Activité 1 : STRUCTURE ET FONCTION DE LA PROTEINE CODEE PAR UN GENE HOMEOTIQUE

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1 TP6 : La diversification des êtres vivants avec modification des génomes Mise en situation et recherche à mener Montrer à partir des différents documents, l existence et l importance des gènes impliqués dans le développement et les conséquences possibles de leurs variations. Activité 1 : STRUCTURE ET FONCTION DE LA PROTEINE CODEE PAR UN GENE HOMEOTIQUE Matériels : - Logiciel Anagène- Fichiers : 2antp.edi : séquences peptidiques d un fragment de 50 acide aminé d une protéine homéotique Antennapedia d une drosophile sauvage et d une drosophile mutante antp - Logiciel Rastop- Fichiers : 1HOM.pdb : fragment d une protéine homéotique Antennapedia d une drosophile sauvage + antennapedia_adn.pdb (fragment d une protéine homéotique Antennapedia complexé à l ADN - Fichier 2hoa.pdb : fragment d une protéine homéotique Antennapedia d une drosophile mutante antp + antennapedia_adn.pdb Activités Comprendre et réaliser une démarche de résolution Étape 1 : Concevoir une stratégie pour résoudre une situation-problème (durée maximale : 10 minutes) A partir des informations fournies dans le document de référence, formulez une hypothèse sur le rôle des gènes du développement. Concevoir un protocole permettant de montrer le rôle de ces gènes. Document de référence Appel de l examinateur pour vérifier la proposition et obtenir la suite du sujet. La proposition peut s appuyer sur un document écrit et/ou être faite à l oral. D après

2 Utiliser des techniques et gérer son poste de travail Étape 2 : Observation et comparaison d un fragment de la protéine homéotique Antennapedia d une drosophile sauvage et mutante complexée avec de l ADN A l aide du logiciel Rastop (Fichiers : 1HOM.pdb) comparez la STRUCTURE ET FONCTION DE LA PROTEINE CODEE PAR UN GENE HOMEOTIQUE. En utilisant le logiciel anagène, comparez les séquences peptidiques (Fichiers : 2antp.edi) Appel de l'examinateur pour vérifier les résultats et éventuellement obtenir une aide. Communiquer à l aide de modes de représentation Sous la forme de votre choix, traiter les données obtenues pour les communiquer. Répondez sur la fiche «réponses». Appel de l examinateur pour vérification de la production. Appliquer une démarche explicative Exploiter les résultats pour compléter le texte de conclusion. Activité 2 : Les duplications et les mutations des gènes, un des fondements de l évolution de la biodiversité Matériels : - Phylogène Fichiers : domsou.aln (séquences peptidiques des homéodomaines de la souris (b4sou, b6sou, b7sou). - Logiciel : Anagène Fichiers : BoxDrHoSo.edi.(séquences nucléotidiques des homéoboîtes de la souris (b4sou, b6sou, b7sou). Activités Comprendre et réaliser une démarche de résolution Étape 1 : Quelques définitions utiles. Le gène homéotique se caractérise par une séquence nucléotidique de 180 paires de nucléotides semblable à tous les gènes homéotiques qui code pour l homéodomaine : l homéoboite. L homéoprotéine possède une séquence de 60 acides aminés dont la conformation tridimensionnelle reconnait spécifiquement des régions régulatrices de certains gènes : l homéodomaine. Utiliser des techniques et gérer son poste de travail Étape 2 : - Avec Anagène, faire une comparaison avec alignement des séquences des homéoboîtes de la souris (b4sou, b6sou, b7sou). - Avec phylogène, réaliser une matrice de distance puis un arbre de parenté. Appel de l'examinateur pour vérifier les résultats et éventuellement obtenir une aide. Communiquer à l aide de modes de représentation Sous la forme de votre choix, traiter les données obtenues pour les communiquer. Appel de l examinateur pour vérification de la production. Appliquer une démarche explicative Exploiter les résultats pour compléter le texte de conclusion.

