Famille multigéniques

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1 Famille multigéniques Problématique : Rappel : il existe différents types de mutations. Revoir TP fait en classe de Première S : Les vertébrés, les mammifères en particulier, sont beaucoup plus complexes que les bactéries. Le nombre de leurs gènes est plus grand. Il y a donc eu formation de nouveaux gènes. Cette formation n a pu avoir lieu qu à partir de matériel génétique préexistant. Comment ces nouveaux gènes ont ils pu se former? Les seuls mécanismes de mutation (par substitution, délétion ou insertion n expliquent en rien comment cela est possible. Découverte de la notion de famille multigénique L hémoglobine est formé des 4 chaînes protéiques, chacune contient un hème qui fixe O 2 Au cours du développement de l organisme humain, il y a des changements dans la nature des molécules d hémoglobine : Avant la naissance : hémoglobine embryonnaire ( ε et ζ hémoglobine fœtale F ( α et γ Après la naissance : 97 % sous forme d hémoglobine A ( α et β + un peu d hémoglobine F + un peu d hémoglobine D ( α et δ ; il y a donc 6 molécules protéiques différentes qui peuvent faire partie d une hémoglobine. Chaque protéine est codée par un gène différent : α et ζ sont sur le chromosome 16 ; ε, γ, δ, β sont sur le chromosome 11 (ce ne sont pas des allèles d un gène situé au même locus, mais des gènes différents. Par ailleurs, une protéine assez voisine est présente dans les muscles la myoglobine : le gène qui code pour cette protéine est situé sur le chromosome 22. Utilisation d Anagène et de Phylogène À l aide d anagène, comparer ces différentes hémoglobines (utiliser comparaison simple et/ou comparaison avec alignement, pour voir. Rendez compte de votre travail sous la forme d un tableau montrant les pourcentages de similitudes. Déductions? Justifiez que ces résultats puisse servir à construire un cladogramme dont on donnera la signification. Phylogène vous permet de comparer votre résultat avec un arbre calculé automatiquement par une méthode phénétique. Mise en relation des hémoglobines des vertébrés actuels. Groupes de vertébrés Types de globines présentes Date d apparition du groupe (en Ma Poissons sans mâchoire α 450 Poissons à mâchoires et amphibiens α et β Lézards, serpents α, β et γ 300 mammifères oiseaux primates α, β, γ et ε 220 α, β, γ et ε 150 α, β, γ, ε et δ et ζ 40 Types de globine présentes chez les groupes de vertébrés actuels et date d apparition des groupes estimée d après le plus ancien fossile connu.

