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Conférence 23 : Mutants et Mutations - Biologie


Conférence 23 : Mutants et mutations

Prenez des tubes à essai remplis de milieux de croissance. Le milieu de croissance doit contenir du glucose et du lactose (disaccharide) Mesurer le nombre de cellules. On observe ici une phase de latence, une phase exponentielle, une phase d'aplatissement, puis d'un coup une phase exponentielle à nouveau, puis un plateau. Cette croissance en deux phases est appelée Diauxie.

Au premier cycle de croissance exponentiel, ils mangent du glucose, puis au 2ème, ils mangent du lactose.

Pourquoi le glucose est-il utilisé en premier lorsque la phosphorylation oxydative du lactose produit plus d'énergie ? Le glucose est comme conduire une corvette (plus rapide), la phosphorylation oxydative est comme conduire une Prius.

Noter: La β-galactosidase est induite si le lactose est présent et le glucose est absent. Il catalyse l'hydrolyse des -galactosides en monosaccharides

Principe d'incertitude dans la régulation des gènes :

Le lactose est un inducteur (induit la bêta-galactosidase) et un substrat (composant qui se joint à une enzyme) de l'enzyme qu'il induit (qui le détruit). Les Solution est l'utilisation d'un inducteur qui n'est pas un substrat, à savoir : l'isopropyl thiogalactoside (Inducteur mais pas un substrat)

-galactosidase n'est pas dans la cellule avant que le glucose ne soit épuisé. Il vient après. Nous devons trouver des mutants défectueux en l'absence de tout inducteur. Nous utilisons une plaque de pétri qui a un substrat chromogène Xgal et une source de carbone non inductrice-glycérol (aucun glucose n'est utilisé). Nous recherchons les mutants régulateurs qui fabriquent la B-galactosidase. Celui-ci a deux composants, lacI-(aucun inducteur nécessaire) et lacO^c. I- est récessif, O^c est dominant.

b-G sur glycérol b-galactosidase sur dans lactose

Génotype 1 : I+ O+ Z+ Y+ Pas d'inducteur Activé (sauvage e coli)

Génotype3 : i -, i+ Off (donc i- est récessif) On

Génotype 4 : I+, I+, Oc, O+ On On

O^c est dominant cis. une mutation dont le phénotype dominant n'affecte que les gènes de la même molécule d'ADN que lui. Les mutations dominantes cis révèlent des sites auxquels les protéines régulatrices se lient.

Note : Il entre dans un petit détail sur les répresseurs. Je n'y ai pas vraiment prêté attention, il y avait trop de profondeur inutile pour entrer dans des notes détaillées ici.

UNE répresseur est une protéine de liaison à l'ADN qui régule l'expression des gènes en se liant à l'opérateur et en bloquant la fixation de l'ARN polymérase au promoteur, empêchant la transcription des gènes. C'est la répression. Ils se fixent ensuite à un segment d'ADN connu sous le nom de opérateur, en se liant au opérateur, ils empêchent l'ARN polymérase de créer de l'ARNm.

La couverture, c'est lorsqu'un organisme (e coli) dépense de l'énergie pour transcrire occasionnellement la perminase et -galactosidase se prémunir contre le manque de glucose et trouver du lactose dans son environnement.


Notes rapides sur la mutation génétique

Voici une compilation de notes sur la mutation génétique. Après avoir lu ces notes, vous découvrirez : 1. Introduction à la mutation génique 2. Origine de la mutation génétique 3. Effets 4. Direction 5. Types 6. Induction 7. Base moléculaire 8. Détection 9. Importance.

  1. Notes sur l'introduction à la mutation génique
  2. Notes sur l'origine de la mutation génétique
  3. Notes sur les effets sur la mutation génétique
  4. Notes sur la direction de la mutation génique
  5. Notes sur les types de mutation génique
  6. Notes sur l'induction de la mutation génique
  7. Notes sur la base moléculaire de la mutation génique
  8. Notes sur la détection de la mutation génique
  9. Notes sur l'importance de la mutation génique

Remarque # 1. Introduction à la mutation génique :

L'héritage est basé sur des gènes qui sont fidèlement transmis des parents aux descendants pendant la reproduction. Différents mécanismes ont évolué pour faciliter la transmission fidèle du matériel génétique (information) de génération en génération. Néanmoins, des « erreurs » ou des changements dans le matériel génétique se produisent. Ces changements soudains et héréditaires du matériel génétique sont appelés mutations.

Hugo de Vries a utilisé le terme « mutation » pour décrire les changements phénotypiques héréditaires. Le terme « mutation » fait référence à la fois au changement dans le matériel génétique et au processus par lequel le changement se produit.

Un organisme présentant un nouveau phénotype en raison de la présence d'une mutation est appelé mutant. Cependant, le terme mutation est souvent utilisé dans un sens assez strict pour couvrir uniquement les changements qui modifient la structure chimique du gène au niveau moléculaire.

Celles-ci sont communément appelées mutations génétiques ou mutations ponctuelles. Un gène qui représente un segment particulier d'ADN avec une séquence de bases caractéristique transcrit l'ARNm avec une séquence de code particulière, le codon est un triplet à traduire en protéine de séquence d'acides aminés définie. La mutation implique le changement de la séquence de bases de l'ADN qui se reflète dans la séquence d'acides aminés de la protéine via l'ARN.

Remarque # 2. Origine de la mutation génétique :

A. Mutation spontanée — la mutation se produit pendant les activités cellulaires normales, principalement la réplication et la réparation de l'ADN.

B. Mutation induite — la mutation survient à la suite d'un traitement avec un agent mutagène ou le taux de mutation dans l'environnement est généralement plus élevé que les niveaux de fond.

je. Rayonnements ionisants — Les rayons α, , y ou X entraînent généralement des suppressions ou des insertions d'ADN.

ii. Rayonnement non ionisant - La lumière UV provoque la liaison des thymines adjacentes sur un brin d'ADN (dimère de thymine), ce qui entraîne une structure qui doit être réparée pour que la réplication de l'ADN se déroule. Une réparation inefficace peut entraîner des mutations ponctuelles.

iii. Produits chimiques — substances chimiques qui interagissent avec l'ADN pour créer des changements de base.

(a) Analogues de base - produits chimiques qui sont structurellement similaires aux bases de l'ADN, mais peuvent avoir des propriétés d'appariement de bases différentes. Le bromouracil (BU) est structurellement similaire à la thymine et sera donc incorporé dans un brin d'ADN en croissance à la place de T, mais en raison de propriétés, il s'apparie plus fréquemment avec G qu'avec A. L'effet mutagène est principalement dû à un appariement incorrect des bases avec G, conduisant à des transitions GC-AT.

(b) Modificateurs de base - produits chimiques qui modifient une base spécifique en changeant sa capacité à s'apparier correctement, par exemple, la désamination de la cytosine crée une base d'uracile qui s'apparie avec un A au lieu du G précédemment désigné par le C d'origine, ou des agents alkyshylatants qui ajoutent un groupe méthyle provoquant un mauvais appariement de la guanine avec la thymine.

(c) Agents d'intercalation — produits chimiques qui s'insèrent dans l'hélice d'ADN causant des problèmes de réplication et de transcription de l'ADN entraînent généralement des délétions ou des insertions.

C. Mutations mutatrices — mutations qui influencent la mutabilité d'autres gènes.

je. Mutateurs spécifiques - limités à un locus.

ii. Mutateurs non spécifiques - l'effet n'est pas spécifique à un locus, ces mutations sont génétiquement présentes dans les gènes qui contrôlent la réparation de l'ADN.

Remarque # 3. Effets sur la mutation génétique :

je. Effet sur les protéines (codons) :

A. Mutation silencieuse — modification d'un codon (généralement en troisième position) qui ne modifie pas l'acide aminé codé.

B. Mutation non-sens — le changement d'un codon d'une spécificité d'acide aminé à un codon d'arrêt entraîne une terminaison prématurée de la chaîne d'acides aminés pendant la traduction.

C. Mutation faux-sens — une modification d'un codon qui modifie la spécificité d'un acide aminé différent modifie la séquence primaire de la chaîne polypeptidique et modifie la fonction de la protéine.

D. Mutation neutre - changement dans le codon tel qu'un acide aminé différent est spécifié de quelle manière, le nouvel acide aminé se comporte de manière similaire à l'original (par exemple, a un groupe fonctionnel similaire) et n'altère pas la fonction de la protéine.

E. Mutation par décalage du cadre de lecture - un décalage du cadre de lecture provoqué par une suppression ou une insertion d'un ou de quelques nucléotides crée de nombreux codons faux-sens et non-sens en aval de l'événement mutationnel.

ii. Effet sur la fonction des gènes :

A. Mutation perte de fonction - une mutation qui entraîne un manque de fonction génique, cela peut résulter d'un certain nombre de différents types de mutations et est de nature récessive.

B. Mutation de gain de fonction - une mutation qui entraîne une fonction génique nouvelle ou différente qui peut résulter d'un certain nombre de types différents de mutations et est de nature dominante.

iii. Effet sur l'ADN :

A. Mutations structurelles — changements dans la teneur en nucléotides du gène.

1. Mutations de substitution de base - substitution d'un nucléotide par un autre.

(a) Les mutations de transition substituent une purine à une autre purine ou une pyrimidine à une autre pyrimidine.

(b) Les mutations de transversion substituent une purine à une pyrimidine ou vice versa.

2. Mutations de délétion — perte d'une partie de l'ADN.

3. Mutations d'insertion — ajout d'un ou plusieurs nucléotides supplémentaires.

B. Réarrangements chromosomiques — changer l'emplacement d'un morceau d'ADN dans le génome peut entraîner d'importants changements structurels (translocations ou inversions) dans les gènes ou peut modifier l'expression d'un gène en le plaçant sous le contrôle d'un promoteur différent (appelé un “effet de position”).

1. Translocations - mouvement de l'ADN vers un chromosome non homologue, un échange se produit généralement entre deux chromosomes non homologues.

2. Inversions - mouvement de l'ADN au sein du même chromosome une rotation de 180 ° ou « flip » 8221.

iv. Ampleur de l'effet phénotypique :

A. Changement du taux de mutation — les allèles mutent à des taux différents, certains peuvent être distingués en fonction de leur taux de mutation.

B. Isoallèles — produisent des phénotypes identiques dans des combinaisons homozygotes ou hétérozygotes les uns avec les autres, mais se distinguent lorsqu'ils sont combinés avec d'autres allèles.

C. Mutants affectant la viabilité

1. Subvitals — la viabilité relative est supérieure à 10 % mais inférieure à 100 % par rapport au type sauvage.

2. Semi-létaux — causent plus de 90 % mais moins de 100 % de mortalité.

3. Mortels — tuer tous les individus avant le stade adulte.

Remarque n ° 4. Direction de la mutation génétique :

A. Mutation directe — crée un changement de type sauvage en phénotype anormal.

B. Mutation inverse ou rétrograde — modifie une séquence nucléotidique modifiée pour la ramener à sa séquence d'origine.

C. Mutations suppressives - produit un changement de phénotypes anormaux (c'est-à-dire mutés) vers le type sauvage. Il existe deux types de mutations suppressives.

1. Suppresseur intragénique - une mutation dans le même gène que celui qui a été muté à l'origine, mais à un site différent, qui entraîne la restauration de la fonction de type sauvage (par exemple, si un codon d'arginine CGU a été initialement muté en codon de sérine, AGU, le suppression provoque un retour à un codon arginine, AGA également, restauration d'un cadre de lecture par des ajouts ou des suppressions)

2. Suppresseur intergénique - une mutation dans un autre gène qui entraîne la restauration de la fonction de type sauvage (par exemple, une mutation non-sens peut être supprimée par une mutation dans l'ARNt pour ce codon de sorte qu'il insère maintenant un acide aminé). Ceux-ci sont parfois appelés gènes suppresseurs ou suppresseurs extragéniques.

Remarque # 5. Types de mutation génique :

je. Mutation morphologique :

Cela implique des changements dans la morphologie, y compris la couleur, la forme, la taille, etc.

Cela implique des changements génotypiques conduisant à la mort d'un individu. L'exemple comprend la mutation albinos résultant d'une carence en chlorophylle chez les plantes.

iii. Mutation biochimique :

Les mutations biochimiques sont identifiées par une carence, de sorte que le défaut peut être surmonté en fournissant le nutriment ou tout autre composé chimique, pour lequel le mutant est déficient. Une telle mutation a été étudiée chez les bactéries et les champignons, ainsi que les troubles sanguins chez l'homme.

iv. Mutation résistante :

Les mutations résistantes sont identifiées par leur capacité à se développer en présence d'un antibiotique (par exemple, streptomycine, ampicilline, cycloheximide) ou d'un agent pathogène, auquel le type sauvage est sensible.

v. Mutation conditionnelle :

Les mutations conditionnelles sont celles qui permettent au phénotype mutant d'être exprimé uniquement dans certaines conditions restrictives (par exemple, à haute température). Dans des conditions normales appelées conditions permissives, les mutants expriment un phénotype normal.

vi. Mutation somatique et germinale :

Au cours du développement des organismes, une mutation peut se produire dans n'importe quelle cellule à n'importe quel stade du cycle cellulaire. Si une mutation se produit dans la cellule somatique de l'organisme, elle reproduit immédiatement d'autres cellules comme elle-même résultant de la chimère, mais pas l'organisme entier muté. Lorsque le nouvel individu se développe à partir de telles cellules par voie végétative, on dit qu'il s'agit d'une mutation somatique.

Cependant, lorsqu'une mutation se produit dans les cellules germinales, elle peut produire un organisme entièrement nouveau et le type de mutation est connu sous le nom de mutation germinale.

vii. Mutation faux-sens :

Une mutation faux-sens est une mutation qui entraîne le remplacement d'un acide aminé dans une chaîne polypeptidique par un autre. À la suite d'une mutation, une base d'un codon peut être substituée par une autre base. Le codon modifié peut alors coder pour un autre acide aminé.

viii. Mutation absurde :

Sur les 64 codons, 61 codent pour des acides aminés, tandis que trois sont des codons de terminaison qui ne spécifient aucun acide aminé. Les trois codons de terminaison sont UAA, UGA et UAG. Toute mutation entraînant l'altération d'un codon spécifiant un acide aminé en un codon de terminaison est appelée mutation non-sens. Ainsi, si le codon UAC (pour la tyrosine) subit une substitution d'une base (C G), il devient UAG, un codon de terminaison.

Une mutation non-sens conduit à l'arrêt de la synthèse du polypeptide. En conséquence, le polypeptide est incomplet. De telles chaînes sont susceptibles d'être biologiquement inactives. Une mutation non-sens provoque un changement relativement drastique de l'enzyme synthétisée et en tant que telle susceptible d'avoir un effet délétère sur le phénotype.

Une mutation qui n'entraîne pas de changement phénotypique est appelée mutation silencieuse. Les mutations silencieuses sont de différents types.

(a) Le code génétique est dégénéré, c'est-à-dire que plus d'un codon peut spécifier un acide aminé. Par conséquent, lorsqu'un codon muté code pour le même acide aminé que l'original, il n'y a pas de changement d'acide aminé.

(b) Le changement de codon peut entraîner une substitution d'acide aminé, mais cela n'est pas suffisant pour modifier de manière appréciable la fonction de la protéine.

(c) La mutation peut se produire dans un gène non fonctionnel.

X. Mutation du suppresseur :

L'effet d'une mutation sur le phénotype peut être inversé de sorte que le phénotype de type sauvage original soit ramené. Une seconde mutation à un site différent neutralise les effets de la première mutation.

xi. Mutation spontanée et induite :

Des mutations peuvent survenir spontanément dans la nature. Ils peuvent être induits artificiellement, ou peuvent être causés par des agents de l'environnement. Les mutations induites résultent ainsi de l'exposition d'organismes à des agents mutagènes tels que les irradiations ionisantes, la lumière ultraviolette ou divers produits chimiques qui réagissent avec les gènes. Les mutations peuvent être classées sur la base de plusieurs critères (tableau 13.1).