3 Fiche protocole- aide majeure- activité 1 Activité 1 : STRUCTURE ET FONCTION DE LA PROTEINE CODEE PAR UN GENE HOMEOTIQUE Dans RASTOP Remarque : Pour vérifier à tout moment la partie de la molécule sélectionnée, taper sur la barre d espacement. Elle est colorée en orange, la partie non sélectionnée est colorée en bleue. Taper à nouveau sur la barre d espacement pour revenir à l écran normal. 1/ Observation d un fragment de la protéine antennapédia : - Ouvrir le fichier 1HOM.pdb. - Cliquer sur Molécule, Centrer, Sélection. - Cliquer sur Atomes, Colorer par, Chaîne. - Cliquer sur,puis dans la barre des menus sur Rubans, Afficher seul. - Cliquer sur Atomes, Colorer par, Structure. Repérer le motif hélice-tour-hélice. 2/ Observation d un motif du même fragment complexé à l adn : - Ouvrir le fichier antennapedia_adn.pdb (un motif du même fragment d antennapédia complexé à l adn). - Cliquer sur, cliquer sur un atome de chaque chaîne pour repérer les lettres qui les représentent. Elles apparaissent dans la fenêtre suivante, située au bas de l écran : - Cliquer (Expression) Taper *a Cette commande sélectionne tous les atomes de la chaîne A. L afficher en Ruban et la colorer par Structure. - Cliquer sur pour inverser la sélection, cliquer sur puis sur pour colorer les atomes de l adn en bleu. Repérer les zones de contact entre la protéine et l adn. 3/ Comparaison de la protéine normale et de la protéine mutée : - Ouvrir le fichier 1hom.pdb, puis le fichier 2hoa.pdb, cliquer sur pour réorganiser les fenêtres. La molécule active est celle de la dernière fenêtre ouverte, le bandeau en haut de la molécule est bleu foncé. Il suffit de cliquer sur la deuxième fenêtre pour activer l autre molécule. - Afficher les deux molécules en Rubans, les colorer par Structure. - Ouvrir 2antp.edi. Comparer la configuration spatiale des deux molécules. - Comparer les séquences des deux polypeptides : Repérer le numéro d ordre de l acide aminé différent entre les deux protéines. - Sur la protéine normale, puis sur la protéine mutée : - Sélectionner l acide aminé ( puis numéro d ordre de l acide aminé) - Colorer cet acide aminé (veiller à choisir «rubans» dans la fenêtre de coloration, puisque la molécule est représentée sous forme de ruban)

4 Comparer la molécule normale et la molécule mutée et indiquer pourquoi cette dernière n est pas fonctionnelle. Protocole Aide majeure-activité 2 et 3 Activité 2 : Les duplications et les mutations des gènes, un des fondements de l évolution de la biodiversité 1/ Comparaison des homéoboîtes de gènes homéotiques de la souris : - Ouvrir le Fichier BoxDrHoSo.edi. - Faire une comparaison avec alignement des séquences des homéoboîtes de la souris (b4sou, b6sou, b7sou). Comparaison des homéodomaines codées par les gènes homéotiques de la souris : Dans PHYLOGENE - Ouvrir le domosou.aln - Sélectionner les homéodomaines des gènes précédemment comparés. Réaliser une matrice de distance puis un arbre de parenté. - Comparer cet arbre avec les pourcentages d identité des homéoboites. 2/ Comparaison des homéoboîtes de gènes d espèces différentes : - Ouvrir le Fichier BoxDrHoSo.edi. - Faire une comparaison avec alignement des séquences des homéoboîtes de la Drosophile - Faire le même travail avec les séquences des homéoboîtes de l Homme. - Faire une comparaison avec alignement des séquences de dfd, b4hs, b4sou, puis antp, b6hs, b6sou, puis ubx, b7hs, b7sou. Comparer les différents pourcentages obtenus et mettre en relation avec la répartition des gènes sur les chromosomes chez la Drosophile et les vertébrés. Activité 3 : CONSERVATION DES MUTATIONS AU COURS DE L EVOLUTION - Ouvrir le fichier 12domhox6.edi (Homéodomaine des protéines codées par des gènes Hox 6, ou équivalents, chez 12 espèces). - Effectuer une Comparaison avec alignement des séquences. Repérer le numéro d ordre des acides aminés différents, toutes séquences confondues. Dans Rastop - Ouvrir le fichier antennapedia_adn.pdb. - Colorer par Chaînes. - Utiliser l icône Expression pour sélectionner la protéine. Cliquer sur Rubans, sélectionner Squelet-te carboné. Cliquer sur Rubans, Afficher seul - Inverser la sélection et afficher la molécule d ADN en Sphères. - Inverser à nouveau la sélection et sélectionner les acides aminés précédemment repérés. Remarque : Pour sélectionner en même temps plusieurs acides aminés : 1,6 sélectionne les acides aminés 1 et sélectionne les acides aminés de 1 à 6 Colorer les acides aminés différents Information : La comparaison de 346 homéodomaines montre que 7 acides aminés sont identiques dans 95 % des séquences. - Leu16, phe20, trp48 et phe49 participent au noyau hydrophobe des hélices alpha. - Arg5, asn51, arg53 participent à la liaison avec l adn. Faire apparaître en sphères ces acides aminés identiques.

5 Aide connaissances : Les complexes des gènes homéotiques Hom de la Drosophile et Hox de la souris