identiques, l’individu est dit homozygote pour ce gène : (A//A)
Si les 2 allèles sont différents : il est dit hétérozygote : (A//O)
B. Le phénotype est l’expression du génotype
Chaque allèle d’un gène est traduit en protéine : la cellule fabrique en même temps les protéines issues des 2 allèles.
Chez un homozygote, les protéines fabriquées seront identiques.
Chez un hétérozygote, 2 types de protéines seront fabriquées : un type de protéine par allèle.
Généralement, une protéine fonctionnelle sur les deux suffit au bon fonctionnement : L’allèle responsable de la
protéine fonctionnelle est dit dominant. L’allèle responsable de la protéine non fonctionnelle est dit récessif.
C. Plusieurs génotypes pour un phénotype
Exemple des groupes sanguins
Génotype phénotype
Le génotype homozygote récessif donne le phénotype récessif :
(o//o) :
[O]
Le génotype homozygote dominant donne le phénotype dominant :
(A//A) :
[A]
Le génotype hétérozygote dominant + récessif donne le phénotype dominant :
(A//o) :
[A]
Si le génotype hétérozygote contient 2 allèles codominants, le génotype est codominant : (A//B) :
[AB]
B. CONSEQUENCE DE L’EXISTENCE DE PLUSIEURS GENES PAR CARACTERE
plan
1) Un caractère dépend souvent de plusieurs gènes
Le phénotype macroscopique peut dépendre de plusieurs cellules différentes ou de plusieurs molécules
différentes. Le phénotype moléculaire peut être le résultat d’une succession de réactions enzymatiques.
Un caractère phénotype dépend donc généralement de plusieurs, voire de nombreux, gènes.
Exemple de l’albinisme : Pour que la peau soit blanche, il suffit qu’une seule réaction ne se fasse pas :

Enzyme 1 (Tyrosinase) inactive : pas de mélanine

Enzyme 2 (Myosine VA) inactive : pas de mélanine dans les kératinocytes
2) Conséquence de la succession de gènes bi-alléliques
Pour chaque gène, à chaque étape de la construction des phénotypes moléculaires, 3 génotypes sont possibles : 2
génotypes homozygotes + 1 génotype hétérozygote.
1. T+ = Tyrosinase active, T- = inactive :
(T+//T+) ; (T+//T-) ; (T-//T-).
2. M+ = Myosine active ; M- = inactive :
(M+//M+) ; (M+//M-) ; (M-//M-).
Suivant la dominance des allèles, 1 ou 2 génotypes sont possibles pour l’existence de chaque protéine
fonctionnelle. Plusieurs génotypes différents aboutissent au phénotype fonctionnel ou sain.