Remarque # 6. Induction de la mutation génique :

Les mutations peuvent être induites artificiellement à l'aide d'agents mutagènes ou de mutagènes qui peuvent être globalement regroupés en mutagènes physiques et mutagènes chimiques (tableau 13.2).

Il s'agit notamment de divers types de rayonnements dont les rayons X dont l'effet mutagène a été démontré pour la première fois par Muller et Stadler. Les rayonnements peuvent être ionisants ou non ionisants. Les rayonnements ionisants provoqueront une ionisation et forceront l'éjection d'un électron de l'atome qu'il attaque. Les rayons X, les rayons gamma, les rayons bêta et les neutrons sont des rayonnements ionisants courants utilisés pour induire des mutations.

Les rayonnements non ionisants comme les UV ne provoquent pas d'ionisation, mais provoquent une excitation par transfert d'énergie.

Auerbach in Drosophila a été le premier à démontrer que la mutation peut être induite par certains produits chimiques. Plus tard, Oehelkers a démontré le même effet chez les plantes. À pre­sent, il existe une variété de substances chimiques connues qui provoquent des mutations chez les plantes et les animaux.

La majorité des produits chimiques, même l'eau de certaines sources, peuvent provoquer un déséquilibre du métabolisme et des mutations. En tant que tel, tous les produits commerciaux ou médicaux, avant d'être libérés, sont testés pour les effets mutagènes. Le gaz moutarde, EMS a été le plus largement utilisé pour l'induction de mutation.

De plus, un pH bas ainsi qu'une température élevée peuvent provoquer une mutation. Le taux de mutation est également influencé par le vieillissement de l'organisme.

Clastogènes, cancérigènes et tératogènes:

Les clastogènes sont des agents causant des effets tels que des altérations chromosomiques - cassures, lacunes, fragments, retard, pont collant, pulvérisation, adhérence, ondulation, lainage, poly-shyploïdie, inversion, translocation, échanges de chromatides sœurs et aberrations associées. Les Clasto­gens comprennent à la fois des agents chimiques (gammexène) et physiques (rayons X).

Les effets clastogènes sont souvent utilisés comme paramètres de génotoxicité. Les points finaux pour le test de génotoxicité au niveau microscopique sont des modifications chromosomiques, des fragments et des micronoyaux, principalement observés à la métaphase et aux stades ultérieurs.

Le système de test standard utilisé dans les plantes supérieures est Allium cepa, Tradescantia virginiana, Vicia faba, Hordeum vulgare et Zea mays. Tous les clastogènes, en général, sont également des mutagènes, mais tous les mutagènes ne sont pas nécessairement des clastogènes. En particulier, ceux qui provoquent une mutation ponctuelle comme les rayons X à faible dose sont un mutagène alors qu'à forte dose, ils peuvent être clastogènes.

Les cancérogènes sont un groupe de produits chimiques qui sont cancérigènes chez les animaux et les humains. Les agents cancérigènes affectent l'ADN, l'empêchant de donner les directions nécessaires à la synthèse des substances qui contrôlent la croissance cellulaire. La plupart des agents cancérigènes agissent comme des mutagènes et les deux types d'effets sont liés aux dommages à l'ADN.

Les radiations et de nombreux cancérogènes chimiques agissent en endommageant l'ADN et en induisant des mutations. Les cancérogènes les plus courants sont l'aflatoxine, la diméthylnitrosamine, le nickel-carbonyle, le benzo (α-)pyrène, la -naphtylamine, le chlorure de vinyle, etc.

Les tératomes sont considérés comme des développements corporels anormaux au début de l'embryogenèse. Les agents physiques (rayons X) ou chimiques (cocaïne) qui provoquent de telles anomalies sont appelés tératogènes. La susceptibilité aux terato­gens est également un facteur contrôlé par le système génétique individuel.

Le test d'Ames, développé par Bruce Ames, est un test rapide, peu coûteux et facile pour les mutagènes. Il s'agit d'une méthode de criblage pour mesurer la capacité des cancérogènes potentiels à induire des mutations (la plupart des cancérogènes agissent comme mutagènes). Il a travaillé avec une souche de Salmonella typhimurium qui nécessite de l'histidine pour se développer.

Cependant, il se développera en présence d'un mutagène cancérigène qui provoque le retour du gène défectueux dans la voie de l'histidine au type sauvage.

Les bactéries auxotrophes à l'histidine sont étalées sur de la gélose contenant très peu d'histidine et traitées avec la substance à tester. Seules les bactéries qui reviennent au type sauvage, capables de synthétiser l'histidine, formeront des colonies (Fig. 13.1A). Le comptage des colonies indique la mutagénicité de la substance à tester.

Le test peut être modifié pour détecter les pro-cancérigènes en ajoutant des homogénats de foie de rat au milieu, ce qui rend les modifications biochimiques du produit chimique cancérigènes.

Remarque # 7. Base moléculaire de la mutation génique:

La mutation peut résulter de :

A. Substitution de paires de bases :

La sub­stitution de paires de bases entraîne l'incorporation de bases erronées lors de la réplication ou de la réparation de l'ADN. Dans les changements de paires de bases, une base du codon triplet est remplacée par une autre, ce qui entraîne un changement de codon. Si le message ou la trame de lecture d'origine est CAC GAC CAC GAC CAC, après avoir remplacé A par G dans le troisième codon, ce sera CAC GAC CGC GAC CAC.

L'anémie falciforme chez l'homme est due à une substitution de paires de bases, une sorte de mutation ponctuelle. Les globules rouges d'un tel individu contiennent une hémoglobine anormale et sont en forme de faucille filamenteuse allongée. Il est de nature héréditaire et récessive.

B. Mutation de décalage de trame :

Une mutation dans laquelle il y a délétion ou insertion d'un ou de quelques nucléotides est appelée mutation par décalage de cadre. Le nom est dérivé du fait qu'il y a un décalage dans le cadre de lecture vers l'arrière ou vers l'avant d'un ou deux nucléotides. L'addition ou la suppression d'une ou deux bases entraîne une nouvelle séquence de codons qui peuvent coder pour des acides aminés entièrement différents et les protéines deviennent souvent non fonctionnelles.

Si le décalage implique trois nucléotides, la protéine résultante présente des changements mineurs dans la séquence d'acides aminés (uniquement par rapport à la région du premier changement de base au troisième changement de base du cadre de lecture). Si le message d'origine ou la trame de lecture est CAC GAC CAC GAC CAC GAC, alors la suppression de la base C en septième position changera la séquence en CAC GAC ACG ACC ACG AC.

De même, l'insertion de la base G à la même position rendra le message hors cadre — CAC GAC GCA CCA CCA CGA C.

Remarque # 8. Détection de la mutation génique :

Différentes méthodes ont été conçues pour la détection de mutations dans différents organismes.

A. Détection des décès liés au sexe (drosophile) :

Les mutations mortelles induites sur le chromosome sexuel de la drosophile ont été détectées par les méthodes suivantes :

Cette méthode implique l'utilisation d'un stock GIB de drosophile qui porte

(i) Une inversion à l'état hétérozygote pour fonctionner comme suppresseur de croisement (C)

(ii) Un létal récessif (I) sur le chromosome X à l'état hétérozygote, et

(iii) Un marqueur dominant Bar (B) pour l'œil barré. L'un des deux chromosomes X d'une mouche femelle portait ces 3 caractéristiques et l'autre chromosome X était normal.

Des mouches mâles irradiées pour l'induction de mutations ont été croisées avec des femelles GIB (Fig. 13.20). La progéniture mâle recevant le chromosome X GIB mourra. Les mouches femelles GIB obtenues dans la descendance peuvent être détectées par phénotype barré.

Ceux-ci sont croisés avec des mâles normaux. Dans la prochaine génération, 50% des hommes recevant le chromosome X GIB mourront. Les 50 % restants des mâles recevront le chromosome X qui peut ou non porter une mutation induite. Dans le cas où une mutation mortelle a été induite, aucun mâle ne sera observé.

D'autre part, si aucune mutation mortelle n'a été induite, 50% des mâles survivront. Ainsi, la méthode GIB de Muller était la méthode la plus efficace pour détecter les mutations mortelles liées au sexe.

La souche Muller-5 Drosophila porte deux gènes marqueurs-barré et un œil abricot sur le chromosome X et une inversion complexe avec un meilleur suppresseur de croisement. Muller-5 stock lorsqu'il est croisé avec un mâle normal irradié, le F1 génération montre que 50% des mâles sont barrés, l'abricot et les 50% restants sont normaux. Mais si une mutation mortelle est induite dans le chromosome X d'un mâle irradié, aucun mâle sauvage n'apparaîtrait.

Par conséquent, l'absence de mâles de type sauvage dans F2 est une indication d'une mutation mortelle induite (Fig. 13.21).

B. Test de fluctuation (bactéries) :

Les variations survenant chez les bactéries, par exemple, la résistance aux phages ou aux antibiotiques est due à des changements génétiques par mutation ou à une adaptation aux conditions environnementales, a été confirmée par un test de fluctuation réalisé par Luria et Delbruck. Ils ont permis la croissance de cellules E. coli (10 3 cellules par ml) en deux ensembles : culture indépendante – 40 tubes chacun avec des aliquotes de 0,5 ml de culture en vrac – un tube de 20 ml.

Après une incubation de 36 heures à 37°C, de petites aliquotes (0,1 ml) de chaque tube des cultures indépendantes, ainsi qu'une culture en vrac, ont été étalées sur un grand nombre de répliques de plaques recouvertes de phage T.

Le nombre de colonies résistantes aux phages poussant sur chaque plaque a été compté, ce qui a révélé qu'une fluctuation beaucoup plus importante (c'est-à-dire une variation plus large) existe parmi les plaques préparées à partir de cultures indépendantes que les plaques préparées à partir de cultures en vrac.

La plus grande fluctuation dans les cultures indépendantes est principalement due à l'origine d'une mutation spontanée apparaissant indépendamment dans différents tubes à des moments différents de la croissance.

Le nombre de chaque mutant résistant apparaissant à différents moments dans la culture indépendante s'est multiplié pendant l'incubation et le nombre final de bactéries résistantes dans différents tubes était largement variable au moment de l'étalement (avant d'entrer en contact avec le phage).

En revanche, la culture en vrac contenait une population uniforme de bactéries à la fois sensibles et résistantes au moment de l'étalement, c'est-à-dire avant que les bactéries n'entrent en contact avec le phage. Le développement d'une résistance due à l'adaptation ne se produira qu'après le contact de la bactérie avec le phage. Cette expérience a ainsi prouvé que la résistance apparaissait due à une mutation aléatoire, et non à une adaptation physiologique (Fig. 13.22).

Remarque # 9. Importance de la mutation génique:

La mutation est la principale source de variation génétique, elle fournit la matière première pour l'évolution. Sans mutation, tous les gènes n'existeraient que sous une seule forme, les allèles n'existeraient pas. Différents organismes ne seraient pas capables d'évoluer et de s'adapter aux changements environnementaux.

(b) Application en amélioration des plantes :

Les mutations sont normalement délétères. Gustaffsson a estimé que moins d'un sur mille mutants produits pourraient être utiles en sélection végétale. Plusieurs mutants importants ont cependant été obtenus dans différentes cultures.

(i) Chez le blé, plusieurs mutations utiles, à savoir les épis ramifiés, la résistance à la verse, la couleur ambrée des graines et l'épillet aristé ont été obtenues et utilisées en sélection végétale. La mutation la plus remarquable obtenue par Swaminathan est Sharbati Sonora. D'autres variétés importantes diffusées en Inde sont Pusa Lerma, NP 836.

(ii) Dans le riz, plusieurs variétés d'élite à haut rendement – Reimei, Japonica, Indica ont été obtenues par mutation. Des mutants ont également été obtenus dans le riz pour une teneur accrue en protéines et en lysine. Jagannath, I/T48, l/TGO sont les produits d'une mutation induite en Inde.

(iii) Dans l'orge, le mutant connu sous le nom d'érectoïde a un rendement élevé. RBD-1, DL-253 sont des mutants induits en Inde.

(iv) Dans les légumineuses, Hans-pea, Ranjan-lentil, MUM 2-haricot mungo sont des mutants développés en Inde.

(v) D'autres variétés mutantes importantes publiées en Inde sont la tomate S 12, le coton Rasmi, la moutarde RLM 514, la canne à sucre Co997, le JRC 7447-Jute.

Une enquête régulière menée conjointement par la FAO et l'AIEA a indiqué qu'il y avait eu une augmentation très significative du nombre de variétés mutantes développées dans différentes cultures.

(c) Une autre application intéressante de la mutation induite est la production accrue d'antibiotiques, tels que la pénicilline à partir d'espèces de Penicillium.

(d) Les mutations somatiques se sont également révélées utiles dans de nombreuses plantes ornementales. Dans la culture tissulaire également, plusieurs mutants somaclonaux conduisant à des mutants somatiques ont été obtenus chez des espèces horticoles.


Conférence 23 : Mutants et Mutations - Biologie

C2005/F2401 '09 -- Conférence #15 -- Aperçu

Dernière publication/mise à jour -- 11/03/09 19:23

I. Mutation (Voir les notes de la leçon n°14)

A. Pourquoi les erreurs dans la synthèse de l'ADN sont plus graves que les erreurs dans la synthèse de l'ARN ou des protéines

B. Types de mutations -- insertions, suppressions, substitutions, décalages de trame

C. Importance des mutations

II. Opérons et comment ils fonctionnent (il y aura un document)

A. La synthèse enzymatique peut être inductible, répressible ou constitutive

B. Répression vs. inhibition de la rétroaction

C. Mécanisme d'induction - le opéron maquette -- opérateurs, co-répresseurs, inducteurs, etc.

D. Un exemple d'induction

  • Comment un opéron se bloque-t-il dans la position "on" ?
  • Comment différencier une mutation d'un opérateur d'une mutation d'un gène répresseur ?

F. Promoteurs faibles vs. forts -- comment réguler le niveau d'ARNm produit lorsqu'un gène/opéron est entièrement "on"

III. (Si le temps) Comment l'ADN bactérien est-il transmis ? Plasmides, chromosomes et fragments d'ADN

La prochaine fois: Récapitulatif de ci-dessus, Répression vs Induction, puis Comment les bactéries ont-elles des relations sexuelles ? Comment échangent-ils et/ou transfèrent-ils des gènes ?


Conférence 23 : Mutants et Mutations - Biologie

C2005/F2401 '10-- Conférence 15 -- Dernière édition : 11/04/10 14:35
Copyright 2010 Deborah Mowshowitz et Lawrence Chasin Department of Biological Sciences Columbia University New York, NY.

I. Résumé de 'Comment l'ARN fabrique des protéines'. Voir les notes du cours 14, sujet IV.

II. Mutation. Voir les notes du cours 14 -- Thème V.

III. Introduction à la régulation chez les procaryotes (Voir document 15A)

A. Pourquoi la régulation de la synthèse enzymatique est raisonnable et/ou nécessaire – considérez certaines enzymes typiques – enzymes glycolytiques, la bêta-galactosidase (nécessaire pour décomposer et métaboliser le lactose = dimère de glucose et de galactose) et la trptophane synthétase (nécessaire pour synthétiser le trp ). (Voir Becker 23-1 & 23-2.) Quand ces enzymes sont-elles nécessaires ?

