Thème 3.1 Les gènes Idée Essentielle: le tracé de vie de chaque organisme est hérité de ses parents.

Présentation au sujet: "Thème 3.1 Les gènes Idée Essentielle: le tracé de vie de chaque organisme est hérité de ses parents."— Transcription de la présentation:

1 Thème 3.1 Les gènes Idée Essentielle: le tracé de vie de chaque organisme est hérité de ses parents.

2 Nature de la science Les développements en recherche scientifique succèdent aux améliorations en technologie ; les séquenceurs de gènes sont utilisés pour le séquençage des gènes. (1.8) Notions-Clés 3.1 N1 Un gène est un facteur héréditaire qui se compose d’une longueur d’ADN et qui influence une caractéristique spécifique. 3.1 N2 Un gène occupe une position spécifique sur un chromosome. 3.1 N3 Les diverses formes spécifiques d’un gène sont des allèles. 3.1 N4 Les allèles diffèrent entre eux par une base ou de quelques bases seulement.

3 Nature de la science Les développements en recherche scientifique succèdent aux améliorations en technologie ; les séquenceurs de gènes sont utilisés pour le séquençage des gènes. (1.8) Notions-Clés 3.1 N5 De nouveaux allèles sont formes par mutation. Les élèves doivent pouvoir se rappeler d’une substitution de bases spécifique qui provoque le remplacement de l’acide glutamique par la valine en tant que sixième acide aminé dans le polypeptide de l’hémoglobine 3.1 N6 Le génome est l’ensemble des informations génétiques d’un organisme. 3.1 N7 Toute la séquence des bases des gènes humains a été séquencée dans le cadre du projet du génome humain.

4 Nature de la science Les développements en recherche scientifique succèdent aux améliorations en technologie ; les séquenceurs de gènes sont utilisés pour le séquençage des gènes. (1.8) Compétences et Applications 3.1 A1 Les causes de l’anémie à cellules falciformes, y compris une mutation de substitution de bases, un changement de la séquence des bases de l’ARNm transcrite à partir de celle-ci et un changement de la séquence d’un polypeptide dans l’hémoglobine. 3.1 A2 La comparaison du nombre de gènes chez les êtres humains et d’autres espèces. Il faut éviter de parler du nombre de gènes en termes de « taille du génome » car cette expression est réservée à la quantité totale d’ADN. Il convient d’inclure au moins une plante et une bactérie dans la comparaison, et au moins une espèce possédant plus de gènes et une autre possédant moins de gènes que l’être humain. 3.1 C1 l’utilisation d’une base de données pour déterminer les différences dans la séquence des bases d’un gène chez deux espèces. La base de données GenBank® peut être utilisée pour rechercher les séquences des bases de l’ADN. La séquence du gène du cytochrome C est disponible pour de nombreux organismes différents ; elle présente un intérêt particulier car elle sert à reclasser les organismes en trois domaines.

5

6

7 Chromosomes Les chromosomes eucaryotes contiennent de l’ADN linéaire et des protéines. Ils sont renfermés dans le noyau. Les chromosomes procaryotes sont circulaires et n’ont pas de protéines.

8 Vocabulaire Gène: Unité d’information génétique. La séquence d’acides aminés est programmée par le gène. Allèle: Une forme spécifique que peut prendre un gène et se manifeste de façon visible sous forme d’un phénotype. Génome: Ensemble des gènes qui portent les codes génétiques de l’être humain Mutation: Changement dans la séquence de bases d’un gène.

9 Vocabulaire Type Naturel: l’allèle le plus fréquent d’un gène dans une population donnée. Allèle Dominant : Allèles qui ont le même effet soit homozygote ou hétérozygote, contrôle sur l’autre allèle. Allèles Codominant: Paire d’allèles qui affectent tous deux le phénotype lorsqu’il sont présent sous forme hétérozygote. Locus: Position du gène sur le chromosome.

10 Vocabulaire Chromosomes Homologue: Dans une cellule diploïde, chaque paire de chromosomes ayant les mêmes gènes, mais n’ayant pas les mêmes allèles. Génotype: Matériel génétique d’un individu. Phénotype: L’expression physique d’un trait. Homozygote: Deux copies du même allèle. Ex.: AA, aa Hétérozygote: Deux différents allèles. Ex.: Aa

11 Vocabulaire Porteur: Individu qui a une copie d’un allèle récessif.
Test cross: Test d’un inconnu hétérozygote suspect en le croisant avec un homozygote récessif connu

12 Vocabulaire Caryotype: Une représentation ordonnée, visuelle des chromosomes d’une cellule. 5 µm Pair of homologous chromosomes Centromere Sister chromatids

13 Chromosomes, Gènes et Allèles
Locus: Position spécifique d’un gène sur un chromosome Tous les individus de la même espèces portent les mêmes gènes au même locus sur le même chromosome Alors ils sont homologues