2 Séquences peptidiques des globines humaines Alignement réalisé avec CLUSTAL W (1.81 multiple sequence alignment Fichier data/glob_pro.aln MVHLTPEEKSAVTALWGKVN--VDEVGGEALGRLLVVYPWTQRFFESFGDLSTPDAVMGN Delta.pro MVHLTPEEKTAVNALWGKVN--VDAVGGEALGRLLVVYPWTQRFFESFGDLSSPDAVMGN gammag.pro MGHFTEEDKATITSLWGKVN--VEDAGGETLGRLLVVYPWTQRFFDSFGNLSSASAIMGN gammaa.pro MGHFTEEDKATITSLWGKVN--VEDAGGETLGRLLVVYPWTQRFFDSFGNLSSASAIMGN Epsilon.pro MVHFTAEEKAAVTSLWSKMN--VEEAGGEALGRLLVVYPWTQRFFDSFGNLSSPSAILGN Alpha1.pro -MVLSPADKTNVKAAWGKVGAHAGEYGAEALERMFLSFPTTKTYFPHF-DLSH-----GS Alpha2.pro -MVLSPADKTNVKAAWGKVGAHAGEYGAEALERMFLSFPTTKTYFPHF-DLSH-----GS Theta.pro -MALSAEDRALVRALWKKLGSNVGVYTTEALERTFLAFPATKTYFSHL-DLSP-----GS -MSLTKTERTIIVSMWAKISTQADTIGTETLERLFLSHPQTKTYFPHF-DLHP-----GS Myoglob.pro -MGLSDGEWQLVLNVWGKVEADIPGHGQEVLIRLFKGHPETLEKFDKFKHLKSEDEMKAS :: : : * *: : *.* * :.* * * :.*.. PKVKAHGKKVLGAFSDGLAHLDNLKGTFATLSELHCDKLHVDPENFRLLGNVLVCVLAHH Delta.pro PKVKAHGKKVLGAFSDGLAHLDNLKGTFSQLSELHCDKLHVDPENFRLLGNVLVCVLARN gammag.pro PKVKAHGKKVLTSLGDAIKHLDDLKGTFAQLSELHCDKLHVDPENFKLLGNVLVTVLAIH gammaa.pro PKVKAHGKKVLTSLGDAIKHLDDLKGTFAQLSELHCDKLHVDPENFKLLGNVLVTVLAIH Epsilon.pro PKVKAHGKKVLTSFGDAIKNMDNLKPAFAKLSELHCDKLHVDPENFKLLGNVMVIILATH Alpha1.pro AQVKGHGKKVADALTNAVAHVDDMPNALSALSDLHAHKLRVDPVNFKLLSHCLLVTLAAH Alpha2.pro AQVKGHGKKVADALTNAVAHVDDMPNALSALSDLHAHKLRVDPVNFKLLSHCLLVTLAAH Theta.pro SQVRAHGQKVADALSLAVERLDDLPHALSALSHLHACQLRVDPASFQLLGHCLLVTLARH AQLRAHGSKVVAAVGDAVKSIDDIGGALSKLSELHAYILRVDPVNFKLLSHCLLVTLAAR Myoglob.pro EDLKKHGATVLTALGGILKKKGHHEAEIKPLAQSHATKHKIPVKYLEFISECIIQVLQSK.:: **.* :. :.. : *:. *. :: :.::.. :: *. Delta.pro gammag.pro gammaa.pro Epsilon.pro Alpha1.pro Alpha2.pro Theta.pro Myoglob.pro FGKEFTPPVQAAYQKVVAGVANALAHKYH FGKEFTPQMQAAYQKVVAGVANALAHKYH FGKEFTPEVQASWQKMVTAVASALSSRYH FGKEFTPEVQASWQKMVTAVASALSSRYH FGKEFTPEVQAAWQKLVSAVAIALAHKYH LPAEFTPAVHASLDKFLASVSTVLTSKYR LPAEFTPAVHASLDKFLASVSTVLTSKYR YPGDFSPALQASLDKFLSHVISALVSEYR FPADFTAEAHAAWDKFLSVVSSVLTEKYR HPGDFGADAQGAMNKALELFRKDMASNYKELGFQG