1. Enzymes glycolytiques -- toujours nécessaire

2. Bêta-galactosidase -- seulement nécessaire si lactose présent (et doit être décomposé) le niveau d'enzyme doit être faible jusqu'à ce que le lactose soit ajouté au milieu.

3. TS (trp synthétase) -- seulement nécessaire si trp bas ou absent (alors trp doit être synthétisé afin de fabriquer des protéines) - le niveau d'enzyme doit être élevé jusqu'à ce que trp soit ajouté au milieu.

4. Pourquoi ne pas fabriquer toutes les enzymes tout le temps (même si ce n'est pas nécessaire) ? La synthèse enzymatique consomme beaucoup d'énergie.

B. Les phénomènes - Les enzymes (comme celles ci-dessus) sont-elles réellement fabriquées uniquement lorsqu'elles sont nécessaires ? Les graphiques sur le polycopié 15A montrent ce qui arrive au niveau de l'enzyme appropriée si vous ajoutez ou enlevez la petite molécule appropriée, à savoir le lactose (lac) ou le tryptophane (trp).

1. Exemple d'induction -- Lactose (petite molécule) = inducteur = signal pour tourner au synthèse de l'enzyme appropriée la synthèse de la bêta-galactosidase (enzyme) est appelée inductible phénomène est connu sous le nom induction. Voir aussi Sadava fig. 16. 8 (13.16)

2. Exemple de répression -- tryptophane (petite molécule) = co-répresseur = signal pour tourner désactivé synthèse de l'enzyme appropriée la synthèse de la trp synthétase (enzyme) est appelée répressible phénomène est connu sous le nom répression.

3. Synthèse constitutive -- La synthèse de certaines protéines, telles que les enzymes de la glycolyse, est appelée constitutif = la synthèse des enzymes est "on" à tout moment.

C. Résumé de la terminologie = termes en italique ci-dessus. Voir le tableau au milieu du document 15A.

La régulation est traitée dans l'ensemble de problèmes 12. Pour passer en revue le matériel des parties A-C, voir le problème 12-1, parties A et B.

D. Comparaison du refoulement au feedback. Pourquoi avez-vous besoin des deux types de régulation ? Facteurs à considérer :

  • Vitesse (l'inhibition est plus rapide)
  • Quelles enzymes sont affectées (première dans la voie dans l'inhibition f.b. vs toutes les enzymes de la voie dans la répression)
  • Qu'est-ce qui est changé - activité enzymatique (inhibition) vs synthèse d'enzymes ou gène activité (répression)

Dans l'ensemble, avoir un contrôle grossier (répression/induction) par rapport à un contrôle fin (inhibition/activation). Voir le tableau et l'image dans la moitié inférieure du document 15A. Voir aussi Sadava fig. 16,9 (13,17). Remarque : L'activation et l'induction enzymatiques peuvent être comparées de la même manière : l'activation augmente l'activité enzymatique tandis que l'induction active la synthèse enzymatique

La conférence d'aujourd'hui portera sur l'induction, nous reviendrons en détail sur le mécanisme du refoulement la prochaine fois. Attendez de faire les problèmes sur le refoulement et/ou le refoulement par rapport au feedback jusqu'à la prochaine fois.

IV. Mécanisme de régulation des procaryotes (Voir document 15B) -- Opéron

Remarque : Ce mécanisme a été largement compris en analysant des mutants. La façon dont cela a été fait est fascinante, mais complexe, nous allons donc d'abord expliquer le mécanisme, puis vous pourrez vous essayer à prédire les effets des mutations. Voir E ci-dessous pour plus de détails, et l'ensemble de problèmes 12 pour des exemples.

A. Comment le contrôle coordonné est-il réalisé ? Panneau supérieur gauche sur le document -- idée de cluster ou d'opéron. (Voir Sadava fig. 16.10 (13.18) ou Becker fig. 23-3.)

1. Les gènes régulés ensemble sont liés -- les gènes à contrôler de manière coordonnée (activés et désactivés ensemble) sont côte à côte sur l'ADN.

2. ARNm polycistronique. Les gènes liés sont transcrits comme une unité pour donner un seul ARNm. Un ARNm est produit par opéron (pas un ARNm par gène), car tous les gènes d'un cluster partagent un seul promoteur. Un ARNm capable de coder pour plusieurs peptides (ARNm qui provient de plusieurs gènes) est appelé ARNm polycistronique. (cistron = autre terme pour gène ).

3. Contrôle transcriptionnel -- La régulation est au niveau de la transcription. Le niveau de traduction est contrôlé en régulant la synthèse d'ARNm. C'est la méthode habituelle de régulation de la synthèse des protéines chez les procaryotes.
Étant donné que l'ARNm a une demi-vie courte chez les procaryotes, la régulation de la synthèse d'ARNm contrôle le niveau d'ARNm à l'état d'équilibre. La traduction en soi (et la dégradation de l'ARNm) ne sont pas réglementées ici. (Dans certains cas prok. et de nombreux cas euk., ceux-ci sont également réglementés.)

4. Définition d'un opéron = groupe de gènes de structure liés (codant l'enzyme) qui partagent des sites de régulation communs et qui sont transcrits en une seule unité.

Remarque : les sites de régulation liés sont toujours considérés comme faisant partie de l'opéron, le gène de la protéine répresseur n'est pas toujours considéré comme faisant partie de l'opéron. Que le gène répresseur soit considéré comme faisant partie de l'opéron ou non est généralement clair d'après le contexte, le rôle du répresseur est discuté plus en détail ci-dessous.

5. Ponctuation. Rappel : la réplication, la transcription et la traduction de l'ADN ont des signaux d'arrêt et de démarrage différents. La réplication de l'ADN commence aux origines, la transcription commence aux promoteurs et la traduction commence aux codons de départ (AUG). Origins vs Promoters a déjà été couvert. Qu'en est-il des promoteurs par rapport aux codons de départ ?

une. L'ARNm a des UTR . Il a des leaders (région non traduite à l'extrémité 5' avant le premier AUG ou 5' UTR) et des remorques (extrémité 3' non traduite ou 3' UTR).

b. Nombres: Le nombre de débuts de transcription (promoteurs) pour un message est égal à un. Le nombre de débuts de traduction peut être plusieurs (un par peptide) chez les procaryotes.

c. La traduction d'un ARNm polycistronique commence à plusieurs codons d'initiation. Un ribosome s'assemble au premier AUG et commence la traduction. Une fois que chaque peptide est terminé, le ribosome peut continuer le long de l'ARNm jusqu'au prochain codon de démarrage et démarrer une nouvelle chaîne peptidique. Alternativement, le ribosome peut se détacher (et se dissocier en sous-unités) lorsqu'il s'agit d'un codon d'arrêt. Dans ce cas, un nouveau ribosome se forme au prochain codon d'initiation et démarre la traduction du peptide suivant.

B. Comment la transcription du cluster est désactivée -- Panneau supérieur droit de 15B -- Rôle du répresseur et de l'opérateur -- opéron qui est "off" (Voir Becker fig. 23-4, panneau supérieur ou Sadava fig. 16.11 (13.19) panneau supérieur .

1. Rôle de l'opérateur (O) = site d'ADN pour agir dans le cadre de l'interrupteur marche/arrêt - lie la protéine répresseur (régulateur) lorsque le répresseur est sous une forme appropriée ou active (rectangle sur le document).

2. Rôle du répresseur = autre moitié de l'interrupteur marche/arrêt (avec O). Le répresseur est une protéine qui se lie à l'opérateur et empêche l'ARN polymérase de se lier à l'ADN et de transcrire l'opéron. (Purves fig. 13.15 dans 7e éd).

une. Il existe une protéine répresseur différente pour chaque opéron. Le répresseur se lie à une séquence spécifique d'ADN trouvée dans son opérateur respectif.

b. La synthèse de la protéine répresseur est constitutive -- le gène est toujours activé. (L'état de la protéine répresseur varie, pas la quantité voir ci-dessous.)

c. Terminologie. Les termes « répresseur » et « protéine répresseur » sont utilisés de manière interchangeable. Le terme « répresseur » est utilisé à la fois dans l'induction et la répression parce que le travail de la protéine est de désactiver l'opéron. Cependant, certains préfèrent utiliser le terme « protéine régulatrice » au lieu de « protéine répresseur » lorsqu'ils se réfèrent à l'induction.

Question : le gène de la protéine répresseur a-t-il un promoteur ? un opérateur ?

C. Comment se produisent l'induction (et la répression) -- Rôle des effecteurs

1. La protéine répresseur est allostérique (a deux formes) -- une qui colle à l'opérateur et bloque la transcription (forme active = rectangle sur le document) et l'autre qui ne le fait pas (forme inactive = arrondi sur le document). Voir Becker Fig. 23-5.

2. Le répresseur lie l'effecteur (inducteur ou co-répresseur). Chaque protéine répresseur/régulateur est unique en ce qu'elle se lie au bon co-répresseur ou inducteur (voir ci-dessous) ainsi qu'au bon opérateur.

3. L'effecteur détermine dans quelle forme se trouve le répresseur. La quantité de protéine répresseur présente ne change pas (voir ci-dessus) la forme du répresseur est Est-ce que monnaie. L'effecteur à petite molécule (inducteur ou co-répresseur) déplace l'équilibre entre les deux formes, déplaçant ainsi l'équilibre entre le répresseur libre (inactif) et lié (actif) et tournant l'opéron "" ou ""

4. Comment le répresseur monte-t-il ou sort-il de l'ADN ? L'image sur le document montre que le répresseur est soit "on" l'opérateur (sous forme de rectangle) soit "off" l'opérateur (sous forme de cercle). Il existe 2 modèles de base pour la façon dont le répresseur monte ou descend de l'opérateur. Ils sont décrits ci-dessous, mais aucun des problèmes de ce cours ne nécessite que vous connaissiez la différence entre les deux.

Pour info, pour ceux qui aiment les détails, il existe deux modèles de fonctionnement d'un effecteur :

une. Il existe un équilibre entre le répresseur "collant" (forme rectangle) libre et lié - les molécules "rectangulaires" s'allument et s'éteignent spontanément. L'effecteur se lie au répresseur libre (pas le répresseur lié à l'ADN). La liaison du répresseur et de l'effecteur déplace l'équilibre entre les rectangles et les cercles libres, ce qui à son tour déplace l'équilibre entre les rectangles libres et liés.

b. L'effecteur se lie au répresseur sur l'ADN, change sa conformation et le fait se déplacer sur ou hors de l'opérateur. (Dans ce modèle, le répresseur est toujours lié à l'ADN, mais il se déplace d'un endroit aléatoire - où il n'a aucun effet - vers l'opérateur ou vice versa.)

Les versions plus anciennes des notes expliquaient le modèle a, mais les preuves actuelles favorisent le modèle b.

D. Un exemple d'induction -- (voir le panneau central du document 15B ou Becker fig. 23-4 ou Sadava fig. 16.11 (13.19). Pour une animation, essayez http://vcell.ndsu.nodak.edu/animations/lacOperon/index.htm. les animations sont listées sur la page des liens.(Il existe plusieurs animations sur le web et sur YouTube. Si vous trouvez une animation particulièrement utile, veuillez en informer le Dr M.) Voir la prochaine fois pour une animation de répression.

  • Molécule effectrice (inducteur) qui se lie à la protéine répresseur empêche répresseur de la liaison à l'opérateur -- provoque la transformation de la forme rectangulaire en forme de cercle et la suppression de l'opérateur.

  • L'effecteur (inducteur) se déplace après l'équilibre vers droit:

"Forme rectangle" de rep. protéine (forme "collante" qui se lie à O) ↔ "forme circulaire" (forme qui ne se lie pas à O)

  • Vide forme de protéine répresseur (sans effecteur) adhère à l'opérateur.

Pour revoir la réglementation jusqu'à présent, essayez le problème 12-0.

1. Que se passe-t-il si la protéine répresseur est mutante et ne se lie pas du tout à l'ADN ? L'opéron sera-t-il activé ? désactivé? Inductible ou constitutif ?

2. Que se passe-t-il si l'opérateur est supprimé ? Est-ce le même que ci-dessus ?

Voir problème 12-3, partie A.

3 . Comment tester les propriétés des mutants constitutifs ?

une. De nombreuses expériences et problèmes impliquent d'avoir une cellule avec deux copies d'un opéron. (Voir ci-dessous.)

b. Comment est-ce possible? Les bactéries sont haploïdes* -- chaque bactérie n'a normalement qu'une seule molécule d'ADN (chromosome) avec une copie de chaque gène ou opéron.

c. Les bactéries peuvent acquérir une copie supplémentaire d'un gène ou d'un opéron, la copie supplémentaire se trouve généralement sur un plasmide. De telles cellules sont appelées diploïdes partielles.* (La façon dont les cellules acquièrent des plasmides sera discutée la prochaine fois.)

ré. Que sont les plasmides ?

(1). Les plasmides sont des mini-chromosomes qui ont des gènes « supplémentaires ». Chaque plasmide a une origine de réplication, de sorte que les plasmides sont répliqués et transmis. (Détails la prochaine fois.)

(2). Les gènes « supplémentaires » sur le plasmide peuvent être totalement nouveaux ou ils peuvent être des copies supplémentaires des gènes déjà présents dans la cellule.

(3). Une bactérie avec un plasmide peut être une diploïde partielle* -- elle peut avoir deux copies d'un gène ou deux copies d'un opéron entier. Une copie sera sa place normale sur le chromosome et l'autre copie sera sur un plasmide.

e. A quoi servent les diploïdes partiels ? Les deux copies n'ont pas besoin d'être exactement les mêmes - l'une peut être normale et l'autre mutante, ou les deux peuvent être des mutants différents. Par exemple, supposons qu'une bactérie possède deux copies de l'opéron lactose. Supposons qu'une copie soit constitutive et l'autre inductible, ou supposons que les deux soient constitutifs. Que doit-il se passer lorsque vous assemblez les deux opérons ? Les deux seront-ils constitutifs ? Les deux inductibles ?

*Terminologie : Une cellule avec une copie de chaque gène est appelée haploïde, une cellule avec deux copies de chaque gène est appelée diploïde. Une cellule qui est fondamentalement haploïde, mais qui possède deux copies de quelques gènes est appelée diploïde partielle.

4. Utilisation de mutants. L'étude des propriétés des mutants constitutifs a été la façon dont l'induction/répression a été découverte par Jacob et Monod, qui ont reçu le prix Nobel en 1965 pour leur travail. Maintenant, vous pouvez l'essayer dans l'autre sens -- vous pouvez utiliser votre connaissance de la fonction opéron pour prédire les propriétés des mutants, à la fois seuls et en combinaison. Voir Chap. 12 du livre de problèmes.

Pour apprendre à distinguer les types de mutants constitutifs, voir les problèmes 12-4 et le tableau 23-2 de Becker.

F. Promoteurs forts et faibles -- tous les promoteurs sont ne pas le même.

1. Tous les Promoteurs ont une structure et une fonction similaires -- tous les P doivent pouvoir se lier à l'ARN polymérase et servir de signaux pour démarrer la transcription.

2. Les P peuvent être forts ou faibles

une. Promoteur faible → peu (ou peu fréquent) de liaison à l'ARN polymérase → faibles niveaux de transcription → faibles niveaux de protéine correspondante.

b. Promoteur fort → beaucoup (ou fréquente) de liaison à l'ARN polymérase → niveaux élevés de transcription → niveaux élevés de protéine correspondante.

c. Pourquoi la force du promoteur est-elle importante ? La force du promoteur détermine la quantité d'ARNm pouvant être produite. La quantité réelle d'ARNm produite à tout moment dépend à la fois de la force du promoteur et de l'étendue de la répression ou de l'induction.