14 Quel est le système pour identifier le locus du gène
Le gène TP53 (prévient les tumeurs) se retrouvent à 17p13.1 Marquer le site approximatif avec une flèche

15 Quel est le système pour identifier le locus du gène
Le gène TP53 (prévient les tumeurs) se retrouvent à 17p13.1 Marquer le site approximatif avec une flèche

16 Quel est le système pour identifier le locus du gène
Associer le locus avec les lettres

17 Quel est le système pour identifier le locus du gène

18 Génome: L’information génétique complète d’un organisme
Regarder cette introduction sur le projet du Génome Humain Source:

19 Les chromosomes sont les unités structurelles composées d’Adn et de protéines.
En enroulant l’ADN autour de protéines plusieurs fois, une grande quantité d’information peut être stockée dans le noyau. Tous les membres d’une espèce ont le même nombre de chromosomes – chacun avec les mêmes gènes au même locus. Le nombre de chromosomes varient entre espèces.

20 Info additionnelle sur les chromosomes et l’enroulement de l’ADN
Comment pouvons-nous prendre un brin d’ADN de 2m pour le mettre dans le noyau

21

22 Changement permanent du matériel génétique
Mutations Changement permanent du matériel génétique Mutation de cellules germinales Mutation de cellules somatiques

23 Types de mutation Une mutation peut être :
Chromosomique = altération d'un chromosome complet Ponctuelle = anomalie dans la séquence des nucléotides Substitution de nucléotides Insertion ou suppressions de nucléotides

24 Mutation Ponctuelle Substitution de nucléotides: Effet mineur
Si aucun effet sur le métabolisme – Mutation silencieuse. Si changement protéiniques – Mutation à contre-sens (peuvent être bénéfiques) Si empêche le codage fonctionnel – Mutation non-sens

25 Drosophile

26 Mutation - Substitution de base
Une base est substituée par une autre. Ceci peut résulter dans le changement d’un acide aminé dans le polypeptide Quels sont les effets des substitutions de bases? Ceci est une mutation silencieuse: Le changement de la séquence de base n’a aucun effet sur l’acide aminé produit.

27 Mutation - Substitution de base
Quels sont les effets des substitutions de bases?

28 Mutation - Substitution de base
Quels sont les effets des substitutions de bases? Ceci est une mutation contre-sens: Le changement de la séquence de base a causé la création d’un acide aminé différent (ex. globules en faucilles). Ceci est une mutation non-sens: Le changement de la séquence de base a causé la création d’un codon de terminaison, et le polypeptide est plus court (ex. fibrose cystique).

29 Mutation Le changement le plus petit est celui lorsqu’une bases est remplacée par une autre. Ce type de mutation est une substitution de base. La conséquence peut être très significative. Plusieurs mutations de gène causent une maladie génétique. Une exemple est l’anémie falciforme.

30 Mutation Ponctuelle: Anémie falciforme
Dans l’ADN, le gabarit du brin mutant a une base A au lieu d’un T comme dans le brin naturel. L’ARNm mutant a un U au lieu d’un A dans un codon. L’hémoglobine mutante (Falciforme) a de la valine (Val) au lieu de l’acide glutamique (Glu). ADN – Hémoglobine Mutante ADN - Hémoglobine naturelle ARNm Hémoglobine normale Hémoglobine – Anémie falciforme Glu Val C T A G U 3 5

31 Anémie Falciforme ADN normal (CTC)
G - A - G code pour l’acide glutamique ADN falciforme (CAT) G - T - G code pour la valine

32 Anémie Falciforme

33

34

35

36

37

38 Comparant l’acide glutamique et la valine?
Quelles différences dans les propriétés peut-on déduire par la structure? Comment ceci peut changer la forme et structure de la protéine?

39 Comparant l’acide glutamique et la valine?

40 Échiquier de Punnett Un test-cross entre un hétérozygote et un homozygote récessif.

41

42

43

44

45 Mutation Ponctuelle Insertions ou suppressions de nucléotides:
Mutation par décalage Peut être – Mutation à contre-sens (peuvent être bénéfiques) Normalement– Mutation non-sens Comme nous le verrons, l'ordre d'enchaînement des nucléotides constitue un message, une information permettant à la cellule d'assembler dans le bon ordre les acides aminés de ses protéines. Et c'est la sorte de protéine que fabrique un être vivant qui détermine ses caractéristiques physiques. À chaque fois qu'une cellule se divise en deux cellules, l'information doit être reproduite intégralement de façon à ce que chacune des deux cellules obtenues détienne l'ensemble de l'information qui était dans la cellule de départ. L'ADN n'est pas une molécule d'une stabilité à toute épreuve. Des modifications accidentelles peuvent modifier le message. Un nucléotide, par exemple, peut être remplacé par un autre ce qui modifie le message. Ce sont ces modifications qui permettent l'évolution. Sans elles, l'évolution ne serait pas possible. Le message contenu dans l'ADN doit pouvoir être "lu" par la cellule. Ce n'est pas tout de détenir de l'information, mais encore, cette information doit pouvoir être utilisée, elle doit pouvoir être traduite en quelque chose de concret, en protéines dans le cas de l'ADN.

