THEME 1 – A EXPRESSION, STABILITE ET VARIATION DU PATRIMOINE GENETIQUE Le patrimoine génétique joue un rôle important dans le fonctionnement cellulaire. Comment des mutations apparaissent-elles dans ce patrimoine ?

CHAPITRE 2 variabilite genetique et mutation de l’adn Nous avons vu que l’information génétique est conservée dans les cellules-filles. Vous savez que des mutations, qui correspondent à des modifications de la molécule d’ADN, peuvent se produire.

Ces mutations apparaissent-elles spontanément ou sont-elles provoquées par des facteurs externes ?

I / les mutations spontanees de l’adn Est-ce qu’il existe des mutations spontanées de l’ADN ?

Dans un clone de bactéries tous les individus proviennent de la division par scissiparité d’une bactérie souche. Ils possèdent donc la même information génétique (Voir le chapitre 1 du thème 1 – A et la réplication de l’ADN).

Mise en évidence de mutations spontanées dans une culture bactérienne. Voir TP

Une culture d’une souche bactérienne sauvage [CanS], sensible à la canavanine (analogue toxique de l'arginine elle entraîne la mort des cellules sauvages), est partagée en deux fractions de même volume. L'une est étalée sur un milieu minimum, l’autre est étalée sur un milieu minimum contenant de la canavanine.

Un milieu minimum est un milieu comportant les éléments chimiques strictement nécessaires à la croissance d'un organisme.

Composition d'un milieu minimum: Une source de carbone et d'énergie, généralement le glucose Du potassium et du phosphore De l'azote et du soufre Du magnésium, du calcium et du fer Des oligo-élements De l'eau distillée.

Formule semi-développée de la canavanine et de l’arginine

Pour être sûr de voir des colonies séparées on va étaler plusieurs dilutions de la suspension cellulaire (Une suspension est diluée d’un facteur 100 (dilution au 1/100) lorsque l’on prend 1 volume de la suspension et qu’on y ajoute 99 volumes d’eau (ViCi=VfCf, V=volume, C=concentration, i pour initial, f pour final).

Résultats obtenus Culture non diluée Culture diluée

Quel est le nombre de cellules présentes dans le milieu sans canavanine et dans le milieu avec canavanine au début de l’expérience ?

Après une dilution de 10-7 il reste 10 colonies. Il y avait donc au départ 10 x 107 = 108 cellules dans les deux milieux au début de l’expérience.

Combien de colonies aurait-on du trouver dans le milieu avec canavanine ?

Cette souche [CanS] étant sensible à la canavanine aucune colonie n’aurait du se développer.

Combien de colonies se sont développées dans le milieu avec canavanine ?

4 colonies de mutants [CanR] se sont développées dans un milieu contenant de la canavanine.

Quelle est la fréquence spontanée d’apparition de mutants [CanR] ?

4 / 108 , c’est une fréquence très faible Les mutations spontanées ont une fréquence d’apparition très faible.

L’expérience étudiée montre que dans un clone de bactéries sensibles à la canavanine [CanS], apparaissent des individus résistants à la canavanine [CanR].

Un caractère différent, la résistance à la canavanine, est apparu spontanément dans cette culture microbienne avec une fréquence faible, ici de 4/108.

Cette modification résulte d’une modification de la séquence de nucléotides de la molécule d’ADN. C’est une mutation. La réplication de l’ADN se fait donc parfois avec des erreurs.

Une mutation est un phénomène spontané, rare et aléatoire.

Les différents types de mutations

Quels sont les différents types de mutations observés sur ce document ?

- Substitution : remplacement d'une ou plusieurs paires de nucléotides par une ou plusieurs autres (C par T en 9 dans betavar ou A par T en 21 dans drepcod).

- Délétion : perte d'une ou plusieurs paires de nucléotides (perte de A en 21 dans tha4cod ).

- Insertion : ajout d'une ou plusieurs paires de nucléotides (ajout de C en 28 dans tha7cod)

Est-ce que des facteurs peuvent favoriser l’apparition de mutations ?

Ii / les agents mutagenes Nous allons étudier l’influence des rayons UV sur la fréquence des mutations.

Une culture d’une souche de bactéries sensibles à la canavanine [CanS], est exposée aux UV. Puis elle est partagée en deux fractions de même volume. L'une est étalée sur un milieu minimum, l’autre est étalée sur un milieu minimum contenant de la canavanine.

Les résultats obtenus

Quel est le nombre de cellules présentes dans le milieu sans canavanine et dans le milieu avec canavanine au début de l’expérience ?

Il y avait au départ 10 x 105 = 106 cellules dans les deux milieux au début de l’expérience.

Combien de bactéries ont survécu dans le milieu avec canavanine ?