3. Exemple de promoteurs forts vs faibles : P de l'opéron lac vs P du gène répresseur lac

une. Le promoteur de l'opéron lac est fort. L'opéron P de lac = P pour les gènes de structure contrôle la production d'enzymes d'ARNm polycistroniques pour le métabolisme du lactose. Puisque ce P est fort, vous produisez beaucoup d'ARNm et beaucoup d'enzymes correspondantes.

b. Le promoteur du gène répresseur lac est faible.
P du répresseur lac = P pour le gène R contrôle la production d'ARNm pour la protéine répresseur lac répresseur →. Comme ce P est faible, vous ne fabriquez qu'une petite partie de l'ARNm et relativement peu de la protéine répresseur.

c. Pourquoi cela a-t-il du sens ? Vous avez besoin de beaucoup d'enzymes métaboliques (si vous cultivez du lactose comme source de carbone et d'énergie), mais relativement peu de molécules (100 environ) de protéine répresseur.

4. Notez la différence entre les rôles de O (opérateur) et P (promoteur). P détermine quel est le niveau maximum de transcription O (plus le répresseur) détermine quel pourcentage du maximum est réellement atteint.

une. O (en se liant au répresseur) détermine dans quelle mesure la transcription (& synthèse protéique) est "on" -- la synthèse des protéines fonctionne-t-elle à plein régime ou n'est-elle que partiellement activée (ou complètement désactivée) ? Chaque opéron individuel ou cellule est probablement "off" ou "quoton" à un moment donné. Cependant, dans une culture bactérienne entière, toutes les cellules ne sont pas nécessairement activées ou désactivées. À des niveaux intermédiaires d'inducteur, certaines cellules peuvent avoir leur opéron activé et d'autres non. Dans ces cellules, une partie de la protéine répresseur est sous la forme "rectangle" ou active, et une partie est sous la forme "cercle" ou inactive. Il existe une certaine variation d'une cellule à l'autre, et il existe une valeur seuil pour la quantité de répresseur actif requise pour maintenir l'opéron « désactivé ».

Remarque : une molécule de répresseur actif (sous la forme « rectangle ») par cellule ne suffit pas pour arrêter un opéron. Il doit y avoir plus d'une molécule de protéine répresseur active par opéron pour être sûr que l'opérateur est toujours occupé avec une molécule de protéine répresseur.

b. P détermine le niveau maximum de transcription = niveau par culture lorsque tous les opérons sont "on" et fonctionnent à plein régime = niveau par cellule lorsque la culture est complètement induite.

Voir problème 12-3, et comparez les parties A et B.

La prochaine fois : Examen des opérons -- répression vs induction. Alors, comment l'ADN bactérien (et viral) est-il transmis de manière asexuée ? Comment les bactéries et les virus ont-ils des relations sexuelles et comment les résultats des croisements bactériens et viraux sont-ils analysés ? (Il y aura un document sur tous les détails.)

Copyright 2010 Deborah Mowshowitz et Lawrence Chasin Department of Biological Sciences Columbia University New York, NY.


Conférence 23 : Mutants et Mutations - Biologie

Chapitre 12, pp. 248-250 - Fonction des gènes, régulation des gènes et biotechnologie

Vous avez un accès libre (pas de connexion ou de mot de passe requis) au matériel didactique sur le site Web de Text. Sélectionnez « Ressources » dans le coin supérieur gauche de la page et sélectionnez le chapitre de texte souhaité.

Moodle

Vous pouvez également poser des questions et voir les réponses aux questions de vos camarades de classe dans Moodle dans le forum "Talk to Ed".

Objectifs:

Le contenu de la conférence d'aujourd'hui vous aidera à répondre aux questions sur ces devoirs :

Deuxième devoir Moodle, à remettre sur le forum Moodle de votre TA avant 8 h 00 le mardi 30 mars.

Après avoir étudié ce matériel, vous devriez être capable de :

Décrivez les types de mutations qui peuvent se produire dans un gène et l'effet, le cas échéant, qu'elles ont sur la protéine qui est produite lorsque le gène est exprimé.

Décrivez comment une mutation peut se produire en distinguant les mutations spontanées des mutations induites.

Distinguer les mutations somatiques des mutations germinales et décrire les conséquences de chacune pour l'enfant d'une personne.

Expliquez pourquoi les mutations ne sont pas toutes nuisibles.

Définissez ces termes et décrivez les effets que chacun peut avoir sur les protéines d'un organisme et ses descendants :

Ressources Web :

Gènes et maladies (gènes sélectionnés et leurs fonctions et emplacements sur les chromosomes) du National Center for Biotechnology Information.

La beauté des mutations d'Access Excellence. C'est une bonne lecture, jetez-y un œil !

En savoir plus sur la résistance aux antibiotiques, dans P&S Medical Review. La résistance bactérienne aux antibiotiques peut se développer à la suite d'une mutation chromosomique.

Que sont les mutations ?

UNE mutation est tout changement physique dans le matériel génétique (comme un gène ou un chromosome). Un gène qui contient une mutation (un changement dans la séquence de bases de l'ADN) produira une molécule d'ARNm modifiée qui produira une séquence modifiée d'acides aminés dans la protéine résultante.

On pense que plus de 4 000 maladies proviennent de gènes mutés hérités de nos parents.

Une mutation peut ou non affecter la séquence d'acides aminés.

Une mutation peut ou non affecter le phénotype.

Certaines mutations spécifiques d'un gène peuvent avoir plus d'effets indésirables que d'autres mutations du même gène.

Une mutation n'est pas forcément mauvaise. Cela peut même être bon. Une mutation peut améliorer ou modifier positivement la fonction de la protéine produite par le gène.

Types généraux de mutations

Mutations chromosomiques

Suppression, duplication, inversion ou translocation.

Polyploïdie, aneuploïdie (autosomes ou chromosomes sexuels). Réviser la conférence 12, Chromosomes et traits.

Modifications de l'ADN d'un gène réalisées par la substitution d'une seule base par une autre ou par addition ou délétion d'un ou plusieurs nucléotides.

Rappelles toi! Dans l'ARN, la base nucléotidique uracile remplace la thymine.

Mutations génétiques et leurs effets sur les protéines

Choisissez "Copier le code" vers le bas de l'écran

puis sélectionnez « assembler » en haut de l'écran suivant.

Choisissez ensuite l'"animation de transcription"

Choisissez "Lecture du code" vers le bas de l'écran

puis sélectionnez « assembler » en haut de l'écran suivant.

Choisissez ensuite l'"animation de traduction"

Expression génique via la synthèse de protéines, d'Access Excellence. Pour qu'une cellule fabrique une protéine, l'information d'un gène est copiée, base par base, de l'ADN dans de nouveaux brins d'ARN messager (ARNm). Ensuite, l'ARNm se déplace hors du noyau dans le cytoplasme, vers des organites cellulaires appelés ribosomes. Là, l'ARNm dirige l'assemblage des acides aminés qui se replient en une molécule de protéine complète.

Comment les gènes sont-ils liés à la maladie ? Lorsqu'un gène contient une mutation, la protéine codée par ce gène peut très bien être anormale.

Il existe de nombreuses façons dont les mutations peuvent se produire et affecter l'expression des gènes. Pour les comprendre, vous devez vous familiariser avec l'utilisation du Code Génétique. Le même code se trouve dans le texte de Hoefnagels, tableau 12.2, p. 240

Mutations ponctuelles: Modifications des nucléotides simples de l'ADN.

UNE faux-sens la mutation substitue un acide aminé différent à celui d'origine.

Exemple : La drépanocytose résulte d'un seul changement de base (voir Figure 12.14, dans Hoefnagels, page 248)
Rappelles toi! Dans l'ARN, la base nucléotidique uracile remplace la thymine.

MODÈLE ADN code C T C (Glutamine - glu) -mutation->
MODÈLE code ADN C A C (valine - val)

UNE absurdité la mutation entraîne l'insertion d'un codon stop quelque part avant la fin du gène.

MODÈLE code ADN AT G (tyrosine - tyr) -mutation->
MODÈLE de code ADN AT T (STOP)

Silencieux Les mutations sont des mutations ponctuelles qui ne modifient pas la séquence d'acides aminés de la protéine. Ceux-ci sont les plus susceptibles d'avoir aucun effet. La redondance du code génétique réduit le risque que des mutations ponctuelles entraînant une modification du troisième nucléotide d'un codon modifient l'acide aminé spécifié.

Les codons d'ARNm GAA et GAG codent pour l'acide aminé acide glutamique (Glu).
Les codons d'ARNm GCU, GCC, GCA et GCG codent tous pour l'acide aminé Alanine (Ala).
Les codons d'ARNm GGU, GGC, GGA et GGG codent tous pour l'acide aminé Glycine (Gly).

Mutations de décalage de cadre: Ajouts ou suppressions d'un ou plusieurs nucléotides.

Les ribosomes décodent l'ARNm trois nucléotides (un codon) à la fois. La traduction commence à la séquence d'initiateur (AUG) et se poursuit avec les trois nucléotides suivants, puis les trois suivants, et les trois suivants, etc. Les ribosomes ont un "cadre de lecture" qui décode des ensembles de trois nucléotides, ou codons. Il n'y a pas de "marques de ponctuation" pour délimiter les codons, donc l'ajout ou la suppression d'un ou plusieurs nucléotides dans l'ADN modifie le "cadre de lecture" de la séquence de codons de l'ARNm produit à partir de ce point dans l'allèle.

La séquence d'acides aminés dans la protéine à partir de ce point sera entièrement modifiée, modifiant radicalement la forme et la fonction de la protéine.

L'ajout ou la suppression de triplets (trois ou multiples de trois nucléotides) ajoutera ou supprimera un ou plusieurs acides aminés.

Si le ou les triplets sont ajoutés ou supprimés entre deux codons, il n'y aura pas de perturbation du cadre de lecture et tous les autres acides aminés de la protéine resteront inchangés.

Si le ou les triplets sont ajoutés ou supprimés dans un codon, il y aura une interruption temporaire du cadre de lecture, mais le cadre de lecture se remettra rapidement sur la bonne voie. Un ou deux acides aminés voisins peuvent être modifiés avec l'ajout ou la suppression, mais tous les autres acides aminés de la protéine resteront inchangés.

Exemples réels de mutations faux-sens, non-sens et de décalage de cadre :

Mutants de l'hémoglobine (du Dr Robert J. Huskey)

Une note de prudence. Ces exemples montrent la séquence d'ADN NON-matrice plutôt que la séquence d'ADN matrice comme dans nos exemples précédents. Il s'agit d'une norme utilisée par les scientifiques de l'ADN. Pour obtenir les codons d'ARNm, changez simplement le Ts en Us.

Gènes en expansion - Certains gènes ont des séquences de bases répétées, et le nombre de celles-ci peut augmenter à chaque génération. Les gènes en expansion sont responsables de cas de plus en plus graves de dystrophie musculaire myotonique (répétitions AGC/CTG), de maladie de Huntington (répétitions CAG) et de syndrome de l'X fragile (répétitions CGG).

Syndrome de l'X fragile :
6-50 répétitions CGG chez un individu non affecté
50-200 répétitions CGG dans un porteur
>200 répétitions CGG chez un individu affecté

Le concept d'expansion des gènes est le fondement de la méthode actuelle de profilage de l'ADN (empreintes génétiques). (À aborder dans le cours n°19)

Analogies de mots pour les types de mutations

Tableau 13.4 (texte, p. 260) utilise une phrase de trois lettres comme analogie pour démontrer les effets des mutations sur la séquence des gènes.

Activité de conférence sur la mutation

Point mutations - changements dans les nucléotides d'ADN simples.


brin modèle de la
ADN à transcrire
Type de
Mutation

Séquence normale

CTG / TTA / CGC


Mutation 1

CTG / TT G / CGC

Silencieux

Mutation 2

CTG / TT T / CGC

Faux-sens

Mutation 3

A T T / TTA / CGC

Absurdité

Quelle est la séquence d'ARNm sans mutation ?
Avec les mutations 1, 2 et 3 ?

Quelle est la séquence d'acides aminés sans mutation ?
Avec les mutations 1, 2 et 3 ?

Mutations de décalage de cadre : Ajouts ou suppressions d'un ou plusieurs nucléotides.

Quelle est la séquence d'ARNm sans mutation ?
Avec les mutations 4, 5 et 6 ?

Quelle est la séquence d'acides aminés sans mutation ?
Avec les mutations 4, 5 et 6 ?

Causes des mutations

Mutations spontanées

Des dommages peuvent survenir à tout moment dans n'importe quelle cellule. Les mutations se produisent lorsque les gènes endommagés sont répliqués sans les réparer au préalable. La réplication des chromosomes est précise à 99,999 %. Les erreurs dans le processus de duplication ne se produisent qu'environ une fois sur 100 000 bases. Étant donné que le génome humain compte environ 6 milliards de bases, cela signifie que chaque cycle de réplication aura 60 000 erreurs associées. Cependant, les cellules contiennent plusieurs systèmes complexes pour réparer les dommages avant, pendant et après la réplication de l'ADN.

Certains gènes mutent plus rapidement que d'autres.

De telles mutations se produisent plus fréquemment dans les organismes avec des temps de génération très courts, tels que les virus et les bactéries.

Les séquences d'ADN sont altérées en raison de l'exposition à des mutagènes (agents qui augmentent le taux de mutation).

Des mutations peuvent être intentionnellement induites à des fins de recherche (produits chimiques, rayons gamma, rayons X). Les mutagènes naturels comprennent le radon, les rayons cosmiques et les rayons UV. Les mutagènes créés par l'homme comprennent la pollution, les pesticides, les produits chimiques, les essais et accidents nucléaires et la guerre biologique. Aussi, l'exposition in utero à l'alcool, la cocaïne, le monoxyde de carbone, la rougeole allemande, le plomb, le mercure et bien d'autres.

Cancer de la peau. de la Clinique Mayo.
La lumière UV est un mutagène. Le coup de soleil que vous recevez cette semaine peut prendre 20 ans ou plus pour devenir un cancer de la peau. Pensez-y avant d'aller à la plage ou au salon de bronzage.

Mutations somatiques vs mutations germinales

Mutations somatiques (Grec Soma= corps)

Mutations dans les cellules du corps d'un organisme, y compris tout type de cellule SAUF les lignées cellulaires destinées à produire des ovules ou des spermatozoïdes par méiose.

Les mutations somatiques ne peuvent PAS être transmises à ses enfants.

Mosaïcisme - Les mutations somatiques qui surviennent au début du développement peuvent affecter toutes les cellules de l'organisme, ou peuvent faire en sorte que les cellules d'un individu ne soient pas entièrement génétiquement uniformes. Certaines parties du corps qui se développent à partir des cellules de l'embryon qui sont mutées seront affectées par la mutation. Les parties du corps développées à partir de cellules normales seront normales. Cette condition est appelée « mosaïcisme ». Le mosaïcisme peut également survenir dans les situations anuploïdes.

Les mutations somatiques peuvent entraîner une croissance cellulaire inhabituelle (comme le cancer).

Mutations germinales (Latin germer= germer)

Mutations dans des cellules destinées à produire des gamètes (ovules et spermatozoïdes).

Les mutations germinales entraînent des gamètes génétiquement modifiés qui peuvent être transmis à la progéniture de l'individu. Cela signifie que ces mutations peuvent ne pas affecter les individus chez lesquels elles se produisent, mais peuvent entraîner des troubles génétiques chez leur progéniture.

Les mutations ne sont pas toutes mauvaises

Des mutations peuvent se produire dans des régions non codantes de l'ADN.

La quantité d'ADN que vous avez est beaucoup plus grande que celle représentée par vos gènes. Même avec plus de 25 000 gènes codant pour les protéines et un taux de production quotidien de milliards de molécules de protéines, la grande majorité de votre ADN n'est pas impliquée dans le codage des protéines.

