le patrimoine génétique joue un rôle important dans le fonctionnement cellulaire. comment...
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Le patrimoine génétique joue un rôle important dans le fonctionnement cellulaire.
Comment l'information génétique s'exprime au niveau du phénotype ?
THEME 1 – AEXPRESSION, STABILITE ET VARIATION DU PATRIMOINE
GENETIQUE
CHAPITRE 4DU GENOTYPE AU PHENOTYPE
On appelle génotype l'information génétique portée par un individu (c'est à dire la nature des allèles qu'il porte pour
chacun des gènes de l'espèce).
Le génotype se note entre parenthèses (…//…). Les deux // figurent les deux chromosomes
Le génotype déterminant la forme des graines est : (sphérique // ridé)
Le phénotype est l'état d'un caractère observable (anatomique,
morphologique, moléculaire, physiologique) chez un organisme vivant
Le phénotype se note entre crochets […].
Petits pois sphériques
[sphérique]
Petits pois ridés
[ridé]
Toutes les cellules d'un organisme pluricellulaire possèdent la
même information génétique car elles sont issues d'une même cellule œuf par reproduction conforme.
Elles ont pourtant un aspect différent et ont des fonctions différentes.
Neurone
Cellules musculaires
De plus, le phénotype d'un individu peut varier au cours du temps alors que son information génétique est
assez stable.
Donner un exemple.
La couleur des cheveux change avec l’âge chez
certains individus.
La couleur de la peau est modulée par les rayons UV.
Comment les protéines interviennent-elles dans le phénotype ?
I / DU GENOME AU PROTEOME
Le génome humain compte entre 20 000 et 30 000 gènes.
Le protéome correspond à l’ensemble des protéines codées par l’ensemble des gènes. Le protéome humain est estimé de 100 000 à 1 000 000 protéines, selon les auteurs.
Quel problème soulève l’affirmation précédente ?
Le modèle présenté précédemment ne permet pas d’expliquer la différence entre le nombre de gènes ( 25 000) etle nombre de protéines(entre 100 000 et 1 000 000).
En effet ce modèle fait correspondre un fragment d’ADN à un fragment d’ARN et donc à une protéine.
Certaines cellules des follicules thyroïdiens sécrètent deux protéines : la calcitonine et la CGRP (Calcitonine Gene Regulated Peptide).Ces deux protéines sont déterminées par le même gène (Calc-1).
Exon 1 Exon 2 Exon 3 Exon 4 Exon 5 Exon 6I 1 I 5I 4I 3I 2
Il est formé de 5 700 nucléotides.
L’ARN pré-messager résultant de la transcription du gène calc-1 est constitué de 6 exons et de 5 introns.
L’utilisation de sondes spécifiques de chaque intron et exon permet de connaître la constitution des ARN messagers de la calcitonine et de la CGRP.
Exon 1 Exon 2 Exon 3 Exon 4 Exon 5 Exon 6I 1 I 5I 4I 3I 2
Le tableau ci-dessous regroupe les résultats obtenus.
E1 E2 E3 E4 E5 E6 I1 I2 I3 I4 I5ARN pm + + + + + + + + + + +
ARNm Calcitonine + + + + - - - - - - -
ARNm CGRP + + + - + + - - - - -
+ Présence de la sonde- Absence de la sonde
E1 E2 E3 E4 E5 E6 I1 I2 I3 I4 I5ARN pm + + + + + + + + + + +
ARNm Calcitonine + + + + - - - - - - -
ARNm CGRP + + + - + + - - - - -
L’ARNm de la calcitonine possède les exons 1, 2, 3 et 4.
L’ARNm de la CGRP possède les exons 1, 2, 3, 5 et 6.
A partir du même ARN pré-messager il y a eu deux ARN messagers différents.
ARN pré-messager
ARN messager Calcitonine ARN messager CGRP
Il y a eu un épissage alternatif.
Ces deux ARN messagers différents seront à l’origine de deux protéines différentes.
Un même gène peut être à l’origine de protéines différentes.
BILAN
GENE TRANSCRIPTION
ARN pré-messager
EPISSAGE ALTERNATIF
ARNm 1 ARNm 3ARNm 2
TRADUCTION
PROTEINE 1 PROTEINE 2 PROTEINE 3
II / LA VARIABILITE DES PROTEINES CHEZ DES INDIVIDUS DE PHENOTYPES DIFFERENTS
Exemple : les groupes sanguins
Qu’est-ce qui détermine les groupes sanguins ?
Les groupes sanguins sont déterminés par des molécules situées sur la membrane des
hématies.
Quels sont les points communs et les différences entre les différents marqueurs ?
Ils possèdent tous une base commune sur laquelle se fixent des molécules différentes pour les groupes A et B et rien pour le groupe O.
La synthèse de ces marqueurs est contrôlée par des enzymes résultant de l’expression d’un gène.