102 cellules ont survécu dans le milieu contenant de la canavanine.

Comparer les résultats des deux expériences.

Dans les cultures de bactéries exposées aux rayons UV il n’y a que 106 cellules contre 108 dans les cultures non exposées.

Quelle est l’action des rayons UV sur les bactéries ?

Les rayons UV ont une action létale sur les bactéries.

Quelle est la fréquence d’apparition des mutants [CanR] dans la culture exposée aux rayons UV ?

102 / 106 = 1 / 104

La fréquence d’apparition des mutants est de 1 / 104 pour les cultures avec rayons UV contre 4 / 108 pour les cultures sans UV. Donc les rayons UV ont une action mutagène, ils induisent l’apparition de mutations.

D’autres agents sont mutagènes : Les rayons X Les rayons gamma Le benzopyrène : une cigarette de tabac produit de 18 à 50 ng de benzopyrène Etc.

Quelle est l’action des UV sur l’ADN ?

Iii / action des rayons uv sur l’adn Les rayonnements ultraviolets (UV) sont des rayonnements électromagnétiques dont la longueur d’onde est comprise entre 100 et 400 nm.

Les cycles aromatiques des bases constituant la molécule d’ADN absorbent l’énergie des photons associés à une longueur d’onde comprise entre 230 et 290 nm.  Thymine

L’énergie absorbée au niveau de deux thymines adjacentes fournit l’énergie nécessaire à la formation d’une liaison covalente entre ces deux bases, au détriment des liaisons hydrogène établies entre deux bases complémentaires

Formation de dimère de thymine

Quelle conséquence vont avoir ces dimères de thymine ?

Réplication 1 Mauvais appariement Réplication 2 Mutation instaurée

Lors de la réplication, si l’ADNpolymérase arrive à franchir les dimères de thymine cela entraînera des erreurs d’appariements.

Ces erreurs seront à l’origine de mutations. Certaines mutations provoquées par les rayons UV vont entraîner la cancérisation des cellules, c'est-à-dire une multiplication incontrôlée des cellules.

Que deviennent les molécules d’ADN modifiées ?

Iv / le devenir des molecules d’adn modifiees

Etude d’individu présentant une hypersensibilisation aux rayons UV (Xeroderma pigmentosum). Les individus atteints par cette pathologie sont plus connus sous le terme « Enfants de la Lune »

Une combinaison pour se protéger des rayons UV.

Le Xeroderma pigmentosum est une maladie rare qui touche une personne sur 1 million en France. Elle est caractérisée par l’apparition de taches brunes sur les zones de la peau exposées aux rayons ultra- violets du Soleil.

Cette pigmentation anormale est due à une mortalité cellulaire importante. De plus la maladie multiplie en effet par 1000 le risque de développer un cancer cutané.

Quelle particularité possèdent ces cellules vis-à-vis des rayons UV?

Variation du nombre de dimères de thymine en fonction de la dose d’UV reçue

Interpréter ces résultats.

Pour une même dose de rayons UV le nombre de dimères de thymine est plus élevé chez un individu atteint de Xeroderma pigmentosum que chez un individu sain.

Exposées aux rayons UV le nombre de dimères de thymine est plus élevé. Ces cellules ont une particularité que ne possèdent pas les cellules saines. Exposées aux rayons UV le nombre de dimères de thymine est plus élevé.

Pour tenter de trouver une explication à ces résultats suivons l’évolution d’une population cellulaire après exposition aux rayons UV.

Interpréter ces résultats

Après exposition aux rayons UV les cellules saines possèdent autant de dimères de thymine que les cellules malades.

Mais dès que l’exposition aux rayons UV cesse le nombre de dimères de thymine reste constant dans les cellules malades et diminue dans les cellules saines.

Les dimères de thymine sont donc défaits dans les cellules saines.

Il reste à comprendre comment ?

Une enzyme, la XPf se fixe sur l’ADN au niveau des dimères de thymine et permet leur réparation.

Le gène qui code l'enzyme XPf est porté par le chromosome 16 et possède divers allèles.

Les personnes qui possèdent l'allèle xpf Norm ne sont pas malades alors que celles qui possèdent l'un des allèles xpf1 à xpf6 en double exemplaire sont atteintes de Xeroderma pigmentosum à des degrés divers selon la nature de l'allèle qu'elles portent.

C’est une maladie génétique. C’est une mutation au niveau d’un gène codant pour une enzyme assurant la réparation de l’ADN qui est responsable de cette maladie. C’est une maladie génétique.

Chez les individus sains les dimères de thymine se formant au cours d’une exposition aux UV sont réparés par l’enzyme XPf alors que chez les individus malades une mutation rend cette enzyme non fonctionnelle.