CHAPITRE 2 : LES MUTATIONS : ORIGINE DE LA VARIABILITÉ GÉNÉTIQUE
LES DIFFÉRENTS TYPES DE MUTATION Lors de la réplication de l ADN en phase S, les ADN polymérases ajoutent 6,4 milliards de nucléotides (ensemble des paires de nucléotides dans une cellule humaine) en respectant la complémentarité des bases azotées. Ce mécanisme n est pas infaillible et des erreurs peuvent apparaitre.
LES DIFFÉRENTS TYPES DE MUTATION ADN modifié / ADN normal Type de mutation THA1 Position nucléotides n 52 Caractères du changement Nature du changement T à la place de A Taille de l ADN (nombre de nucléotides) Il existe 3 modifications ponctuelles possibles de la molécule d ADN, la mutation par substitution, par délétion ou par addition Type de mutation 444 substitution Définition Remplacement d'une base par une autre THA5 n 218 A supplémentaire 445 addition Ajout d'une base dans la séquence THA6 n 51 C supprimé 443 délétion Disparition d'une base dans la séquence THA8 Du n 126 au 129 CTTT supprimé 440 délétion Disparition de plusieurs bases dans la séquence
LES DIFFÉRENTS TYPES DE MUTATION
CONSÉQUENCES D'UNE MUTATION NON RÉPARÉE L'activité de l'adn polymérase peut entraîner des erreurs de réplication (mésappariements) avec mise en place d un nucléotide incorrect (1). Cela entraîne une mutation lors de la réplication suivante (2) qui sera ensuite reproduite (3) au cours des cycles cellulaires successifs.
LES AGENTS MUTAGÈNES On observe qu'une irradiation aux U.V a deux effets : - diminution du nombre total de colonie - apparition de colonies blanches Ces effets sont proportionnels à la durée d'exposition. Ainsi, à 0 s d'irradiation on observe, 3 colonies blanches sur 490 colonies; soit 0.61% alors qu'à 90 s d'irradiation, 14 colonies blanches sur 30 colonies ; soit 46.66%
LES AGENTS MUTAGÈNES Document 2 : La couleur des levures est due à l expression de différents gènes. Réactions responsables de la synthèse de l adénine chez une levure Substances puisées dans le milieu Gènes Substances rouge, colonies rouges Gène ade2 Synthèse de l adénine, colonies blanches J'observe qu'une colonie devient rouge en utilisant des substances puisées dans le milieu et des gènes. Cette colonie deviendra blanche si elle utilise en plus le gène ade2. J'en déduis que ce gène ade2, lorsqu'il fonctionne, permet la transformation d'une colonie rouge en colonie blanche, par contre si il ne fonctionne pas, la colonie reste rouge. Document n 3 : Le gène ade2 est le gène responsable de la coloration des levures. Le document ci-dessous donne une partie de la séquence en nucléotides de ce gène ade2 chez une levure rouge et blanche (1 seul brin de l ADN est représenté) : Colonies rouges (ade2) Fragment du gène ade2 : AGAAGGTTAAATTTTTA Colonies blanches (ade2) Fragment du gène ade2 : AGAAGGGTAAATTTTTA J'observe que dans le cas d'une colonie rouge, il y a un T en 7 ème position de la séquence fournie alors que chez une colonie blanche on observe un G. Il y a donc eu mutation par substitution chez les colonies rouges. Bilan : les colonies blanches sont en fait les souches sauvages de ces levures, une mutation dans le gène ade2 empêche la synthèse de la couleur blanche, on obtient alors des colonies rouge. L'exposition aux U.V agit sur le gène ade2 muté et rétablit sa fonction première, ainsi il redevient fonctionnel et fabrique alors la couleur blanche. Plus l'irradiation est importante, plus le pourcentage de colonie blanche augmente, il y a donc une augmentation de la fréquence des mutations, certaines pouvant être mortelles pour la levure, ce qui explique une diminution du nombre total de colonie.
