SVT1reTransmission, variation et expression du patrimoine genetiqueExercices + corrigé
Mutations de l'ADN — Exercices
Identifier, analyser et interpréter des mutations. Corrigé en fin de fiche.
1Identifier le type de mutation/ 4 pts
Pour chaque paire de séquences du brin codant (5'→3'), identifiez le type de mutation (substitution, insertion ou délétion) et précisez la position du nucléotide concerné.
- Normale : 5'-ATGCTTGAA-3' / Mutée : 5'-ATGTTTGAA-3'
- Normale : 5'-ATGCTTGAA-3' / Mutée : 5'-ATGCTTGAAA-3'
- Normale : 5'-ATGCTTGAA-3' / Mutée : 5'-ATGCTTGA-3'
- Normale : 5'-ATGCTTGAA-3' / Mutée : 5'-ATGCTTAAA-3'
2Effet d'une substitution sur la protéine/ 5 pts
On donne la séquence du brin matrice (3'→5') d'un gène dans sa version normale et mutée :
- Normale : TAC-CTT-CAC-GAA
- Mutée : TAC-CTT-CAC-GAT
La table du code génétique est fournie. Codons utiles : AUG = Met ; GAA = Glu ; GUG = Val ; CUU = Leu ; CUA = Leu.
- Écrivez la séquence d'ARNm (5'→3') correspondant à chaque version.
- Donnez la séquence d'acides aminés pour chaque version.
- Qualifiez cette mutation (silencieuse, faux-sens ou non-sens) et justifiez.
- Cette mutation est détectée dans un spermatocyte. Quelle conséquence peut-elle avoir sur la descendance ?
3Délétion et décalage du cadre de lecture/ 5 pts
On considère la séquence d'ARNm issue d'un gène normal :
5'-AUG-CGU-AAC-UGG-UAA-3'
Une délétion supprime le nucléotide en position 4 (le C de CGU).
Codons utiles : AUG = Met ; CGU = Arg ; AAC = Asn ; UGG = Trp ; UAA = Stop ; GUA = Val ; ACU = Thr ; GGU = Gly.
- Écrivez la séquence d'ARNm mutée (14 nucléotides).
- Découpez cette nouvelle séquence en codons (à partir d'AUG) et donnez la séquence d'acides aminés obtenue.
- Comparez la longueur et la composition de la protéine normale et de la protéine mutée. Concluez sur sa fonctionnalité probable.
4Mutagènes et réparation de l'ADN/ 3 pts
Répondez aux questions suivantes en vous appuyant sur vos connaissances.
- Citez deux mutagènes physiques et expliquez brièvement leur action sur l'ADN.
- Le taux de mutations spontanées est très faible (~10⁻⁹ par paire de bases par réplication). Quel mécanisme cellulaire explique cette faible fréquence ?
- Des mutations induites par UV sont détectées dans des kératinocytes (cellules de la peau). Pourquoi ne seront-elles pas transmises aux enfants de cet individu ?
5Mucoviscidose — problème de synthèse/ 8 pts
La mucoviscidose est causée par des mutations du gène CFTR ; plus de 2 000 allèles mutés ont été répertoriés. La mutation la plus fréquente, ΔF508, est une délétion de 3 nucléotides consécutifs entraînant la perte d'une phénylalanine (Phe) en position 508 de la protéine CFTR.
- Expliquez pourquoi la maladie peut se manifester de façon variable selon les individus atteints.
- La délétion ΔF508 porte sur 3 nucléotides consécutifs. Contrairement à une délétion d'un seul nucléotide, elle ne provoque pas de décalage du cadre de lecture. Expliquez pourquoi.
- Ces mutations constituent-elles une source de variabilité génétique ? Précisez à quelle condition elles sont transmissibles à la descendance.
- En quoi la diversité des allèles du gène CFTR illustre-t-elle le rôle des mutations dans l'évolution des populations ?