Même au sein d'un allèle, jusqu'à 95 % de l'ADN est non codant. Les introns sont épissés avant le début de la synthèse des protéines.

Les mutations dans les régions non codantes n'affectent généralement en rien le phénotype de l'individu.

Même dans les régions codantes des allèles, certains types de mutations n'ont aucun effet sur la protéine résultante.

Les mutations augmentent la variabilité génétique d'une population. Ils sont un moyen d'introduire de nouveaux allèles dans une population.

Un allèle est une forme alternative d'un gène. Les allèles sont formés par des mutations d'allèles préexistants. Pour certains gènes, il peut y avoir des centaines d'allèles différents.

Certaines mutations augmentent en fait l'efficacité de la protéine produite ou peuvent modifier sa fonction (vous vous souvenez des bactéries résistantes aux antibiotiques ?).

La variabilité génétique est essentielle à la survie d'une espèce et même à la formation de nouvelles espèces.


Mutations : signification, caractéristiques et détection | La génétique

Dans cet article, nous discuterons de: - 1. Signification des mutations 2. Caractéristiques des mutations 3. Classement 4. Type 5. Agents 6. Détections 7. Méthode de carence nutritionnelle 8. Mutations spontanées 9. Applications des mutations dans l'amélioration des cultures.

  1. Signification des mutations
  2. Caractéristiques des mutations
  3. Classification des mutations
  4. Types de mutations
  5. Agents de mutations
  6. Détections de mutations
  7. Déficit nutritionnel Méthode de mutations
  8. Mutations spontanées
  9. Applications des mutations dans l'amélioration des cultures

1. Signification des mutations:

La mutation fait référence à un changement héréditaire soudain du phénotype d'un individu. Dans le terme moléculaire, la mutation est définie comme le changement permanent et relativement rare du nombre ou de la séquence de nucléotides. La mutation a été découverte pour la première fois par Wright en 1791 chez un agneau mâle aux pattes courtes.

Plus tard, une mutation a été signalée par Hugo de Vries en 1900 chez Oenothera, Morgan (1910) chez Drosophila (mutant des yeux blancs) et plusieurs autres dans divers organismes. Le terme mutation a été inventé par de Vries.

2. Caractéristiques des mutations:

Les mutations ont plusieurs caractéristiques.

Certaines des caractéristiques importantes des mutations sont brièvement présentées ci-dessous :

je. Nature du changement:

Les mutations sont des modifications plus ou moins permanentes et héréditaires du phénotype d'un individu. De tels changements se produisent en raison d'une altération du nombre, du type ou de la séquence des nucléotides du matériel génétique, c'est-à-dire de l'ADN dans la plupart des cas.

Les mutations spontanées se produisent à une fréquence très faible. Cependant, le taux de mutation peut être augmenté de plusieurs fois par l'utilisation de mutagènes physiques et chimiques.

La fréquence de mutation d'un gène se calcule comme suit :

Fréquence de mutation génétique = M / M + N

où, M = nombre d'individus exprimant une mutation pour un gène, et

N = nombre d'individus normaux dans une population.

iii. Taux de mutation:

Le taux de mutation varie d'un gène à l'autre. Certains gènes présentent un taux de mutation plus élevé que d'autres. De tels gènes sont connus sous le nom de gènes mutables, par exemple, l'œil blanc chez la drosophile. Dans certains génomes, certains gènes augmentent le taux de mutation naturel d'autres gènes. De tels gènes sont appelés gènes mutants.

L'exemple de gène mutateur est le gène pointillé dans le maïs. Dans certains cas, certains gènes diminuent la fréquence des mutations spontanées d'autres gènes du même génome, appelés gènes anti-mutateurs. Un tel gène a été rapporté dans des bactéries et des bactériophages.

iv. Direction du changement:

Les mutations se produisent généralement de l'allèle dominant à l'allèle récessif ou du type sauvage à l'allèle mutant. Cependant, des mutations inverses sont également connues, par exemple, l'aile d'encoche et l'œil barré chez la drosophile.

Les mutations sont généralement nocives pour l'organisme. En d'autres termes, la plupart des mutations ont des effets délétères. Seulement environ 0,1% des mutations induites sont utiles pour l'amélioration des cultures. Dans la majorité des cas, les allèles mutants ont des effets pléiotropes. Les mutations donnent naissance à plusieurs allèles d'un gène.

vi. Site de mutation:

Le muton, qui est une sous-division du gène, est le site de la mutation. Un gène moyen contient 500 à 1000 sites mutationnels. Au sein d'un gène, certains sites sont hautement mutables que d'autres. Ceux-ci sont généralement appelés points chauds. Des mutations peuvent se produire dans n'importe quel tissu d'un organisme, c'est-à-dire somatique ou gamétique.

vii. Type d'événement:

Les mutations sont des événements aléatoires. Ils peuvent apparaître dans n'importe quel gène (nucléaire ou cytoplasmique), dans n'importe quelle cellule (somatique ou reproductrice) et à n'importe quel stade de développement d'un individu.

viii. Récurrence:

Le même type de mutation peut se produire à plusieurs reprises ou encore et encore chez différents individus de la même population. Ainsi, les mutations sont de nature récurrente.

3. Classification des mutations :

Les mutations peuvent être classées de différentes manières. Une brève classification des mutations sur la base de :

(7) La visibilité est présentée dans le tableau 14.1.

4. Types de mutants:

Le produit d'une mutation est appelé mutant. Il peut s'agir d'un génotype ou d'un individu ou d'une cellule ou d'un polypeptide.

Il existe quatre classes principales de mutants identifiables, à savoir :

Ceux-ci sont brièvement décrits ci-dessous :

je. Morphologique:

Les mutants morphologiques font référence à un changement de forme, c'est-à-dire de forme, de taille et de couleur. Les spores albinos chez Neurospora, les ailes frisées chez la drosophile, les pois nains, les moutons à pattes courtes sont quelques exemples de mutants morphologiques.

Dans cette classe, le nouvel allèle est reconnu par son effet mortel ou létal sur l'organisme. Lorsque l'allèle mutant est mortel, tous les individus porteurs d'un tel allèle mourront, mais lorsqu'il est semi-létal ou sub-vital, certains individus survivront.

iii. Létal conditionnel:

Certains allèles produisent un phénotype mutant dans des conditions environnementales spécifiques. De tels mutants sont appelés mutants restrictifs. Dans d'autres conditions, ils produisent un phénotype normal et sont appelés permissifs. De tels mutants peuvent être cultivés dans des conditions permissives et ensuite être déplacés vers des conditions restrictives pour évaluation.

iv. Mutant biochimique:

Certains mutants sont identifiés par la perte d'une fonction biochimique de la cellule. La cellule peut assumer une fonction normale, si le milieu est complété par des nutriments appropriés. Par exemple, les auxotrophes d'adénine ne peuvent être cultivés que si l'adénine est fournie, alors que le type sauvage ne nécessite pas de supplément d'adénine.

Les mutagènes font référence à des agents physiques ou chimiques qui augmentent considérablement la fréquence des mutations. Divers rayonnements et produits chimiques sont utilisés comme mutagènes. Les radiations relèvent des mutagènes physiques. Une brève description de divers mutagènes physiques et chimiques est présentée ci-dessous :

Mutagènes physiques:

Les mutagènes physiques comprennent divers types de radiations, à savoir. Rayons X, rayons gamma, particules alpha, particules bêta, neutrons rapides et thermiques (lents) et rayons ultraviolets (tableau 14.2).

Une brève description de ces mutagènes est présentée ci-dessous :

Les rayons X ont été découverts pour la première fois par Roentgen en 1895. Les longueurs d'onde des rayons X varient de 10 -11 à 10 -7 . Ils sont peu ionisants et très pénétrants. Ils sont générés dans des machines à rayons X. Les rayons X peuvent casser les chromosomes et produire tous les types de mutations dans les nucléotides, à savoir, l'addition, la suppression, l'inversion, la transposition, les transitions et les trans-versions.

Ces changements sont mis en évidence en ajoutant de l'oxygène au désoxyribose, en éliminant le groupe amino ou hydroxyle et en formant des peroxydes. Les rayons X ont été utilisés pour la première fois par Muller en 1927 pour l'induction de mutations chez la drosophile.

Chez les plantes, Stadler a utilisé pour la première fois en 1928 les rayons X pour l'induction de mutations chez l'orge. Maintenant, les rayons X sont couramment utilisés pour l'induction de mutations dans diverses plantes cultivées. Les rayons X induisent des mutations en formant des radicaux libres et des ions.

Les rayons gamma sont identiques aux rayons X dans la plupart des propriétés physiques et des effets biologiques. Mais les rayons gamma ont une longueur d'onde plus courte que les rayons X et sont plus pénétrants que les rayons X. Ils sont générés à partir de la désintégration radioactive de certains éléments comme le 14C, le 60C, le radium, etc.

Parmi ceux-ci, le cobalt 60 est couramment utilisé pour la production de rayons gamma. Les rayons gamma provoquent des mutations chromosomiques et génétiques comme les rayons X en éjectant des électrons des atomes des tissus qu'ils traversent. De nos jours, les rayons gamma sont également largement utilisés pour l'induction de mutations dans diverses plantes cultivées.

iii. Particules alpha:

Les rayons alpha sont composés de particules alpha. Ils sont constitués de deux protons et de deux neutrons et ont donc une double charge positive. Ils sont densément ionisants, mais moins pénétrants que les rayons bêta et les neutrons. Les particules alpha sont émises par les isotopes d'éléments plus lourds.

Ils ont une charge positive et sont donc ralentis par la charge négative des tissus, ce qui entraîne un faible pouvoir de pénétration. Les particules alpha conduisent à la fois à l'ionisation et à l'excitation entraînant des mutations chromosomiques.

iv. Particules bêta:

Les rayons bêta sont composés de particules bêta. Ils sont peu ionisants mais plus pénétrants que les rayons alpha. Les particules bêta sont générées à partir de la désintégration radioactive d'éléments plus lourds tels que 3H, 32P, 35S, etc. Elles sont chargées négativement, par conséquent, leur action est réduite par la charge positive des tissus. Les particules bêta agissent également par ionisation et excitation comme les particules alpha et entraînent des mutations chromosomiques et génétiques.

v. Neutrons rapides et thermiques:

Ce sont des particules densément ionisantes et hautement pénétrantes. Puisqu'il s'agit de particules électriquement neutres, leur action n'est pas ralentie par les particules chargées (négatives ou positives) des tissus. Ils sont générés à partir de la désintégration radioactive d'éléments plus lourds dans des réacteurs atomiques ou des cyclotrons. En raison de leur grande vitesse, ces particules sont appelées neutrons rapides.

Leur vitesse peut être réduite par l'utilisation de graphite ou d'eau lourde pour produire des neutrons lents ou des neutrons thermiques. Les neutrons rapides et thermiques entraînent à la fois des cassures chromosomiques et des mutations génétiques. Comme ce sont des particules lourdes, elles se déplacent en ligne droite. Les neutrons rapides et thermiques sont utilisés efficacement pour l'induction de mutations, en particulier chez les espèces végétales à reproduction asexuée.

vi. Rayons ultraviolets:

Les rayons UV sont des rayonnements non ionisants, qui sont produits par des lampes ou des tubes à vapeur de mercure. Ils sont également présents dans le rayonnement solaire. Les rayons UV peuvent pénétrer dans une ou deux couches cellulaires. En raison de leur faible capacité de pénétration, ils sont couramment utilisés pour le rayonnement de micro-organismes comme les bactéries et les virus.

Chez les organismes supérieurs, leur utilisation est généralement limitée à l'irradiation du pollen des plantes et des œufs de la drosophile. Les rayons UV peuvent également casser les chromosomes. Ils ont deux effets chimiques principaux sur les pyrimidines.

Le premier effet est l'ajout d'une molécule d'eau qui affaiblit la liaison H avec son complément purique et permet une séparation localisée des brins d'ADN. Le deuxième effet est de joindre les pyrimidines pour former un dimère de pyrimidine.

Cette dimérisation peut produire des dimères TT, CC, UU et mixtes de pyrimidine comme CT. La dimérisation interfère avec la synthèse d'ADN et d'ARN. Les dimères interbrins réticulent les chaînes d'acides nucléiques, inhibant la séparation et la distribution des brins.

Mutagènes chimiques:

Il existe une longue liste de produits chimiques utilisés comme mutagènes. Le traitement détaillé de ces produits chimiques dépasse le cadre de cette discussion.

Les mutagènes chimiques peuvent être divisés en quatre groupes, à savoir :

Une brève description de certains produits chimiques couramment utilisés de ces groupes est présentée ci-dessous.

une. Agents alkylants:

C'est le groupe de mutagènes le plus puissant. Ils induisent des mutations en particulier des transitions et des transversions en ajoutant un groupe alkyle (soit éthyle ou méthyle) à diverses positions dans l'ADN. L'alkylation produit une mutation en modifiant la liaison hydrogène de diverses manières.

Les agents alkylants comprennent l'éthyl méthane sulfonate (EMS), le méthyl méthane sulfonate (MMS), les éthylène imines (EI), la moutarde au soufre, la moutarde à l'azote, etc.

Parmi ceux-ci, les trois premiers sont d'usage courant. Étant donné que l'effet des agents alkylants ressemble à ceux des rayonnements ionisants, ils sont également connus sous le nom de produits chimiques radiomimétiques. Les agents alkylants peuvent provoquer diverses déformations, grandes et petites, de la structure de base, entraînant des transitions et des transversions de paires de bases.

Les transversions peuvent se produire soit parce qu'une purine a été tellement réduite en taille qu'elle peut accepter une autre purine pour son complément, soit parce qu'une pyrimidine a tellement augmenté en taille qu'elle peut accepter une autre pyrimidine pour son complément. Dans les deux cas, le diamètre de la paire de bases mutante est proche de celui d'une paire de bases normale.

b. Analogues de base:

Les analogues de bases font référence à des composés chimiques très similaires aux bases d'ADN. De tels produits chimiques sont parfois incorporés dans l'ADN à la place de la base normale pendant la réplication. Ainsi, ils peuvent provoquer une mutation par mauvais appariement de bases. Un appariement de bases incorrect entraîne des transitions ou des transversions après la réplication de l'ADN. Les analogues de base les plus couramment utilisés sont le 5 bromo uracile (5BU) et la 2 amino purine (2AP).

5 bromo uracile est similaire à la thymine, mais il a du brome en position C5, alors que la thymine a CH3 groupe en position C5. La présence de brome dans 5BU améliore son passage tautomère de la forme céto à la forme énol. La forme céto est une forme habituelle et plus stable, tandis que la forme énol est une forme rare et moins stable ou de courte durée. Le changement tautomère a lieu dans les quatre bases d'ADN, mais à une fréquence très faible.

Le changement ou le déplacement d'atomes d'hydrogène d'une position à une autre dans une base purique ou pyrimidique est connu sous le nom de déplacement tautomère et un tel processus est connu sous le nom de tautomérisation.

La base qui est produite à la suite de la tautomérisation est connue sous le nom de forme tautomère ou tautomère. À la suite de la tautomérisation, le groupe amino (-NH2) de cytosine et d'adénine est converti en groupe imino (-NH). De même, le groupe céto (C = 0) de la thymine et de la guanine est remplacé par le groupe énol (-OH).

Le 5BU est similaire à la thymine, par conséquent, il s'apparie avec l'adénine (à la place de la thymine). Un tautomère de 5BU s'appariera à la guanine plutôt qu'à l'adénine. Étant donné que la forme tautomère est de courte durée, elle se transformera en forme céto au moment de la réplication de l'ADN qui s'appariera à l'adénine à la place de la guanine.