LES AGENTS MUTAGÈNES Quelles sont les caractéristiques communes des agents mutagènes?
Action des rayons UV sur l'adn Les radiations UV (UVB de 280 à 315 nm UVA de 315 à 400 nm) sont absorbées par certaines bases azotées (thymine et cytosine) quand elles sont répétées (1). Deux thymines (parfois des cytosines) consécutives sur le même brin d'adn peuvent alors s'associer par liaison "forte" pour former un dimère (2). Cela déforme l'adn et perturbe l'activité de l'adn polymérase lors de la réplication de l'adn. Il en résulte des mutations, des réarrangements chromosomiques voire un blocage de la division cellulaire. Action des radiations ionisantes sur l'adn Les rayons X et gamma (1) sont assez énergétiques pour produire des radicaux libres (ions possédant électrons non appariés) chimiquement très réactifs notamment avec l'adn ou peuvent agir par action directe sur l'adn. Cela entraîne : - des altérations ou pertes de bases (2) ; - des ruptures dans l'un (3) ou les deux brins (4) qui peuvent conduire à des réarrangements, délétions, perte de fragments de chromosome, ou la mort de la cellule.
Action des substances chimiques sur l'adn Certaines substances chimiques altèrent la structure des bases azotées (1), ce qui empêche un appariement correct lors de la réplication (2). Il en résulte une modification de l'information génétique qui se reproduit au cours des cycles cellulaires suivants (2 et 3). Les analogues des bases (X) sont des substance chimiques dont la structure est proche de celle des bases azotées des nucléotides et qui peuvent être incorporés à l ADN au cours d'une réplication (1). Lors des cycles cellulaires suivants ils se lient à n'importe quelle base (2) entraînant des mutations (3). Exemple le 5-bromouracile (ou 5-BU).
LES MÉCANISMES DE RÉPARATION A quelles conditions y a-t-il véritablement mutation de l'adn?
Les mécanismes de réparation Réparation des ruptures sur un seul brin Les ruptures causées par des agents mutagènes (rayons X ou produits chimiques) peuvent être rapidement réparées par une enzyme spécifique : une ligase. Réparation des mauvais appariements Ce processus intervient après la réplication de l'adn à la manière d'un "correcteur orthographique". Il est réalisé par un groupe de protéines (nucléases) qui peuvent "scanner" l'adn et détecter les paires de bases incorrectes ou mal appariées. Le nucléotide incorrect (1) est supprimé (2) puis l'adn polymérase opère un deuxième passage et rétablit la séquence convenable (3).
Les mécanismes de réparation Réparation des dommages importants : excision puis remplacement de groupes de nucléotides. Ce mécanisme intervient sur les dommages importants de l'adn qui créent des blocages de la réplication et de la transcription, tels que les dimères induits par les UV (1) et des produits chimiques. La mutation est reconnue et le brin d'adn est coupé de part et d'autre (2). Les nucléotides impliqués sont excisés (3). L'ADN polymérase complète ensuite la zone manquante (4) et la ligase rétablit enfin les liaisons (5).
Les mécanismes de réparation Tolérance de la zone endommagée Tous les dommages de l'adn ne peuvent pas être réparés immédiatement. Certains persistent. Si un œil de réplication contient des altérations (par exemple un dimère de thymine (1)), il y a normalement blocage de la réplication. Cependant, chez les eucaryotes, la réplication peut être initiée à de nombreux endroits. Elle peut donc reprendre au delà du dimère, laissant un secteur de la molécule non répliqué (2). mais cela n'empêche pas la division cellulaire d'être bloquée. La recombinaison avec un brin de la chromatide sœur (3) peut alors aboutir à deux molécules sœurs "complètes" après insertion des nucléotides manquants. L'une d'elles contient encore le dimère (4) mais l'autre est complétée et n'est pas mutée (5) et surtout la division n'est pas bloquée.
CONSÉQUENCES D'UNE MUTATION NON RÉPARÉE
LA TRANSMISSION DES MUTATIONS