le patrimoine génétique joue un rôle important dans le fonctionnement cellulaire. comment des...
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Le patrimoine génétique joue un rôle important dans le fonctionnement cellulaire.
Comment des mutations apparaissent-elles dans ce patrimoine ?
THEME 1 – AEXPRESSION, STABILITE ET VARIATION DU PATRIMOINE
GENETIQUE
CHAPITRE 2VARIABILITE GENETIQUE ET
MUTATION DE L’ADNNous avons vu que l’information
génétique est conservée dans les cellules-filles.
Vous savez que des mutations, qui correspondent à des modifications de la molécule d’ADN, peuvent se produire.
Ces mutations apparaissent-elles spontanément ou sont-elles provoquées
par des facteurs externes ?
I / LES MUTATIONS SPONTANEES DE L’ADN
Est-ce qu’il existe des mutations spontanées de l’ADN ?
Dans un clone de bactéries tous les individus proviennent de la division
par scissiparité d’une bactérie souche.
Ils possèdent donc la même information génétique (Voir le chapitre 1 du thème 1 – A et la
réplication de l’ADN).
Mise en évidence de mutations spontanées dans une culture
bactérienne.
Voir TP
Une culture d’une souche bactérienne sauvage [CanS], sensible à la
canavanine (analogue toxique de l'arginine elle entraîne la mort des
cellules sauvages), est partagée en deux fractions de même volume. L'une
est étalée sur un milieu minimum, l’autre est étalée sur un milieu minimum
contenant de la canavanine.
Un milieu minimum est un milieu comportant les éléments chimiques strictement nécessaires à la croissance d'un organisme.
Composition d'un milieu minimum:Une source de carbone et d'énergie, généralement le glucoseDu potassium et du phosphoreDe l'azote et du soufreDu magnésium, du calcium et du ferDes oligo-élementsDe l'eau distillée.
Formule semi-développée de la canavanine et de l’arginine
Pour être sûr de voir des colonies séparées on va étaler plusieurs dilutions
de la suspension cellulaire (Une suspension est diluée d’un facteur 100 (dilution au 1/100) lorsque l’on prend 1
volume de la suspension et qu’on y ajoute 99 volumes d’eau (ViCi=VfCf, V=volume,
C=concentration, i pour initial, f pour final).
Résultats obtenus
Dilution 1 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6 10-7
Témoin non
irradié
Milieu minimum
100 colonies 10 colonies Milieu
minimum +canavanine
Culture diluéeCulture non diluée
Quel est le nombre de cellules présentes dans le milieu sans canavanine et dans le milieu avec
canavanine au début de l’expérience ?
Après une dilution de 10-7 il reste 10 colonies.
Il y avait donc au départ
10 x 107 = 108 cellules
dans les deux milieux au début de l’expérience.
Combien de colonies aurait-on du trouver dans le milieu avec canavanine ?
Cette souche [CanS] étant sensible à la canavanine aucune colonie
n’aurait du se développer.
Combien de colonies se sont développées dans le milieu avec
canavanine ?
4 colonies de mutants [CanR] se sont développées dans un milieu
contenant de la canavanine.
Quelle est la fréquence spontanée d’apparition de mutants [CanR] ?
4 / 108 , c’est une fréquence très faible
Les mutations spontanées ont une fréquence d’apparition très faible.
L’expérience étudiée montre que dans un clone de bactéries sensibles à la
canavanine [CanS], apparaissent des individus résistants à la canavanine
[CanR].
Un caractère différent, la résistance à la canavanine, est apparu spontanément
dans cette culture microbienne avec une fréquence faible, ici de 4/108.
Cette modification résulte d’une modification de la séquence de
nucléotides de la molécule d’ADN. C’est une mutation. La réplication de l’ADN se fait donc parfois avec
des erreurs.
Une mutation est un phénomène spontané, rare et aléatoire.
Les différents types de mutations
Quels sont les différents types de mutations observés sur ce document ?
- Substitution : remplacement d'une ou plusieurs paires de nucléotides par une ou plusieurs autres (C par T en 9 dans
betavar ou A par T en 21 dans drepcod).
- Délétion : perte d'une ou plusieurs paires de nucléotides (perte de A en 21 dans tha4cod ).
- Insertion : ajout d'une ou plusieurs paires de nucléotides (ajout de C en 28 dans tha7cod)
Est-ce que des facteurs peuvent favoriser l’apparition de mutations ?
II / LES AGENTS MUTAGENES
Nous allons étudier l’influence des rayons UV sur la fréquence des mutations.
Une culture d’une souche de bactéries sensibles à la canavanine [CanS], est exposée aux UV. Puis elle est partagée en deux fractions de même volume. L'une est étalée sur un milieu minimum, l’autre est
étalée sur un milieu minimum contenant de la canavanine.
Les résultats obtenus
Dilution 1 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6 10-7
Fraction traitée
aux UV
Milieu minimum
Milieu
minimum +canavanine
100 colonies
10 colonies
Quel est le nombre de cellules présentes dans le milieu sans
canavanine et dans le milieu avec canavanine au début de l’expérience ?