De cette manière, il en résulte des transitions AT GC et GC —> AT. Le mutagène 2AP agit de manière similaire et provoque des transitions AT <-> GC. C'est un analogue de l'adénine.

c. Colorants à l'acridine:

Les colorants acridines sont des mutagènes très efficaces. Les colorants d'acridine comprennent la pro-flavine, l'orange d'acridine, le jaune d'acridine, l'acriflavine et le bromure d'éthidium. Parmi ceux-ci, la pro-flavine et l'acriflavine sont couramment utilisées pour l'induction d'une mutation. Les colorants acridine s'insèrent entre deux paires de bases d'ADN et conduisent à l'ajout ou à la suppression d'une ou de quelques paires de bases lorsque l'ADN se réplique (Fig. 14.1).

Ainsi, ils provoquent des mutations de décalage du cadre de lecture et pour cette raison, les colorants acridines sont également connus sous le nom de mutagènes de décalage du cadre de lecture. La proflavine est généralement utilisée pour l'induction de mutations dans les bactériophages et l'acriflavine dans les bactéries et les organismes supérieurs.

ré. Autres mutagènes:

D'autres mutagènes chimiques importants sont l'acide nitreux et l'hydroxyamine. Leur rôle dans l'induction de la mutation est brièvement décrit ici. L'acide nitreux est un puissant mutagène qui réagit avec les groupes amino C6 de la cytosine et de l'adénine. Il remplace le groupe amino par de l'oxygène (liaison + à – H). En conséquence, la cytosine agit comme la thymine et l'adénine comme la guanine.

Ainsi, des transversions de GC —> AT et AT —> GC sont induites. L'hydroxylamine est un mutagène très utile car elle semble être très spécifique et ne produit qu'un seul type de changement, à savoir la transition GC -> AT. Tous les mutagènes chimiques, à l'exception des analogues de base, sont connus sous le nom de modificateurs d'ADN.

6. Détection de mutation:

La détection des mutations dépend de leurs types. Les mutations morphologiques sont détectées soit par modification du phénotype d'un individu, soit par modification du rapport de ségrégation dans un croisement entre individus normaux (avec marqueur) et irradiés. Les mutations moléculaires sont détectées par un changement dans le nucléotide, et une mutation biochimique peut être détectée par altération dans une réaction biochimique.

Les méthodes de détection des mutants morphologiques ont été développées principalement avec la drosophile. Quatre méthodes, à savoir, (1) la méthode CIB, (2) la méthode Muller’s 5, (3) la méthode du chromosome X attaché et (4) la méthode de la prune à lobes bouclés sont couramment utilisées pour la détection de mutations chez la drosophile.

Une brève description de chaque méthode est présentée ci-dessous :

Cette méthode a été développée par Muller pour la détection de mutations létales récessives liées au sexe induites chez la drosophile mâle. Dans cette technique, C représente une inversion paracentrique dans une grande partie du chromosome X qui supprime le croisement dans la partie inversée. Le I est un mortel récessif. Les femelles avec un gène létal ne peuvent survivre qu'à l'état hétérozygote.

Le B signifie bar eye qui agit comme un marqueur et aide à l'identification des mouches. Le I et le B sont hérités ensemble car C ne permet pas de croisement entre eux. Les mâles avec le chromosome CIB ne survivent pas en raison de l'effet mortel.

Les étapes importantes de cette méthode sont les suivantes :

(a) Un croisement est réalisé entre la femelle CIB et le mâle traité par mutagène. en fa1 la moitié des mâles ayant un chromosome X normal survivront et ceux porteurs du chromosome CIB mourront. Parmi les femelles, la moitié ont le chromosome CIB et l'autre le chromosome normal (Fig. 14.2). De F1, les femelles avec le chromosome CIB et les mâles avec le chromosome normal sont sélectionnés pour un croisement ultérieur.

(b) Maintenant, un croisement est fait entre la femelle CIB et le mâle normal. Cette fois, la femelle CIB a un chromosome CIB et un chromosome traité par mutagène reçus du mâle lors d'un croisement antérieur.

Cela produira deux types de femelles, à savoir, la moitié avec le chromosome CIB et l'autre moitié avec le chromosome traité par mutagène (avec un phénotype normal). Tant la progéniture survivra. Dans le cas des hommes, la moitié avec CIB mourra et l'autre moitié aura un chromosome traité par mutagène.

Si une mutation mortelle a été induite dans le chromosome X traité avec un mutagène, les demi-mâles restants mourront également, entraînant l'absence de descendance mâle dans le croisement ci-dessus. Absence de descendance mâle en F2 confirme l'induction d'une mutation létale récessive liée au sexe chez le mâle drosophile traité par mutagène.

ii. Méthode Muller 5:

Cette méthode a également été développée par Muller pour détecter une mutation liée au sexe chez la drosophile. Cette méthode est une version améliorée de la méthode CIB. Cette méthode diffère de la méthode CIB par deux aspects importants. Tout d'abord, cette méthode utilise le gène récessif de l'abricot à la place du létal récessif dans la méthode CIB. Deuxièmement, la femelle est homozygote pour les gènes d'abricot bar, alors qu'elle est hétérozygote pour les gènes IB dans la méthode CIB.

Dans cette méthode, la mutation est détectée par l'absence de mâles sauvages dans F2 progéniture. Cette méthode consiste à suivre des étapes importantes (Fig. 14.3).

une. Une femelle homozygote bar abricot est croisée avec un mâle traité au mutagène. en fa1 nous obtenons deux types de descendance, à savoir des femelles hétérozygotes bar et des mâles bar abricot (Muller).

b. Ces F1 sont inter-appariés. Cela produit quatre types d'individus. La moitié des femelles sont homozygotes bar abricot et la moitié sont bar hétérozygotes. Parmi les mâles, la moitié sont bar abricot (Muller 5) et la moitié devrait être normale. Si une mutation mortelle est induite, le mâle normal sera absent de la descendance.

iii. Méthode X attachée:

Cette méthode est utilisée pour détecter les mutations visibles liées au sexe chez la drosophile. Dans cette méthode, une femelle dans laquelle deux chromosomes X sont unis ou attachés ensemble est utilisée pour étudier la mutation (Fig. 14.4). Par conséquent, cette méthode est connue sous le nom de méthode X attachée. Les femelles X attachées (XXY) sont croisées avec un mâle traité par mutagène. Ce croisement donne naissance à des super femelles (XX-X), des femelles attachées (XXY), des mâles mutants (XY) et des YY.

Les individus YY meurent et la super-femelle meurt aussi généralement. Le mâle survivant a reçu le chromosome X d'un mâle traité par mutagène et le chromosome Y d'une femelle X attachée. Étant donné que le chromosome Y n'a pas d'allèle correspondant du chromosome X, même une mutation récessive s'exprimera chez un tel mâle qui peut être facilement détectée.

iv. Méthode Lobe-Prune Bouclée:

Cette méthode est utilisée pour la détection de mutations dans les autosomes. Dans cette méthode, bouclés fait référence aux ailes bouclées, de lobe à œil lobé et de prune à prune ou œil brunâtre. Tous ces trois gènes sont mortels récessifs. Les gènes bouclés (CY) et lobés (L) sont situés dans un chromosome et prune (Pm) dans un autre chromosome mais homologue.

Le croisement entre ces chromosomes ne peut pas se produire en raison de la présence d'une inversion. De plus, les individus homozygotes pour CYL ou Pm ne peuvent pas survivre en raison de l'effet létal. Seuls les hétérozygotes survivent. Ainsi, ce système est également connu sous le nom de système létal équilibré. Cette méthode comprend les étapes suivantes (Fig. 14.5).

une. Un croisement est fait entre la femelle prune à lobes frisés (CYL/Pm) et le mâle traité au mutagène. Cela produit 50 % de descendance sous forme de lobe frisé et 50 % sous forme de prune.

b. Dans la deuxième génération, le croisement est fait entre la femelle à lobes bouclés et le mâle prune à lobes bouclés.Cela donnera naissance à des individus à lobes frisés, à lobes frisés et à prunes dans un rapport de 1 : 1 : 1 et les frisés homozygotes mourront en raison d'un effet mortel. À partir de cette descendance, les femelles et les mâles à lobes frisés sont sélectionnés pour un nouvel accouplement.

c. En troisième génération, un croisement est réalisé entre la femelle à lobes bouclés portant un autosome traité par mutagène et le mâle à lobes bouclés portant également un autosome traité. Il en résulte une production de 50 % de descendance sous forme de lobe bouclé, 25 % de lobe bouclé homozygote qui meurent et 25 % de descendance homozygote pour les autosomes traités.

Cela s'exprimera sous forme de mutation autosomique récessive et constituera un tiers de la descendance survivante. Une comparaison des différentes méthodes de détection de mutation chez la drosophile est présentée dans le tableau 14.4.

Détection de mutations dans les plantes:

Comme indiqué précédemment, les techniques de détection des mutations induites ont été majoritairement développées sur la drosophile. Chez les plantes, de telles techniques n'ont pas été développées correctement. Chez les plantes, deux méthodes sont utilisées pour la détection des mutations en fonction de la visibilité des mutations.

Ces méthodes sont brièvement décrites ci-dessous :

je. Détection de mutations visibles:

Les mutations visibles se produisent généralement dans les caractères qualitatifs ou oligogéniques. De telles mutations sont détectées sur la base d'un phénotype altéré.

Cette technique consiste en les étapes suivantes :

une. Les graines sont traitées avec un mutagène. À cette fin, une variété ou une souche améliorée est utilisée.

b. Les semences traitées sont cultivées dans le champ expérimental. Ces plantes sont connues sous le nom de M1 plantes ou M1 génération. Ces M1 les plantes sont autofécondées pour éviter l'allogamie. Les graines obtenues à partir de M1 les plantes représentent M2 génération de graines.

c. Les graines obtenues à partir de M1 les plantes sont cultivées pour obtenir M2 les plantes. Une population suffisamment importante doit être élevée en M2 génération pour obtenir des phénotypes mutants qui apparaissent généralement à faible fréquence.

ré. Une recherche est effectuée pour identifier ou détecter des plantes qui diffèrent de la variété parentale. Ces plantes sont isolées et leur fréquence est estimée. De telles mutations sont appelées macromutations.

Dans le maïs, une procédure différente est utilisée pour la détection des mutations visibles. Chez le maïs, certaines souches sont homozygotes pour plusieurs gènes récessifs et d'autres souches sont homozygotes pour plusieurs gènes dominants. Les graines des lignées dominantes homozygotes sont traitées avec un mutagène et M1 les plantes sont élevées. Ces M1 les plantes sont croisées avec des souches récessives homozygotes.

Les plantes traitées au mutagène sont utilisées comme femelles en raison de la présence d'un certain degré de stérilité mâle dans ces plantes en conséquence de l'effet mutagène. Le F1 la descendance d'un tel croisement est cultivée et une recherche est effectuée pour détecter les plantes avec un phénotype récessif pour un gène spécifique. La présence de plantes à phénotype récessif pour un gène confirme l'induction d'une mutation.

ii. Détection de la mutation invisible:

Les mutations invisibles se produisent généralement dans des caractères quantitatifs ou polygéniques comme le rendement et la teneur en protéines. La détection de telles mutations nécessite une mesure quantitative de ces caractères. Pour les rendements, la variété traitée au mutagène et non traitée est cultivée dans des essais répétés.

Si le rendement des traitements traités et non traités diffère de manière significative, la présence d'une mutation est indiquée. De même, si la teneur en protéines du matériel traité diffère de manière significative de la variété parentale, cela indique qu'une mutation a eu lieu. De telles mutations sont appelées micro-mutations.

7. Méthode de carence nutritionnelle des mutations:

Cette méthode de détection des mutations induites est utilisée chez des micro-organismes comme Neurospora. La souche normale est traitée avec un mutagène puis cultivée sur milieu minimal. Un milieu minimal contient du sucre, du sel, des acides inorganiques, de l'azote et de la vitamine biotine. La souche normale de Neurospora se développe bien sur le milieu minimal, mais un mutant biochimique ne parvient pas à se développer sur un tel milieu.

Ceci confirme l'induction de la mutation. Puis le milieu minimal est additionné de certaines vitamines ou acides aminés, un à un et la croissance est observée. Le milieu qui entraîne une croissance normale de moisissure traitée par le mutagène indique que le mutant manque de synthèse de cette vitamine ou de cet acide aminé particulier, dont l'addition au milieu de culture minimal a entraîné une croissance normale de la souche traitée.

8. Mutations spontanées:

Les mutations naturelles sont appelées mutations spontanées. De telles mutations sont induites par des agents mutagènes chimiques ou des radiations présentes dans l'environnement extérieur auquel un organisme est exposé. La température affecte également la fréquence des mutations spontanées. Une augmentation de 10°C de la température conduit à une multiplication par cinq du taux de mutation dans un organisme exposé à une telle variation de température.

Un changement drastique de température dans n'importe quelle direction produit un effet encore plus important sur la fréquence des mutations. Des conditions environnementales externes de tout type, c'est-à-dire extrêmement élevées ou faibles, entraînent une augmentation de la fréquence de mutation.

L'environnement interne d'un organisme joue également un rôle important dans l'induction de mutations spontanées. Par exemple, des réarrangements spontanés de bases d'ADN entraînent des transitions de paires de bases. De même, des erreurs dans la réparation ou la réplication de l'ADN peuvent provoquer des mutations spontanées.

9. Applications des mutations dans l'amélioration des cultures:

Les mutations induites sont utiles dans l'amélioration des cultures de cinq manières principales, à savoir :

(1) Développement de variétés améliorées,

(2) Induction de la stérilité masculine,

(4) Création de variabilité génétique, et

(5) Surmonter l'auto-incompatibilité.

Ceux-ci sont brièvement discutés ci-dessous :

je. Développement de variétés améliorées:

Plus de 2000 variétés améliorées (certaines directement et d'autres par l'utilisation de mutants dans l'hybridation) ont été développées grâce à des mutations induites dans diverses grandes cultures à travers le monde.

En Inde, les mutations induites ont joué un rôle déterminant dans le développement de variétés améliorées de blé (NP 836, Sarbati Sonor’a, Pusa Lerma), d'orge (RDB 1), de riz (Jagannath, IIT 48, NT 60), de tomate, de ricin (Aruna , Sobhagya), le coton (MCU 7, MCU 10, Indore 2), l'arachide (TGI), la canne à sucre (Co 8152, 8153) et plusieurs autres cultures.

Outre un rendement élevé, des variétés ont été développées avec une meilleure qualité, une précocité, un nanisme, une résistance aux maladies et une faible teneur en toxines dans diverses cultures.

Une amélioration de la qualité a été obtenue pour la teneur en protéines du blé et du riz, la teneur en huile de la moutarde et la teneur en sucre de la canne à sucre. La précocité a été atteinte pour le ricin (de 270 jours à 140 jours), le riz et le soja. Des variétés naines ont été développées grâce à l'utilisation de parents mutants dans le blé, le riz, le sorgho et le mil.

