Exemple 1 : L'hypercholestérolémie familiale

Exemple 2 : La drépanocytose : cf. TP n°1 Exemple 3 (pour changer des maladies) : La couleur de la peau La pigmentation de la peau résulte d'un seul pigment, la mélanine, présente dans les cellules de l'épiderme, les kératinocytes. La mélanine est d'abord produite par d'autres cellules, les mélanocytes puis exportée vers les kératinocytes. Tous les individus ont un nombre identique de mélanocytes. Il n'y a pas de mélanocyte "blanc", "jaune" ou "noir", mais une couleur unique, brune, qui va du plus foncé quand la production de mélanine est élevée au plus clair quand elle est faible. Plusieurs gènes sont impliqués dans la modulation de la couleur de la peau. Parmi ceux-ci, on trouve le gène OCA2 dont on connaît plusieurs allèles. Il est responsable de la synthèse d'une protéine appelée "P". La protéine P est en quantité est sensiblement identique chez tous les humains quelle que soit la couleur de leur peau. Cette protéine a pour fonction d'abaisser l'acidité des mélanocytes. Lorsque l'acidité des mélanocytes est réduite, la synthèse de mélanine est forte. Certains allèles du gène OCA2 codent une protéine P dont l'activité est faible, voire inexistante. 1) Schématiser la cascade d'évènements aboutissant au phénotype "Peau noire". 2) Définissez les phénotypes moléculaire, cellulaire et macroscopique.

Gène OCA2, allèle à l'origine d'une ... Phénotype moléculaire → Protéine P active Acidité des mélanocytes faible Phénotype cellulaire Forte production de mélanine dans les mélanocytes Beaucoup de mélanine stockée dans les kératinocytes Phénotype macroscopique → Phénotype « Peau noire »

Pour tout caractère (hypercholestérolémie familiale, drépanocytose, couleur de la peau...) 3 niveaux de définition du phénotype : * niveau macroscopique Les trois niveaux découlent les uns des autres. * niveau cellulaire * niveau moléculaire

B – La réalisation du phénotype nécessite des protéines Protéine = enchaînement d'acides aminés (aa). Pour une protéine de taille moyenne : 100 aa, il y a 20100 possibilités ≠ d'enchaîner les aa (= Ma ERROR)* Il existe 20 aa ≠ Grande diversité parmi les protéines - soutien - mouvement - transport - communication - défense - stockage ... Les protéines sont des molécules réalisant diverses fonctions : Un type particulier de protéines, les enzymes, accompagnent certaines réactions biochimique et jouent un rôle majeur dans la réalisation du phénotype. *Nb : 2076 = 7,56 X 1098 !!!

La diversité des protéines est à l'origine de la diversité des caractères phénotypiques. Si une même protéine existe sous deux formes légèrement différentes, il en résulte deux phénotypes alternatifs pour le même caractère.

II- Des protéines essentielles : les enzymes Un peu d'histoire des sciences ... E. Büchner (1860-1917) A. Payen (1795-1871) E. Fischer (1852-1919) A l'aide du document fourni, indiquez les principales propriétés des enzymes.

A – Les enzymes sont des biocatalyseurs * Capables d'accélérer des réactions chimiques sans être elles-mêmes modifiées Enzymes = Protéines = catalyseurs * Extraites d'êtres vivants (végétaux, animaux ...) = biocatalyseurs * Agissent à faible concentration dans les cellules (elles sont « recyclées » à la fin de chaque réaction) * Molécules fragiles, n'agissant que dans des conditions compatibles avec la vie

B – Les enzymes ont une double spécificité Protocole ???

Hypothèses ???

fructose maltose galactose

Spécificité Enzyme-Substrat Molécules hautement spécifiques : - chaque enzyme ne catalyse qu'une réaction chimique particulière Spécificité Enzyme-Substrat - chaque enzyme n'agit que sur une substance particulière Spécificité d'action de l'enzyme cf. doc 1 p 37

C – Le complexe enzyme-substrat cf. TP3 (Navet)

Vmax Dans le cas de catalyses enzymatiques (et contrairement aux réactions chimiques classiques), la vitesse de réaction atteint une valeur maximale à partir d'une certaine concentration en substrat : c'est la Vmax. L'expérimentation montre que la vitesse de réaction augmente d'abord quand on augmente la quantité de substrat puis elle tend à rester constante malgré l'augmentation de la quantité de substrat.

Si le substrat se fixe à l'enzyme Il manque des molécules d'enzyme Elles sont toutes à saturation Si la quantité d'enzyme est fixe Si la vitesse de la réaction reste constante malgré l'augmentation de la quantité de substrat Il y a une liaison temporaire entre la molécule de substrat et l'enzyme Il y a une complémentarité de forme entre l'enzyme et son substrat Spécificité d'action de l'enzyme Spécificité enzyme/substrat

E + S → ES → EP → E + P

cf. TP3 p 32 du manuel Le site actif est le lieu d'interaction entre l'enzyme et son substrat. Il comprend un site de reconnaissance du substrat et un site catalytique permettant la transformation du substrat en produit.

III- La forme d'une protéine enzymatique détermine son activité cf. TP4 (Navet 2) Permet le rapprochement de certains aa entre eux Conformation de la protéine active, fonctionnelle Garantie par le programme génétique La dénaturation des protéines

Ponts disulfures

A – La séquence d'acides aminés impose la forme de la protéine Enzyme = Protéine Structure primaire des protéines (= enchaînement d'aa unis entre eux par des liaisons peptidiques) (diverses liaisons et interactions entre les aa, assurant la stabilité) Forme spatiale de la protéine

B – Un changement de séquence modifie cette forme Changement dans l'enchaînement des aa d'une protéine (certaines liaisons et interactions entre les aa ne sont plus possibles) Changement de forme spatiale de la protéine Si la modification touche le site actif de l'enzyme cf. TP3 p 32 du manuel Il peut conduire à la perte de sa capacité catalytique ou au contraire à son augmentation,

C – Les conditions du milieu modifient cette structure cf. TP4 (Navet 2) Les enzymes agissent dans des conditions compatibles avec le mode de vie de l'organisme ou d'un organe en particulier. Augmentation de la température Changement du pH Changement de l'ionisation des aa donc perturbation des liaisons ioniques Rupture des liaisons hydrogène Certaines liaisons et interactions entre les aa ne sont plus possibles Changement de forme spatiale de la protéine : on dit qu'elle est dénaturée Changement de forme → Changement de fonction → L'enzyme n'est plus active

cf. TP4 (Navet 2)