46 Insertion de délétion de paire de base
Mutation par décalage ARNm Protéine Naturel A U G C 5 Met Lys Phe Gly Extrémité Amine Extrémité Carboxyle Stop Insertion de délétion de paire de base Le décalage cause un Non-Sens immédiat Leu Ala Manquant Extra U Le décalage cause une mutation contre-sens majeure L’insertion ou la délétion de 3 nucléotides: Aucun décalage mais un acide aminé en extra ou manquant 3

47 Causes des mutations Spontanées
Induites (Mutagènes – substance ou évènement) Physique (rayons X ou Gamma, ou UV) Chimique (associé au ? – nitrites, benzènes, essences) Question: Peut-on avoir plusieurs mutations en même temps? Comme nous le verrons, l'ordre d'enchaînement des nucléotides constitue un message, une information permettant à la cellule d'assembler dans le bon ordre les acides aminés de ses protéines. Et c'est la sorte de protéine que fabrique un être vivant qui détermine ses caractéristiques physiques. À chaque fois qu'une cellule se divise en deux cellules, l'information doit être reproduite intégralement de façon à ce que chacune des deux cellules obtenues détienne l'ensemble de l'information qui était dans la cellule de départ. L'ADN n'est pas une molécule d'une stabilité à toute épreuve. Des modifications accidentelles peuvent modifier le message. Un nucléotide, par exemple, peut être remplacé par un autre ce qui modifie le message. Ce sont ces modifications qui permettent l'évolution. Sans elles, l'évolution ne serait pas possible. Le message contenu dans l'ADN doit pouvoir être "lu" par la cellule. Ce n'est pas tout de détenir de l'information, mais encore, cette information doit pouvoir être utilisée, elle doit pouvoir être traduite en quelque chose de concret, en protéines dans le cas de l'ADN.

48 La réparation des mutations
Processus Directe de l’ADN Par excision- resynthèse Reconnaissance d’une base ou déformation par enzyme Coupure du fragment endommagé ADN polymérase synthétise un nouveau fragment ADN Ligase fixe le nouveau fragment Par recombinaison

49 Mutation de gènes Une mutation est un changement permanent dans la séquence des bases de l’ADN Il est peu probable qu’elle vous donnera le pouvoir de contrôler le climat, lire les pensées, voler, souffler du feu, d’envoyer des lasers de vos yeux ou de guérir des blessures mortelles Cependant, ce sont les effets cumulatifs de millions de mutations et la sélection naturelle qui a permis aux organismes d’évolués de nos ancêtres primitifs Pas toutes les mutations causent les maladies (mais certaines le font) Même si la réplication de l’ADN est protégée par la complémentarité es bases, des erreurs peuvent se produire. Ceci est évident suite à l’exposition à des mutagènes, comme la radiation ou certains produits chimiques. La mutation peut forcer le gène à être exprimé de la mauvaise façon – une maladie génétique.

50 La Malaria et l’Anémie falciforme
La Malaria est une maladie parasitique causée par la cellule Plasmodium. Elle est transporté par le moustique Anopheles, et envahit les cellules de globules rouges normaux. Le plasmodium envahit les globules rouges ce qui cause leur bri (Lyse). Les symptômes courants sont la fièvre, le grelottement, les vomissements et l’anémie. La mort est fréquente, souvent dû à l’insuffisance rénale ou une anémie sévère. La malaria ne peut pas infecter les cellules falciformes, donc les personnes ayant ce trait sont résistant à la maladie. Par conséquent, l’anémie falciforme est plus prévalent dans les endroits où la malaria est endémique

51 L’évolution de l’Anémie falciforme
Les changements cumulatifs des traits héritables d’une population Comment l’anémie falciforme peut-être un exemple de la sélection naturelle chez les humains suite à une seule mutation Ceci est graduel – sur plusieurs générations La Sélection naturelle a lieu lorsqu’il y a une variation au sein de l’espèce (suite à une mutation). Si les individus bénéficient de la mutation, ils auront un avantage reproductif, donc transmettront la mutation.

52 Hériter une mutation Essayez cette activité pour voir comment es cellules falciformes sont héritées et comment les chercheurs utilisent des marqueurs génétiques pour suivre les modèles d’hérédité

53 Le traitement de l’Anémie falciforme avec les cellules souches
Grâce aux découvertes récentes sur la reprogrammation cellulaires de cellules souches, les gènes défectueux peuvent être réparés et remplacés. Des rétrovirus sont utilisés pour insérer le gène réparé dans les cellules de souris, qui sont alors réinsérer dans les souris, et commence à produire des globules rouges normaux..

54