3 Lien avec l'évolution Si une mutation a pour conséquence de modifier la séquence sans perturber la structure tridimensionnelle de la molécule en un autre endroit (par exemple remplacement d un acide aminé par un autre de même encombrement ou d un acide aminé par un autre ayant les mêmes caractéristiques d hydrophobie ou d hydrophilie, cette mutation est dite «neutre». On peut supposer que sa conservation n'affectera pas la survie de l'espèce et qu'une partie de la population possèdera la séquence mutée. Par contre, si la mutation modifie la structure tridimentionnelle de la molécule, on peut prévoir que les organismes mutés seront souvent non viables. Ainsi, la conservation de certains de ces sites peut s'expliquer par leur position particulière dans la molécule, en relation avec la fixation de l'hème. C'est le cas pour les histidines 58 et 87 dans la chaîne alpha (63 et 92 dans la chaîne beta, dont les chaînes latérales interagissent avec l'hème. L'explication couramment proposée est la suivante : si une mutation a pour conséquence un changement de l un des acides aminés en rapport avec la fixation du hème au niveau de la globine, la fonction de la molécule s en trouvera vraisemblablement altérée ; elle ne sera pas donc pas conservée (sélection naturelle négative Ce raisonnement peut être appliqué à d'autres sites conservés pour lesquels les explications suivantes sont proposées : la glycine (notée G est l acide aminé présentant le plus faible encombrement (sa chaîne latérale comprend un hydrogène seulement. Or, sa position au cœur de la globine entre deux hélices, ne tolérerait pas un acide aminé plus «volumineux» ; la proline (P introduit un coude nécessaire à l interruption de l hélice C, indispensable à la structure globulaire ; la phénylalanine (F et la valine (V participent au positionnement du hème : de tels acides aminés sont indispensables à la fonction de la protéine ; la tyrosine (Y crée un contact entre les hélices H et F indispensable à la stabilité de la structure spatiale de la globine Vous examinerez les structures 3D des molécules des hémoglobines α et β avec rastop. À partir des indications ci dessus, vous mettrez en évidence l'hème et les acides aminés indispensables, ou importants de la structure de l'hémoglobine. On peut, par exemple effectuer le script suivant (accessible par Ctrl M : [// signifie aller à la ligne avec ENTER] select all // wireframe off // spacefill off // backbone on // select hem // wireframe on // color cpk select *.fe // spacefill on // color blue // select <ici mettez les numéros que vous avez notés séparés par des virgules> // wireframe 2 color cpk // select all Détails sur < Autre famille multigénique. La famille de l'ocytocyne. Vous pouvez essayer de créer le fichier nécessaire et de générer l'arbre cladistique avec Treeconw ou autre (voir TP précédents

4 À l'aide de ce document, vous reconstruirez l'histoire des gènes de ces hormones. Famille de l ocytocine : Ocytocine (OT : (COOHCys Tyr Ile Gln Asn Cys Pro Leu Gly(NH 2 Mésotocine (MT : (COOHCys Tyr Ile Gln Asn Cys Pro Ile Gly(NH 2 Isotocine (IT : (COOHCys Tyr Ile Ser Asn Cys Pro Ile Gly(NH 2 Glumitocine (GT : (COOHCys Tyr Ile Ser Asn Cys Pro Gln Gly(NH 2 Valitocine (VT : (COOHCys Tyr Ile Gln Asn Cys Pro Val Gly(NH 2 Aspatocine (VT : (COOHCys Tyr Ile Asn Asn Cys Pro Leu Gly(NH 2 Famille de l ADH : AVP (arginine vasopressine : (COOHCys Tyr Phe Gln Asn Cys Pro Arg Gly(NH 2 LVP (lysine vasopressine : (COOHCys Tyr Phe Gln Asn Cys Pro Lys Gly(NH 2 PP (Phénypressine : (COOHCys Phe Phe Gln Asn Cys Pro Arg Gly(NH 2 AVT (arginine vasotocine : (COOHCys Tyr Ile Gln Asn Cys Pro Arg Gly(NH 2 Chez les invertébrés : Arginine conotocine : (COOHCys Ile Ile Arg Asn Cys Pro Arg Gly(NH 2 Lysine conotocine : (COOHCys Phe Ile Arg Asn Cys Pro Lys Gly(NH 2 Hormone diurétique : (COOHCys Leu Ile Thr Asn Cys Pro Arg Gly(NH 2 Agnathes AVT Poissons cartilagineux Holocéphales AVT OT Raies AVT GT Requins AVT VT Poissons osseux Actinoptérigiens AVT IT Dipneustes Amphibiens Reptiles Oiseaux AVT OT Mammifères AVT OT AVP Mammifères suidés AVT OT LVP A Ala Alanine R Arg Arginine N Asn Asparagine D Asp Aspartate C Cys Cystéine E Glu Glutamate Q Gln Glutamine G Gly Glycine H His Histidine I Ile Isoleucine L Leu Leucine K Lys Lysine M Met Méthionine F Phe Phénylalanine P Pro Proline S Ser Sérine T Thr Thréonine W Trp Tryptophane Y Tyr Tyrosine V Val Valine

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