Il y avait au départ 10 x 105 = 106 cellules dans les deux milieux au
début de l’expérience.
Combien de bactéries ont survécu dans le milieu avec canavanine ?
102 cellules ont survécu dans le milieu contenant de la canavanine.
Comparer les résultats des deux expériences.
Dans les cultures de bactéries exposées aux rayons UV il n’y a que
106 cellules contre 108 dans les cultures non exposées.
Quelle est l’action des rayons UV sur les bactéries ?
Les rayons UV ont une action létale sur les bactéries.
Quelle est la fréquence d’apparition des mutants [CanR] dans la culture
exposée aux rayons UV ?
102 / 106 = 1 / 104
La fréquence d’apparition des mutants est de 1 / 104 pour les cultures avec
rayons UV contre 4 / 108 pour les cultures sans UV.
Donc les rayons UV ont une action mutagène, ils induisent l’apparition
de mutations.
D’autres agents sont mutagènes :
• Les rayons X• Les rayons gamma• Le benzopyrène : une cigarette de
tabac produit de 18 à 50 ng de benzopyrène
• Etc.
Quelle est l’action des UV sur l’ADN ?
III / ACTION DES RAYONS UV SUR L’ADN
Les rayonnements ultraviolets (UV) sont des rayonnements
électromagnétiques dont la longueur d’onde est comprise entre 100 et
400 nm.
Les cycles aromatiques des bases constituant la molécule d’ADN absorbent
l’énergie des photons associés à une longueur d’onde comprise
entre 230 et 290 nm. Thymine
L’énergie absorbée au niveau de deux thymines adjacentes fournit
l’énergie nécessaire à la formation d’une liaison covalente entre ces
deux bases, au détriment des liaisons hydrogène établies entre
deux bases complémentaires
Formation de dimère de thymine
Quelle conséquence vont avoir ces dimères de thymine ?
RÉPLICATION 1MAUVAIS APPARIEMENT
RÉPLICATION 2MUTATION INSTAURÉE
Lors de la réplication, si l’ADNpolymérase arrive à franchir
les dimères de thymine cela entraînera des erreurs
d’appariements.
Ces erreurs seront à l’origine de mutations.
Certaines mutations provoquées par les rayons UV vont entraîner la cancérisation
des cellules, c'est-à-dire une multiplication incontrôlée des cellules.
Que deviennent les molécules d’ADN modifiées ?
IV / LE DEVENIR DES MOLECULES D’ADN MODIFIEES
Etude d’individu présentant une hypersensibilisation aux rayons UV
(Xeroderma pigmentosum).
Les individus atteints par cette pathologie sont plus connus sous le
terme « Enfants de la Lune »
Une combinaison pour se protéger des rayons UV.
Le Xeroderma pigmentosum est une maladie rare qui touche une
personne sur 1 million en France. Elle est caractérisée par l’apparition de taches brunes sur les zones de la
peau exposées aux rayons ultra-violets du Soleil.
Cette pigmentation anormale est due à une mortalité cellulaire importante.
De plus la maladie multiplie en effet par 1000 le risque de développer un
cancer cutané.
Quelle particularité possèdent ces cellules vis-à-vis des rayons UV?
Variation du nombre de dimères de thymine en fonction de la dose d’UV reçue
Interpréter ces résultats.
Pour une même dose de rayons UV le nombre de dimères de thymine est plus élevé chez un individu atteint de Xeroderma pigmentosum que chez
un individu sain.
Ces cellules ont une particularité que ne possèdent pas les cellules saines.
Exposées aux rayons UV le nombre de dimères de thymine est plus
élevé.
Pour tenter de trouver une explication à ces résultats suivons
l’évolution d’une population cellulaire après exposition aux rayons UV.
Interpréter ces résultats
Après exposition aux rayons UV les cellules saines possèdent autant de dimères de thymine que les cellules malades.
Mais dès que l’exposition aux rayons UV cesse le nombre de dimères de thymine reste constant dans les cellules malades
et diminue dans les cellules saines.
Les dimères de thymine sont donc défaits dans les cellules saines.
Il reste à comprendre comment ?
Une enzyme, la XPf se fixe sur l’ADN au niveau des dimères de
thymine et permet leur réparation.
Le gène qui code l'enzyme XPf est porté par le chromosome 16 et
possède divers allèles.
Les personnes qui possèdent l'allèle xpf Norm ne sont pas malades alors que
celles qui possèdent l'un des allèles xpf1 à xpf6 en double exemplaire sont
atteintes de Xeroderma pigmentosum à des degrés divers selon la nature de
l'allèle qu'elles portent.
C’est une mutation au niveau d’un gène codant pour une enzyme
assurant la réparation de l’ADN qui est responsable de cette maladie.
C’est une maladie génétique.
Chez les individus sains les dimères de thymine se formant au cours d’une exposition aux UV sont
réparés par l’enzyme XPf alors que chez les individus malades une mutation rend cette enzyme non
fonctionnelle.