Corrigé détaillé
1Identifier le type de mutation
a) \(\text{ATGCTTGAA} \rightarrow \text{ATG}\underline{T}\text{TTGAA} : \text{position 4, C remplacé par T.}\) \(\text{Substitution en position 4 (C} \rightarrow \text{T).}\)
b) \(\text{ATGCTTGAA (9 nt)} \rightarrow \text{ATGCTTGAA}\underline{A}\text{ (10 nt) : ajout d'un A en position 10.}\) \(\text{Insertion d'un nucléotide A en position 10.}\)
c) \(\text{ATGCTTGAA (9 nt)} \rightarrow \text{ATGCTTG}\underline{A}\text{ (8 nt) : suppression du A en position 9.}\) \(\text{Délétion du nucléotide A en position 9.}\)
d) \(\text{ATGCTT}\underline{G}\text{AA} \rightarrow \text{ATGCTT}\underline{A}\text{AA} : \text{position 7, G remplacé par A.}\) \(\text{Substitution en position 7 (G} \rightarrow \text{A).}\)
2Effet d'une substitution sur la protéine
a) \(\text{TAC→AUG ; CTT→GAA ; CAC→GUG ; GAA→CUU (normal) ; GAT→CUA (muté).}\) \(\text{ARNm normal : AUG-GAA-GUG-CUU ; ARNm muté : AUG-GAA-GUG-CUA.}\)
b) \(\text{Normal : AUG=Met, GAA=Glu, GUG=Val, CUU=Leu → Met-Glu-Val-Leu.}\;\text{ Muté : CUA=Leu → Met-Glu-Val-Leu.}\) \(\text{Les deux séquences protéiques sont identiques : Met-Glu-Val-Leu.}\)
c) \(\text{Le codon change (CUU→CUA) mais code le même acide aminé (Leu) : la protéine est inchangée.}\) \(\text{Mutation silencieuse (synonyme) : aucune modification de la protéine.}\)
d) \(\text{Un spermatocyte est une cellule germinale ; ses mutations peuvent être transmises via les gamètes lors de la fécondation.}\) \(\text{La mutation peut être héritée par la descendance et constitue un nouvel allèle du gène.}\)
3Délétion et décalage du cadre de lecture
a) \(\text{Séquence normale (15 nt) : A-U-G-C-G-U-A-A-C-U-G-G-U-A-A. Suppression du 4}^{\text{e}}\text{ nt (C).}\) \(\text{ARNm muté (14 nt) : 5'-A-U-G-G-U-A-A-C-U-G-G-U-A-A-3'}\)
b) \(\text{Codons : AUG | GUA | ACU | GGU | AA (incomplet, pas de codon stop).}\; \text{AUG=Met ; GUA=Val ; ACU=Thr ; GGU=Gly.}\) \(\text{Séquence d'acides aminés : Met-Val-Thr-Gly (pas de codon stop dans les 14 nt restants).}\)
c) \(\text{Normale : Met-Arg-Asn-Trp + stop (4 aa). Mutée : Met-Val-Thr-Gly, séquence totalement différente dès le 2}^{\text{e}}\text{ codon, sans codon stop.}\) \(\text{La protéine mutée a une séquence radicalement différente et est dépourvue de codon stop : elle est non fonctionnelle. C'est l'effet du décalage du cadre de lecture (frameshift).}\)
4Mutagènes et réparation de l'ADN
a) \(\text{UV : forment des dimères de thymine (liaison covalente entre deux T adjacents) qui bloquent la réplication. Rayons X : induisent des cassures double brin de l'ADN.}\) \(\text{UV → dimères de thymine ; rayons X → cassures double brin.}\)
b) \(\text{Les ADN polymérases possèdent une activité exonucléasique 3'→5' (relecture immédiate). Des systèmes de réparation enzymatique (excision de nucléotides, correction des mésappariements) corrigent les erreurs résiduelles après la réplication.}\) \(\text{Activité correctrice des ADN polymérases et systèmes enzymatiques de réparation de l'ADN.}\)
c) \(\text{Les kératinocytes sont des cellules somatiques, non impliquées dans la production de gamètes. Seules les mutations présentes dans les cellules germinales peuvent être transmises lors de la fécondation.}\) \(\text{Mutation somatique : absente des gamètes, donc non transmissible à la descendance.}\)
5Mucoviscidose — problème de synthèse
a) \(\text{Le gène CFTR possède plus de 2 000 allèles mutés différents. Selon l'allèle porté, la protéine CFTR est plus ou moins altérée (absente, mal repliée, peu fonctionnelle), entraînant des degrés variables d'atteinte clinique.}\) \(\text{La diversité des allèles mutés du gène CFTR produit des protéines inégalement altérées, ce qui explique la variabilité clinique de la maladie.}\)
b) \(\text{Un codon est composé de 3 nucléotides. Supprimer 3 nucléotides consécutifs (= un codon entier) retire un multiple de 3 : le cadre de lecture des codons en aval n'est pas décalé.}\) \(\text{ΔF508 supprime exactement un codon entier (3 nt) : pas de frameshift, seule la Phe en position 508 est absente de la protéine.}\)
c) \(\text{Chaque mutation du gène CFTR crée un nouvel allèle. Pour être transmissible, cet allèle doit être présent dans les cellules germinales afin d'être porté par un gamète lors de la fécondation.}\) \(\text{Oui : chaque mutation est un nouvel allèle ; elle est transmissible à la descendance uniquement si elle affecte les cellules germinales.}\)
d) \(\text{Les mutations s'accumulent au fil des générations et diversifient le pool allélique d'une population. La sélection naturelle agit sur cette diversité : certains allèles sont éliminés, d'autres maintenus ou favorisés selon le milieu, orientant ainsi l'évolution.}\) \(\text{Les mutations sont la source première de nouveaux allèles : elles constituent la matière première de l'évolution par sélection naturelle.}\)