Quels sont les allèles présents sur la paire de chromosomes 9 pour les différents groupes sanguins ?
Les différents génotypes et les phénotypes correspondant.
Tous les individus d’une espèce donnée possèdent les mêmes gènes mais pas
forcément les mêmes allèles ni les mêmes protéines.
III / LA VARIABILITE DES PROTEINES CHEZ UN MÊME INDIVIDU
Toutes les cellules d’un même individu possèdent la même information génétique.
Possèdent-elles les mêmes protéines ?
Les hémoglobines : variabilité dans le temps
Synthèse des différentes chaînes composant la molécule d’hémoglobine en fonction du temps.
Que constatez-vous ?
En fonction de l’âge, et donc de facteurs internes, ce ne sont pas toujours les mêmes gènes qui s’expriment.
L’expression de certains gènes et les facteurs externes
Variation de la concentration plasmatique de l’EPO en fonction de l’altitude
Interpréter ces résultats
24 à 48 heures après l’arrivée en altitude la production d’EPO (érythropoïétine atteint son maximum) puis retourne au niveau initial au bout d’une semaine.
Variation de la quantité d’hémoglobine et du nombre de globules rouges en altitude en fonction du temps
Interpréter ces résultats
La quantité d’hémoglobine et le nombre de globules rouges augmentent à partir d’une à deux semaines après l’arrivée en altitude, pour atteindre son maximum 2 à 3 mois après.
Existe-t-il une relation entre l’EPO et la quantité d’hémoglobine ?
Proposer un protocole pour répondre à cette question.
On injecte des doses différentes d’EPO et on mesure la quantité d’hémoglobine.
Interpréter ces résultats
Plus la quantité d’EPO est importante plus la production d’hémoglobine est élevée.
Un facteur externe (le manque d’oxygène) a déclenché une augmentation de la production d’hémoglobine par l’intermédiaire d’une surproduction d’EPO.
Mode d’action cellulaire de l’EPO
IV / DU PHENOTYPE MOLECULAIRE AU PHENOTYPE MACROSCOPIQUE
Les différentes échelles du phénotype
Un exemple de phénotype : la drépanocytose
Comment se manifeste le phénotype de la drépanocytose à l’échelle de l’individu ?
Ce phénotype se caractérise par une mauvaise oxygénation de tous les organes entraînant :• un essoufflement• une nécrose des tissus• des troubles articulaires.
Comment se manifeste le phénotype de la drépanocytose à l’échelle cellulaire ?
Quelles cellules étudieriez-vous ?
On va étudier les hématies qui assurent l’oxygénation des tissus grâce à l’hémoglobine qu’elles contiennent.
Hématies d’un
individu sain
Hématies d’un individu drépanocytaire.
Comparer les deux types d’hématies.
Les hématies d’un individu drépanocytaire sont déformées.
Pourquoi les hématies d’un individu drépanocytaire sont déformées ?
Structure d’une hématie d’un individu sain
Les hématies sont des cellules énuclées dont le cytoplasme contient essentiellement de l’hémoglobine, protéine soluble assurant le transport du dioxygène.
Une hématie d’un individu drépanocytaire
Comment se présente
l’hémoglobine dans les hématies
drépanocytaire ?
Dans les hématies drépanocytaires l’hémoglobine se présente sous forme de fibres insolubles.
Comment expliquer l’aspect différent de l’hémoglobine ?
Avec le logiciel Rastop on peut afficher les molécules HbA (hémoglobine d’un individu sain), HbS et HbSHbS (hémoglobines d’un individu drépanocytaire).
HbA HbSIl n’y a pas de différences visibles à cette échelle.
Deux molécules HbS
Deux molécules d’hémoglobine drépanocytaire s’agglutinent.
Pour essayer de comprendre les raisons de cette agglutination, examinons la séquence d’acides aminés des hémoglobines HbA et HbS et la séquence de nucléotides des allèles à l’origine de leur synthèse.
Avec le logiciel Anagène on peut comparer les séquences de nucléotides des gènes HbA (individu sain) et HbS (individu drépanocytaire) ainsi que celles des hémoglobines correspondantes d’acides aminés.
Dans l’hémoglobine drépanocytaire la valine (hydrophobe) a remplacé l’acide glutamique (hydrophile).
Cette substitution entraîne la formation de liaisons hydrophobes entre les molécules d’hémoglobine drépanocytaire (HbS).
La valine s’insère dans un creux formé par des acides aminés hydrophobes (leucine et phénylalanine).
VAL6
LEU88
PHE85
Ces liaisons hydrophobes induisent la formation de fibres d’hémoglobine insoluble.
Fibres constituées par des molécules d’HbS agglutinées.
La présence de fibre d’hémoglobine déforme les hématies ce qui perturbe leur passage dans les capillaires et entraîne
les symptômes observables chez un individu drépanocytaire.
Le phénotype moléculaire induit le phénotype cellulaire qui induit le phénotype macroscopique.