4.5 – Les mutations

1. 4.5 – Les mutations SBI 4U Dominic Décoeur

2. De l’ADN à la protéine • Entrez une séquence et voyez la protéine codée. De plus, observez l’effet d’ajouter ou d’enlever une base azotée. http://library.thinkquest.org/3564/dna2protein.html

3. Introduction • Les mutations sont des changements permanents dans le matériel génétique. • Seuls les changements qui affectent l’information génétique contenue dans les cellules reproductrices d’un organisme, appelés mutations des cellules germinales, se transmettront. • Dans ce cas, l'embryon sera porteur de la mutation, alors qu'aucun des parents ne la possédait dans son patrimoine génétique. Ce type de mutation survient lors de la formation ou de la vie des gamètes d'un des deux parents (ovule ou spermatozoïde).

4. Introduction Les mutations qui se produisent dans les autres cellules d’un organisme pendant la durée de sa vie sont des mutations des cellules somatiques. Les générations futures n’héritent pas de mutations somatiques.

5. Types de mutations • Une mutation peut être : • Ponctuelle = anomalie dans la séquence des nucléotides • Chromosomique = altération d’un chromosome complet • Il existe 2 types de mutations ponctuelles : • Substitution de nucléotides • Décalage des nucléotides

6. Substitution de nucléotides • Un nucléotide qui est remplacé par un autre et qui n’a pas d’effet sur le métabolisme cellulaire est une mutation silencieuse. • Les effets sont en général mineurs car on ne change qu’un nucléotide mais l’acide aminé reste identique. • La protéine demeure fonctionnelle.

7. GUU – CAU – UUG – ACU – CCC – GAA – GAA val his leu thr pro glu glu La séquence codante normale, avec les codons dans la rangée supérieure et les acides aminés correspondants au-dessous. GUU – CAU – UUG – ACC – CCC – GAA – GAA val his leu thr pro glu glu Cette mutation est silencieuse car le changement apporté à la séquence nucléotidique n’a pas d’effet sur le produit polypeptidique

8. Substitution de nucléotides • Une substitution peut amener la formation d’un produit protéinique légèrement transformé mais toujours fonctionnel. • Les mutations qui donnent ces protéines modifiées s’appellent mutations à contresens. • Cependant, ce genre de mutation peut amener un mauvais fonctionnement de la protéine.

9. Animation • La substitution de nucléotides (complexe) http://highered.mcgraw-hill.com/sites/0072556781/student_view0/chapter11/animation_quiz_3.html

10. GUU – CAU – UUG – ACU – CCC – GAA – GAA val his leu thr pro glu glu GUU – CAU – UUG – ACU – CCC – GUA – GAA val his leu thr pro val glu Il s’agit d’une mutation à contresens, car elle entraîne l’insertion dans la chaîne polypeptidique de l’acide aminé de la valine à la place du glutamate.

11. Anémie falciforme= maladie génétique caractérisée par une hémoglobine anormale. Anomalie dans la chaîne ß de l'hémoglobine : 6e acide aminé = VAL alors qu'il devrait être GLU

12. CAC code pour VAL CTC code pour GLU

14. Quels codons codent pour VAL ? GUU GUG GUC GUA Quels codons codent pour GLU ? GAA GAG Quelle mutation peut avoir changer Glu par Val? GAA (CTT dans l’ADN) peut avoir été remplacé par GUA (CAT dans l’ADN) OU GAG (CTC dans l’ADN) peut avoir été remplacé par GUG (CAC dans l’ADN)

15. Lecture • Anémie falciforme http://sante.canoe.com/condition_info_details.asp?disease_id=281

16. Substitution de nucléotides • Les effets sont encore plus graves si la mutation est non-sens. • Ceci se produit quand un changement de la séquence codante d’un gène efface un signal initiateur ou elle insère un signal de terminaison. • Le polypeptide devient ainsi non fonctionnel.

17. GUU – CAU – UUG – ACU – CCC – GAA – GAA val his leu thr pro glu glu GUU – CAU – UAG val his stop Cette substitution entraîne une mutation non-sens en changeant le codon pour l’acide aminé de la leucine pour un codon de terminaison prématuré. Ce gène ne produira pas de polypeptide fonctionnel.

18. Décalage des nucléotides • Il y a insertion ou suppression d’un ou deux nucléotides. Ceci modifie toute la séquence des codons. • Les effets sont plus graves car cela amène souvent une mutation non-sens, ce qui empêche le gène de coder un produit polypeptidique fonctionnel. • L’insertion ou la suppression de nucléotides modifient l’ensemble du cadre de lecture du gène.