Une résistance aux maladies a été induite dans l'avoine à la brûlure de Victoria et à la rouille couronnée du blé pour la rouille jaune de l'orge pour le mildiou de l'arachide pour la tache foliaire et la rouille de la tige de la canne à sucre pour la pourriture rouge de la pomme pour le mildiou, etc. Des variétés à faible teneur en toxines ont été développées en colza et moutarde pour l'acide érusique et dans Lathyrus sativa pour la teneur en neurotoxines.

ii. Induction de la stérilité masculine:

Les mutations induites ont été utiles dans l'induction de la stérilité mâle dans certaines plantes cultivées. La stérilité mâle génétique a été induite chez le blé dur à l'aide de radiations. Des mutants CMS ont été induits dans l'orge, la betterave à sucre, le mil et le coton. L'utilisation de lignes GMS et CMS aide à réduire le coût de production de semences hybrides.

iii. Production d'Haploïdes:

L'utilisation de pollens irradiés aux rayons X a contribué à la production d'haploïdes dans de nombreuses cultures. Le doublement chromosomique de ces haploïdes entraîne le développement de lignées consanguines qui peuvent être utilisées dans le développement d'hybrides commerciaux.

iv. Création de la variabilité génétique:

Les mutations induites sont très efficaces pour créer une variabilité génétique pour divers caractères économiques chez les plantes cultivées. Les mutations induites ont été utilisées pour augmenter la gamme de variabilité génétique dans l'orge, l'avoine, le blé et de nombreuses autres cultures. Dans les cultures à propagation asexuée comme la canne à sucre et la pomme de terre, les mutations somatiques peuvent être utiles, car la plante mutante peut être multipliée sous forme de clone.

v. Surmonter Auto-incompatibilité :

La mutation du gène S par irradiation offre une solution à la production de plantes autofertiles chez des espèces auto-incompatibles. Cela a été un succès dans le cas de Prunusovium. Outre cette application pratique dans l'amélioration des cultures, les mutations induites sont d'un intérêt fondamental dans les études génétiques.

Les mutations induites ont également certaines limitations. La plupart des mutations sont délétères et indésirables. L'identification des micro-mutations, qui sont plus utiles à un obtenteur, est généralement très difficile. Étant donné que les mutations sont produites à une fréquence très faible, une très grande population de plantes doit être criblée pour identifier et isoler les mutants souhaitables.


Conférence 23 : Mutants et Mutations - Biologie

C2005/F2401 '06 -- Conférence 15 -- Dernière édition : 29/10/06 12:20
Copyright 2006 Deborah Mowshowitz et Lawrence Chasin Department of Biological Sciences Columbia University New York, NY .

Documents : 15A -- Induction vs Répression Répression vs Inhibition de Larsen & 15 B -- Opérons

I. Mutation. (Ceci est une répétition du sujet VI de la leçon 14)

  • Synthèse des protéines. Si vous faites une erreur en alignant les AA, et alors ? 1 molécule de protéine mauvaise. Ce n'est pas grave tant que ça n'arrive pas trop souvent.
  • Synthèse d'ARNt ou d'ARNr. Si vous faites une erreur en alignant les nucléotides dans une molécule d'ARNt ou d'ARNr, les résultats sont similaires.
  • Synthèse d'ARNm. Si vous faites une erreur en alignant les nucléotides dans l'ARNm, obtenez quelques mauvaises molécules de protéines. Pire, mais supportable. Une fois que cette molécule d'ARNm est jetée, le nouvel ARNm et la nouvelle protéine fabriqués seront ok.
  • Réplication de l'ADN. Si vous faites une erreur en alignant les nucléotides dans l'ADN, que faire alors ? Les erreurs peuvent être réparées, les cellules ont des enzymes pour cela. S'il n'est pas réparé, lors de la réplication suivante, un descendant obtient un ADN complètement modifié et la séquence modifiée est transmise pour toujours. Tous les nouveaux ARN et protéines seront modifiés. C'est donc très grave, et c'est ce qu'on entend par mutation. (Les erreurs dans la synthèse de l'ARN et des protéines - tant que l'ADN est correct - ne sont pas appelées mutations. Elles sont appelées erreurs.)

B. Comment se produisent les erreurs dans la synthèse de l'ADN ?

Les bases peuvent mal s'apparier (si elles sont sous une mauvaise forme tautomère ou endommagées - Voir Purves 12.19). L'ADN polymérase peut glisser par rapport à la matrice et ajouter des bases supplémentaires ou en laisser de côté. La relecture maintient les erreurs d'appariement faibles mais pas nulles. Les enzymes de réparation corrigent certaines erreurs. (voir ci-dessous pourquoi les mutations sont nécessaires) Après une erreur (mettre une mauvaise base) se produit, l'autre brin est toujours correct. Mais si l'ADN avec une erreur dans un brin est répliqué avant que l'erreur ne soit corrigée, l'une des molécules filles aura deux brins modifiés. (Une autre molécule fille ira bien.)

C. Définition/terminologie des mutations Voir Becker Box 22B p. 700 (20B p. 685) ou Purves pp. 250-252 (234-235).

1. Erreurs vs Mutations . Les erreurs dans la synthèse de l'ARN ou des protéines sont appelées erreurs, mais les erreurs dans la synthèse de l'ADN (qui ne sont pas corrigées) sont appelées mutations. Tout ce qui modifie l'ADN s'appelle une mutation, et un organisme avec une mutation s'appelle un mutant. L'organisme normal ou de départ (ou standard) est souvent appelé "type sauvage". Un changement dans l'ARN ou la protéine qui n'affecte pas l'ADN n'est pas appelé mutation.

2. Substitutions vs suppressions/insertions/décalages de trame.

Substitution = changement de base(s) suppression/insertion = suppression ou ajout de base(s). Une insertion/suppression de 1 ou 2 bases est appelée un décalage du cadre de lecture car l'ARNm avec une telle mutation est mal lu dans le mauvais "cadre de lecture" (mauvais groupes de trois nucléotides) jusqu'à la fin du gène (ou jusqu'à ce que le ribosome atteigne un codon d'arrêt ). Notez la différence drastique d'effets entre les substitutions et les décalages de cadre. Une mutation qui génère un codon d'arrêt est parfois appelée une mutation "non-sens", une mutation qui change un acide aminé en un autre est appelée une mutation "non-sens". Voir Becker Box 22B (20B) ou Purves p. 252 (276).

3. Phénotype et génotype

L'état de l'ADN est connu sous le nom de génotype les propriétés observables de l'organisme sont connues sous le nom de phénotype. Une mutation change le génotype, mais peut ou non changer le phénotype. Voir les problèmes de récitation #8.

D. Pourquoi les mutations sont-elles importantes ?

1. Source de diversité évolutive -- source de toutes les variations de phénotype pour que la sélection agisse sur la raison pour laquelle il existe différentes espèces (et pourquoi nous sommes ici). C'est bon dans l'ensemble, mais pas bon pour nous quand c'est le VIH ou la grippe ou tout autre agent infectieux qui mute.

2. Source de diversité individuelle (et non fonctionnelle). La mutation entraîne des variations dans l'ADN non codant. Cela a peu ou pas de conséquences fonctionnelles, mais les variations sont utiles pour tracer des lignes de descendance évolutives et faire des identifications. (C'est la base de tous les identifiants médico-légaux.) Les variations qui n'affectent pas le phénotype persistent car il n'y a pas de sélection pour ou contre une version particulière. (Les individus porteurs d'une mutation particulière ne présentent aucun avantage ou inconvénient en matière de reproduction.)

3. Provoquer des maladies héréditaires comme l'hémophilie, Tay Sachs, etc. (Peut provoquer le cancer dans les cellules somatiques.) Pour conserver les avantages de (1) et éviter les inconvénients de (3), les organismes maintiennent le niveau de mutation bas mais non nul par une édition, une réparation, etc.

4. Les mutations sont un outil très utile pour comprendre comment les choses fonctionnent.

  • L'étude des effets des décalages de trames nous a permis de commencer à déchiffrer le code génétique -- voir le livre de prob, les problèmes de récitation et les textes (par ex. Becker pp. 655-657 [640-643])
  • Nous permet d'éliminer une protéine à la fois et de voir ce qui se passe - cela implique quelle fonction de la protéine était en premier lieu. (Comme pour déterminer les voies dans le livre prob.) Le même effet peut souvent être obtenu avec l'ARNi (ou antisens).

Remarque : Dans ce cours, nous vous expliquons souvent d'abord comment cela fonctionne, puis nous vous donnons des mutations pour tester votre compréhension. Historiquement, cela fonctionne généralement à l'envers - les mutations sont étudiées en premier et les détails de son fonctionnement sont déterminés à partir de l'analyse des mutants. Par exemple, le code génétique a été partiellement « fissuré » en examinant les mutations et en voyant comment les changements dans l'ADN étaient corrélés aux changements dans la protéine correspondante. (Il a fallu de la biochimie pour terminer le travail.) Voir les textes pour plus de détails.

Pour passer en revue les mutations, voir les problèmes de récitation #8 et le problème 7-22. (7-23, 7-24 et 7-26 traitent également des mutations.)

II. Introduction à la régulation chez les procaryotes (Voir document 15A)

A. Pourquoi la régulation de la synthèse enzymatique est raisonnable et/ou nécessaire – considérez certaines enzymes typiques – enzymes glycolytiques, la bêta-galactosidase (nécessaire pour décomposer et métaboliser le lactose = dimère de glucose et de galactose) et la trptophane synthétase (nécessaire pour synthétiser le trp ). (Voir Becker 23-1.) Quand ces enzymes sont-elles nécessaires ?

1. Enzymes glycolytiques -- toujours nécessaire

2. Bêta-galactosidase -- seulement nécessaire si lactose présent (et doit être décomposé) le niveau d'enzyme doit être faible jusqu'à ce que le lactose soit ajouté au milieu.

3. TS (trp synthétase) -- seulement nécessaire si trp bas ou absent (alors trp doit être synthétisé afin de fabriquer des protéines) - le niveau d'enzyme doit être élevé jusqu'à ce que trp soit ajouté au milieu.

B. Les phénomènes - Les enzymes (comme celles ci-dessus) sont-elles réellement fabriquées uniquement lorsqu'elles sont nécessaires ? Les graphiques sur le polycopié 15A montrent ce qui arrive au niveau de l'enzyme appropriée si vous ajoutez ou enlevez la petite molécule appropriée, à savoir le lactose (lac) ou le tryptophane (trp).

1. Exemple d'induction -- Lactose (petite molécule) = inducteur = signal à tourner au synthèse de l'enzyme appropriée synthèse de la bêta-galactosidase (enzyme) est appelé phénomène inductible est connu sous le nom d'induction. (Voir aussi Purves 13.13)

2. Exemple de répression -- tryptophane (petite molécule) = co-répresseur = signal à tourner désactivé synthèse de l'enzyme appropriée synthèse de trp synthétase (enzyme) est appelé phénomène répressible est connu sous le nom de répression.

3. Synthèse constitutive -- La synthèse de certaines protéines, telles que les enzymes de la glycolyse, est dite constitutive = la synthèse des enzymes est "on" à tout moment.

C. Résumé de la terminologie -- voir le tableau au milieu du polycopié 15A

La régulation est traitée dans l'ensemble de problèmes 12. Pour passer en revue le matériel des parties A-C, voir le problème 12-1, parties A et B.

D. Comparaison du refoulement au feedback. Pourquoi avez-vous besoin des deux types de régulation ? Facteurs à considérer :

  • Vitesse (l'inhibition est plus rapide)
  • Quelles enzymes sont affectées (première dans la voie dans l'inhibition f.b. vs toutes les enzymes de la voie dans la répression)
  • Qu'est-ce qui est changé - activité enzymatique (inhibition) vs synthèse d'enzymes ou gène activité (répression)

Dans l'ensemble, avoir un contrôle grossier (répression/induction) par rapport à un contrôle fin (inhibition/activation). Voir le tableau et l'image dans la moitié inférieure du document 15A. Voir aussi Purves 13.14. Remarque : L'activation et l'induction enzymatiques peuvent être comparées de la même manière : l'activation augmente l'activité enzymatique tandis que l'induction active la synthèse enzymatique

Après vous avez compris le mécanisme du refoulement et souhaitez revoir les différences entre le refoulement et la rétro-inhibition, essayez le problème 12-2, esp. partie D, et 12R-4. (Assurez-vous de comprendre la répression avant d'essayer ces problèmes - faites d'abord 12-1 C et 12-2 A-B.)

III. Mécanisme de régulation des procaryotes (Voir document 15B) -- Opéron

A. Comment le contrôle coordonné est-il réalisé ? Panneau supérieur gauche sur le document -- idée de cluster ou d'opéron. (Voir Purves 13.16 ou Becker fig. 23-3.)

1. Les gènes régulés ensemble sont liés -- les gènes à contrôler de manière coordonnée (activés et désactivés ensemble) sont côte à côte sur l'ADN.

2. ARNm polycistronique. Les gènes liés sont transcrits comme une unité pour donner un seul ARNm. Un ARNm est produit par opéron (pas un ARNm par gène), car tous les gènes d'un cluster partagent un seul promoteur. Un ARNm capable de coder pour plusieurs peptides (ARNm qui provient de plusieurs gènes) est appelé polycistronique (cistron = autre terme pour gène).

3. Contrôle transcriptionnel -- La régulation est au niveau de la transcription. Le niveau de traduction est contrôlé en régulant la synthèse d'ARNm. C'est la méthode habituelle de régulation de la synthèse des protéines chez les procaryotes.
Étant donné que l'ARNm a une demi-vie courte chez les procaryotes, la régulation de la synthèse d'ARNm contrôle le niveau d'ARNm à l'état d'équilibre. La traduction en soi (et la dégradation de l'ARNm) ne sont pas réglementées ici. (Dans certains cas prok. et de nombreux cas euk., ceux-ci sont également réglementés.)

4. Définition d'un opéron = groupe de gènes de structure liés (codant l'enzyme) et de sites régulateurs qui sont transcrits en une seule unité. (Remarque : le gène de la protéine répresseur est parfois considéré comme faisant partie de l'opéron et parfois non. Généralement, le rôle du répresseur dans le contexte est expliqué plus en détail ci-dessous.)

5. Ponctuation. Notez que la traduction et la transcription ont des signaux d'arrêt et de démarrage différents. La transcription commence à la traduction des promoteurs aux codons de démarrage (AUG). Quelles sont les conséquences?

une. L'ARNm a des UTR . Il a des leaders (région non traduite à l'extrémité 5' avant le premier AUG ou 5' UTR) et des remorques (extrémité 3' non traduite ou 3' UTR).

b. Nombres: Le nombre de débuts de transcription (promoteurs) pour un message est égal à un. Le nombre de débuts de traduction peut être plusieurs (un par peptide) chez les procaryotes.

c. La traduction d'un ARNm polycistronique commence à plusieurs codons d'initiation. Un ribosome s'assemble au premier AUG et commence la traduction. Une fois que chaque peptide est terminé, le ribosome peut continuer le long de l'ARNm jusqu'au prochain codon de démarrage et démarrer une nouvelle chaîne peptidique. Alternativement, le ribosome peut se détacher (et se dissocier en sous-unités) lorsqu'il s'agit d'un codon d'arrêt. Dans ce cas, un nouveau ribosome se forme au prochain codon d'initiation et démarre la traduction du peptide suivant.

B. Comment la transcription du cluster est désactivée - Panneau supérieur droit de 15B - Rôle du répresseur et de l'opérateur - opéron "" (voir Becker fig. 23-4, panneau supérieur ou Purves fig. 13.17 panneau supérieur.)

1. Rôle de l'opérateur (O) = site d'ADN pour agir dans le cadre de l'interrupteur marche/arrêt -- se lie à la protéine du répresseur lorsque le répresseur est sous une forme appropriée ou active (rectangle sur le document).

2. Rôle de la protéine répresseur = autre moitié de l'interrupteur marche/arrêt (avec O). Le répresseur se lie à l'opérateur et empêche l'ARN polymérase de se lier à l'ADN et de transcrire l'opéron. (Purves fig. 13.15)

une. Il existe une protéine répresseur différente pour chaque opéron. Le répresseur se lie à une séquence spécifique d'ADN trouvée dans son opérateur respectif.

b. La synthèse de la protéine répresseur est constitutive -- toujours allumé. Le gène du gène répresseur a un promoteur mais pas d'opérateur. (L'état de la protéine répresseur varie, pas la quantité voir ci-dessous.)