Peau pigmentée : (T+//T+) + (M+//M+) ; (T+//T+) + (M+//M-) ; (T+//T-) + (M+//M+) ; (T+//T-) + (M+//M-).
Chaque étape est réalisée ; une petite quantité de chaque protéine suffit à pigmenter.
Plusieurs autres génotypes aboutissent au phénotype récessif ou malade : Il suffit qu’une étape ne se fasse pas, ou
bien qu’une molécule soit absente, pour que les phénotypes ne fonctionnent pas.
 Peau non pigmentée : (T-//T-) + (M+//M+), (T-//T-) + (M+//M-), (T+//T+) + (M-//M-), (T+//T-) + (M-//M-), (T-//T-) + (M-//M-).
Pour que la peau ne soit pas pigmentée, il suffit qu’au moins une des protéines, sinon les 2, ne fonctionnent pas.
Bilan : l’existence de plusieurs génotypes par phénotype, résulte de l’existence de 2 allèles par gène dans
une cellule et de l’existence de plusieurs gènes pour la réalisation d’un seul caractère.
IV
LE PHENOTYPE DEPEND AUSSI DE L’ENVIRONNEMENT
plan
A. L’ENVIRONNEMENT PEUT MODIFIER LES GENES
L’environnement peut provoquer des mutations qui entraînent un changement de la séquence de nucléotides qui
sera à l’origine de la modification de la séquence d’acides aminés de la protéine et de son dysfonctionnement.
Exemple : Les UV modifient le gène P53. Or la protéine P53 intervient dans l’élimination des cellules cancéreuses.
Modifiée cette protéine n’agit plus et les cellules cancéreuses se développent.
B. L’ENVIRONNEMENT PEUT MODIFIER L’ACTIVITE DES PROTEINES
Les protéines subissent l’influence de l’environnement à l’intérieur du cytoplasme ou bien dans le sang : leur activité
peut alors changer. Une protéine anormale peut ne pas provoquer de maladie si une aide extérieure corrige les
défauts ou bien si le milieu empêche l’action de cette protéine anormale.
Inversement, les paramètres physiques de l’environnement, comme température, PH, oxygène…peuvent empêcher
le bon fonctionnement d’une protéine normale.
Exemples :
Mucoviscidose : Les soins apportés aux malades atteints de mucoviscidose diminuent l’encombrement des bronches
par le mucus.
Drépanocytose : La bonne oxygénation des hématies empêche la formation des fibres d’hémoglobine S et
l’apparition de la drépanocytose.
C.
PREDISPOSITION ET ORIGINE MULTIFACTORIELLE DU PHENOTYPE
plan
1. Prédisposition génétique
La prédisposition génétique correspond à la possession d’un allèle malade (ou 2 allèles malades) par l’individu.
Cette possession signifie un risque plus grand de développer la maladie (sans la certitude de développer la maladie).
Exemples :
Cancer du sein : La possession de l’allèle BRCA1 apporte un risque plus grand de développer le cancer du sein.
Maladies vasculaires : la possession de l’allèle L. Pa augmente la quantité de cholestérol dans le sang et favorise
l’apparition d’un accident vasculaire.
2. Origine multifactorielle du phénotype
Un caractère phénotypique dépend de nombreux gènes, plus précisément du génotype c’est-à-dire des
combinaisons d’allèles portées par l’individu.
(§II : complexité des relations génotype / phénotype).
Il dépend aussi de l’environnement : alimentation, exposition aux radiations (UV, X…), molécules cancérigènes
(dioxine, drogues…) ou agressives (alcool, tabac …).
Le déclenchement d’une maladie dépend de l’addition de facteurs de risques : prédisposition génétique et facteurs
environnementaux.
Exemple : Les accidents vasculaires dépendent de la possession d’allèles non fonctionnels (LP a et APO a I) et de
l’impact de facteurs environnementaux tels la consommation de cholestérol, le stress, le tabac, l’alcool…
Bilan : le phénotype ne dépend pas que du génotype mais aussi de l’environnement. L’origine d’un
phénotype est multifactorielle.
V APPLICATION TECHNOLOGIQUES ET MEDICALES :
plan
La recherche des gènes impliqués dans une maladie permet de dépistage chez les adultes ou chez l’embryon.
1. Le dépistage par test génétique
L’ADN extrait des cellules est multiplié, fragmenté et analysé par électrophorèse ou sonde moléculaire.
Ces techniques permettent d’identifier un allèle déterminé (malade ou sain).
Les cellules utilisées proviennent :
 d’un prélèvement de sang du fœtus, de l’enfant voire de l’adulte.
 du liquide amniotique (amniocentèse) contenant des cellules du fœtus
 du placenta (choriocentèse).
 de cellule de l’embryon obtenu par FIV avant implantation dans l’utérus. (DPI = diagnostic préimplantatoire)
2. Problèmes posés par l’utilisation des tests génétiques :
VERS UNE MEDECINE PREDICTIVE
Lorsqu’ils sont pratiqués avant la naissance, ces tests peuvent être suivis d’une interruption volontaire de grossesse.
Le test génétique suivi d’IVG évite la naissance d’individu portant une anomalie génétique grave et incurable, mais :
 remet en cause un des principes des droits de l’homme : les hommes naissent égaux.
 remet en cause le droit au travail, au bénéfice de l’assurance maladie ou de prêts bancaires.
 facilite l’élimination des individus porteurs d’anomalies bénignes et favorise l’eugénisme (amélioration du
patrimoine génétique par élimination des individus porteurs de caractères jugés défavorables).
BILAN : le test génétique permet de prédire la prédisposition génétique. Suite à ce test, l’IVG pose des
problèmes éthiques individuels et de société.
Plan
CONCLUSION
Les phénotypes macroscopique et cellulaire reposent sur le phénotype moléculaire c’est-à-dire les protéines.
La séquence des acides aminés de la protéine dépend de la séquence des nucléotides de l’ADN, selon le
code génétique. La transgénèse, possible grâce à l’universalité du code génétique, modifie le génotype et
permet aux cellules de produire de nouvelles protéines.
Les caractères individuels dépendent de la succession de génotypes et de l’environnement. Les allèles
défavorables prédisposent aux maladies et peuvent se dépister très tôt par analyse de fragments d’ADN.
Mais prédisposition ne signifie pas maladie et l’IVG ne peut se concevoir qu’en extrême limite, dans le cas
des maladies incurables particulièrement graves.
Téléchargement
Explore flashcards