19. GUU – CAU – UUG – ACU – CCC – GAA – GAA val his leu thr pro glu glu La séquence codante normale, avec les codons dans la rangée supérieure et les acides aminés correspondants au-dessous. GUU – CAU – GUU – GAC – UCC – CGA – AGA A val his val ala ser arg arg L’insertion d’un seul nucléotide, dans ce cas la guanine, entraîne une mutation par décalage de la séquence.

20. GUU – CAU – UUG – ACU – CCC – GAA – GAA val his leu thr pro glu glu La séquence codante normale, avec les codons dans la rangée supérieure et les acides aminés correspondants au-dessous. A GUU – CAU – UUG – CUC – CCG – AAG – AA val his leu leu pro lys La suppression d’un seul nucléotide, dans ce cas l’adénine, entraîne aussi une mutation par décalage de séquence.

21. Animations • Le décalage des nucléotides http://highered.mcgraw-hill.com/sites/0072556781/student_view0/chapter11/animation_quiz_4.html http://www.biostudio.com/d_%20Streisinger%20Model%20of%20Mutation.htm

22. Mutations chromosomiques • Les mutations chromosomiques amènent des changements dans la structure ou le nombre de chromosomes. • Elles affectent plusieurs gènes ou même plusieurs chromosomes. • L’enjambement en méiose et la mauvaise réplication de l’ADN sont des exemples de ce genre de mutation. • En général, les effets sont plus graves que les deux autres types de mutations. Elle peut amener de graves problèmes (p.ex., la trisomie 21).

23. L’enjambement La formation de tétrade, l’enjambement et la recombinaison génétique.

24. Modification du nombre de chromosomes On parle de non-disjonction lorsque les chromosomes homologues ne se séparent pas pendant la méiose I ou que les chromatides sœurs ne se séparent pas pendant la méiose II. Cela a pour conséquence de produire des gamètes anormaux.  S’il y a union entre un gamète anormal et un gamète normal, cela produit un nombre anormal de chromosomes (appelé aneuploïdie) qui se reproduisent ensuite dans l’embryon par mitose. Si l’organisme survit, il souffrira d’une maladie (ex : trisomie 21 ou syndrome de Down) causée par un chromosome de plus ou à l’absence d’un chromosome.

25. Recombinaison des gènes liés ou enjambement Un deuxième type de recombinaison génétique concerne les gènes liés qui sont des gènes qui se trouvent sur le même chromosome et qui restent liés ensemble lors de la méiose et de la fécondation.  Il arrive parfois qu’il y a recombinaison entre les allèles que l’on ne retrouve pas chez les parents, cela étant causé lorsqu’il y a un bris entre les liaisons existant entre deux gènes pendant l’échange de segments de chromosomes homologues.  L’enjambement se produit pendant la prophase 1 (méiose) et est une recombinaison des chromosomes (ils contiennent des gènes provenant des deux chromosomes parents).

26. Lecture Trisomie 21 http://sante.canoe.com/condition_info_details.asp?disease_id=44

27. Les causes • Toutes les cellules subissent des mutations spontanées. Elles arrivent de façon naturelle dans le métabolisme de la cellule. • À l’origine de ces mutations, on note le mauvais appariement de bases par l’ADN polymérase pendant le processus de réplication de l’ADN. • Certains facteurs peuvent augmenter le nombre de mutations. On appelle ces facteurs des mutagènes et ils amènent une mutation induite. • Lorsqu’on dit qu’elle est induite, on veut dire que les mutations sont dues à des agents extérieurs de la cellule.

28. Les causes • Mutagène physique : • Déchire la double hélice d’ADN et cause des changements dans la séquence des nucléotides (p.ex., rayonnement UV et X). Il faut noter que la peau claire est plus dangereuse que la peau foncée puisque la mélanine agit comme protection pour celui-ci. • Mutagène chimique : • Pénètre dans le noyau de la cellule pour réagir chimiquement (car compatible avec les bases azotées) avec l’ADN. (solvants, benzène, fumée de cigarette)

29. Lecture • Les cancers : mythes et réalités (p. 322)

30. Devoirs • Labo réflexion p. 291 (1, 2, 3) • p. 292 (1a, 1b, 2, 6, 8) • p. 319 (1, 2, 3, 5)

31. Informations intéressantes • Test d’Ames : permet de détecter (à l’aide de bactérie) si une substance est mutagène. • Les mutagènes chimiques sont souvent cancérogènes. • Cancer → peut-être associé à une série cumulative de mutations (+ vieux + de cancer???) • Heureusement, il y a plusieurs enzymes dans tes cellules qui s’occupent de réparer les dommages des mutations sur ton ADN.

32. La super machine à mutation • Encodez votre nom en tant qu’ADN, puis laissez libre cours aux mutations http://www.nature.ca/genome/04/041/041_f.cfm