C. Comment se produisent l'induction et le refoulement -- Rôle des effecteurs

1. La protéine répresseur est allostérique (a deux formes) -- une qui colle à l'opérateur et bloque la transcription (rectangle sur le document) et l'autre qui ne le fait pas (arrondi sur le document). Voir Becker Fig. 23-5 (21-5).

2. Le répresseur lie l'effecteur (inducteur ou co-répresseur). Chaque protéine répresseur/régulateur est unique en ce qu'elle se lie au bon co-répresseur ou inducteur (voir ci-dessous) ainsi qu'au bon opérateur.

3. L'effecteur détermine dans quelle forme se trouve le répresseur. La quantité de protéine répresseur présente ne change pas (voir ci-dessus) la forme du répresseur est Est-ce que monnaie. L'effecteur à petite molécule (inducteur ou co-répresseur) déplace l'équilibre entre les deux formes, déplaçant ainsi l'équilibre entre le répresseur libre et lié et tournant l'opéron "" ou ""

4. Comment le répresseur monte-t-il ou sort-il de l'ADN ? L'image sur le document implique que le répresseur est soit "on" soit "off" l'opérateur. Il existe en fait un équilibre entre le répresseur "collant" libre et lié -- les molécules "rectangulaires" s'allument et s'éteignent spontanément. L'effecteur modifie cet équilibre en se liant au répresseur libre et en modifiant l'affinité du répresseur pour l'opérateur. Ou vous pouvez penser à l'effecteur comme modifiant les concentrations relatives de rectangles et de cercles libres. (La direction du changement dépend de s'il s'agit d'un opéron inductible ou répressible - voir ci-dessous.)

D. Un exemple d'induction -- (voir panneau central du document 15B ou Becker fig. 23-4 (21-4) ou Purves 13.17). Pour une animation, essayez http://vcell.ndsu.nodak.edu/animations/lacOperon/index.htm. (Il existe plusieurs animations sur le Web si quelqu'un en trouve une qu'il aime particulièrement, veuillez en informer le Dr M. Ce site propose plusieurs animations de processus biologiques.) Pour une animation avec une inclinaison différente, essayez http://trc.ucdavis.edu /biosci10v/bis10v/media/ch10/lac_negative.html Cela va dans quelques points supplémentaires, mais c'est clair et intéressant.

  • Molécule effectrice (inducteur) qui se lie à la protéine répresseur empêche répresseur de la liaison à l'opérateur -- diminue l'offre de rectangles libres en les convertissant en cercles.

  • L'effecteur (inducteur) se déplace après l'équilibre vers droit:

"Forme rectangle" de rep. protéine (forme "collante" qui se lie à O) ↔ "forme circulaire" (forme qui ne se lie pas à O)

  • Vide forme de protéine répresseur (sans effecteur) adhère à l'opérateur.

E. Mutants constitutifs et plasmides amp

1. Que se passe-t-il si la protéine répresseur est mutante et ne se lie pas du tout à l'ADN ? L'opéron se bloque dans la position « quoton » et l'opéron (et la synthèse d'enzymes à partir de gènes de structure) devient constitutif. Ceci est un exemple de "contrôle négatif" -- la protéine régulatrice/répresseur est nécessaire pour activer l'opéron désactivé. Peu importe si l'opéron est inductible ou répressible -- la même chose se produit !

2. Que se passe-t-il si l'opérateur est supprimé ? Est-ce le même que ci-dessus ?

Voir problème 12-3.

3 . Comment tester les propriétés des mutants constitutifs ? De nombreuses expériences et problèmes impliquent d'avoir une cellule avec deux copies d'un opéron. Comment est-ce possible? Une bactérie n'a qu'une seule molécule d'ADN (chromosome) avec une copie de chaque gène ou opéron.

Réponse : Les bactéries peuvent porter des mini-chromosomes appelés plasmides qui ont des gènes « supplémentaires ». Les gènes « supplémentaires » peuvent être des copies supplémentaires des gènes déjà présents dans la cellule. Par conséquent, une bactérie avec un plasmide peut avoir deux copies d'un gène ou deux copies d'un opéron entier -- la bactérie peut avoir une copie sur son chromosome normal et une autre copie sur un plasmide. Une telle cellule est appelée diploïde partielle (voir ci-dessous). Les deux copies n'ont pas besoin d'être exactement les mêmes - l'une peut être normale et l'autre mutante, ou les deux peuvent être des mutants différents. Par exemple, supposons qu'une bactérie possède deux copies de l'opéron lactose. Supposons qu'une copie soit constitutive et l'autre inductible, ou supposons que les deux soient constitutifs. Que doit-il se passer lorsque vous assemblez les deux opérons ? Les deux seront-ils constitutifs ? Les deux inductibles ?

4. Utilisation de mutants. L'étude des propriétés des mutants constitutifs a été la façon dont l'induction/répression a été découverte par Jacob et Monod, qui ont reçu le prix Nobel en 1965 pour leur travail. Maintenant, vous pouvez l'essayer dans l'autre sens -- vous pouvez utiliser votre connaissance de la fonction opéron pour prédire les propriétés des mutants, à la fois seuls et en combinaison. Voir Chap. 12 du livre de problèmes.

5. Terminologie

une. haploïde = Une cellule (ou organisme) avec une copie de chaque chromosome. Donc une copie de chaque gène. Exemple : les bactéries.

b. Diploïde = Une cellule (ou organisme) avec deux copies de chaque chromosome (généralement une copie de chaque parent). Donc 2 copies de chaque gène. Exemple : les mammifères.

c. Diploïde partiel = Une cellule (ou organisme) qui est fondamentalement haploïde, mais possède deux copies de quelques gènes. La « deuxième copie » des quelques gènes se trouve généralement sur un plasmide. Par conséquent, le diploïde partiel a une copie de la plupart des gènes, mais deux copies des gènes sur le plasmide - une copie sur le plasmide et une sur le chromosome. (Voir ci-dessous et/ou la prochaine fois pour savoir comment obtenir une bactérie avec un plasmide.)

Pour apprendre à distinguer les types de mutants constitutifs, voir problèmes 12-4 & 12-8 & Becker table 23-2 (21-2).

F. Induction vs. répression

  • Molécule effectrice (co-répresseur) qui se lie à la protéine répresseur favorise répresseur lié à l'opérateur -- augmente l'offre de rectangles libres en convertissant les cercles en rectangles.

  • L'effecteur (co-répresseur) se déplace après l'équilibre vers la gauche:

"Forme rectangle" de rep. protéine ("forme collante " qui se lie à O) ↔ "Forme circulaire" (forme qui ne se lie pas à O)

  • Complet forme de protéine répresseur (= complexe effecteur-protéine) colle à l'opérateur.

2. Comment cela se compare-t-il à un opéron inductible ? Comparez & Contrast à D ci-dessus.

Il peut être utile de vous faire un tableau comparant l'induction et la répression. Quelques questions à considérer :
(1) Quelle forme, vide ou pleine, colle à l'ADN ?
(2) Lorsque la protéine est fabriquée, est-elle collante ?
(3) Comment (dans quelle direction) l'effecteur déplace-t-il l'équilibre entre les formes collantes et non collantes ?

3. Rappel : La protéine répresseur de chaque opéron est unique et ne se lie qu'à son opérateur respectif (& effecteur). Il est important de se rappeler que tous les rectangles (ou cercles) ne sont pas identiques. Chaque protéine répresseur unique est allostérique et a 2 formes -- "collante" et "non collante". Cependant, chaque protéine répresseur est différente. La seule chose que tous les « rectangles » ont en commun, c'est qu'ils s'en tiennent tous à leurs opérateurs respectifs.

Pour revoir le fonctionnement des opérons, résolvez les problèmes 12-1 et 12-2 A-B. Pour comparer la répression et l'induction, faites 12-2 C et 12-7.

G. Promoteurs forts et faibles -- tous les promoteurs sont ne pas le même.

1. Tous les Promoteurs ont une structure et une fonction similaires -- tous les P doivent pouvoir se lier à l'ARN polymérase et servir de signaux pour démarrer la transcription.

2. Les P peuvent être forts ou faibles

une. Promoteur faible --> peu de liaison à l'ARN polymérase --> faibles niveaux de transcription --> faibles niveaux de protéine correspondante.

b. Promoteur fort --> beaucoup de liaison à l'ARN pol --> des niveaux élevés de transcription --> des niveaux élevés de protéine correspondante.

c. Pourquoi la force du promoteur est-elle importante ? La force du promoteur détermine la quantité d'ARNm pouvant être produite. La quantité réelle d'ARNm produite à tout moment dépend à la fois de la force du promoteur et de l'étendue de la répression ou de l'induction.

3. Exemple de promoteurs forts vs faibles : P de l'opéron lac vs P du gène répresseur lac

une. Le promoteur de l'opéron lac est fort. P de lac opéron = P pour les gènes de structure contrôle la production d'ARNm polycistronique --> enzymes pour le métabolisme du lactose. Puisque ce P est fort, vous produisez beaucoup d'ARNm et beaucoup d'enzymes correspondantes.

b. Le promoteur du gène répresseur lac est faible.
P du répresseur lac = P pour le gène R contrôle la production d'ARNm pour le répresseur lac --> la protéine répresseur lac. Comme ce P est faible, vous ne fabriquez qu'une petite partie de l'ARNm et relativement peu de la protéine répresseur.

c. Pourquoi cela a-t-il du sens ? Vous avez besoin de beaucoup d'enzymes métaboliques (si vous cultivez du lactose comme source de carbone et d'énergie), mais relativement peu de molécules (100 environ) de protéine répresseur.

4. Notez la différence entre les rôles de O (opérateur) et P (promoteur). P détermine quel est le niveau maximum de transcription O (plus le répresseur) détermine quel pourcentage du maximum est réellement atteint (par culture, pas par cellule).

une. O (en se liant au répresseur) détermine dans quelle mesure l'opéron est "on" -- l'opéron fonctionne-t-il à plein régime ou n'est-il que partiellement activé (ou complètement désactivé) ? Nous décrivons généralement les opérons comme " " off " ou " ".

Remarque : une molécule de répresseur (sous la forme « rectangle ») ne suffit pas pour arrêter un opéron. Il doit y avoir plus d'une molécule de protéine répresseur par opéron pour être sûr que chaque opérateur est toujours occupé avec une molécule de protéine répresseur.

b. P détermine le niveau maximum de transcription = niveau lorsque l'opéron est entièrement "on" et fonctionne à plein régime.

H. La réglementation en général. Cela ne sera pas discuté en détail en classe, mais est inclus ici en tant que résumé et pour vous aider à avoir une vue d'ensemble. Il sera discuté en détail le trimestre prochain lorsque nous aborderons la régulation de la synthèse des protéines eucaryotes.

1. Tous les modèles de régulation sont basés sur la connaissance des opérons . Pourquoi? Parce que les opérons ont été les premiers systèmes de régulation de la synthèse des protéines à être compris.

2. Caractéristiques des opérons à considérer

une. Contrôle transcriptionnel . Le niveau de synthèse protéique est contrôlé en contrôlant le niveau de transcription du gène codant pour la protéine. La production d'ARNm est la seule étape régulée. Il n'y a pas de contrôle direct de la traduction -- pas de contrôle de l'utilisation ou de la dégradation de l'ARNm.

b. Le commutateur en 2 parties. Il existe un commutateur (contrôle de la transcription) en deux parties : une séquence ou un site d'ADN (l'opérateur) et une protéine allostérique (répresseur) à lier au site.

c. Contrôle négatif. Le système de régulation est "négatif" - ce qui signifie qu'une protéine (répresseur) doit fonctionner correctement pour transformer la transcription du système désactivé. Si la protéine répresseur est manquante ou ne fonctionne pas, la transcription est bloquée en position "on".

ré. Contrôle des coordonnées . Les gènes codant pour des protéines de fonction apparentée sont contrôlés ensemble -- le niveau de synthèse des protéines correspondantes est coordonné. Dans les opérons, cela se fait en regroupant tous les gènes (structurels) impliqués - les gènes sont côte à côte sur l'ADN et sont contrôlés par un seul promoteur - > un seul ARNm poly-cistronique.

3. Ces fonctionnalités sont-elles universelles ? La régulation de la synthèse des protéines fonctionne-t-elle toujours de la même manière ? Est-ce que ce qui est vrai de E. coli vrai de l'éléphant? (Monod aimait à le penser.)

une. Le contrôle transcriptionnel est courant. C'est le principal moyen, mais pas le seul, de réguler la synthèse des protéines.

b. Les commutateurs en deux parties, constitués d'une protéine et d'un site d'ADN, sont très, très courants. La situation est souvent plus complexe que celle décrite ci-dessus, notamment chez les eucaryotes. Il existe souvent plusieurs sites et/ou plusieurs protéines régulatrices (qui peuvent interagir les unes avec les autres ainsi qu'avec l'ADN) qui peuvent affecter la transcription d'un gène particulier. Les détails seront discutés au prochain trimestre.

c. Le contrôle négatif n'est pas universel. Il est très fréquent chez les procaryotes, le contrôle positif (où une protéine est nécessaire pour activer un gène) est plus fréquent chez les eucaryotes multicellulaires.

ré. Le contrôle des coordonnées est courant, mais le mécanisme est différent selon les organismes. Les gènes de fonction apparentée sont généralement regroupés chez les procaryotes et partagent un "commutateur" commun (P, O, etc.). Les gènes qui codent pour plusieurs enzymes de la même voie ne sont généralement PAS regroupés chez les eucaryotes. Étant donné que chaque gène de l'ensemble est situé à un endroit différent, chaque gène a son propre « commutateur ».

IV. Comment se transmet l'ADN bactérien ?

A. Introduction à la division cellulaire -- Comment 1 cellule en fait-elle 2 ?

1. Comment doubler le contenu des cellules ? Considérez le dogme central - nous avons tout couvert - comment doubler l'ADN, l'ARN et les protéines, et comment réguler la synthèse des protéines. Une fois que vous avez doublé la protéine (enzymes), cela permet de doubler tout le reste, comme les glucides, les lipides, etc. Supposons donc que vous doubliez tout dans la cellule. Comment obtenez-vous 2 cellules à partir de 1 ?

2. Pourquoi la distribution de l'ADN est la question critique -- Faire deux cellules à partir d'une revient à "une fois le programme doublé, comment les deux copies sont-elles distribuées aux cellules filles ?" Les choses qui ne font pas partie du programme (matériel génétique) n'ont pas besoin d'être divisées exactement, mais à cause du poulet et problème d'oeuf, il doit y avoir certains dans chaque cellule fille. (Besoin de ribosomes, d'ARN polymérase, etc. dans chaque cellule. Mais tant que vous en avez et le matériel génétique, vous pouvez toujours fabriquer plus de ribosomes, d'enzymes, etc.)

B. Comment font les procaryotes ? fission binaire - ségrégation régulière du chromosome circulaire attaché à la membrane

1. À quoi ressemble l'ADN (information génétique) d'une bactérie ? Chaque bactérie a une molécule d'ADN circulaire à double brin = chromosome le chromosome est attaché à la membrane cellulaire.

2. Comment l'ADN chromosomique est distribué.

une. Pour commencer, vous avez une cellule avec un cercle d'ADN double brin attaché à la membrane.

b. L'ADN se réplique par réplication bidirectionnelle de l'ADN (deux fourches partent d'une seule origine) --> deux cercles double brin, tous deux attachés à la membrane. (Voir Becker fig. 19-5 (17-5))

c. Les cercles se séparent au fur et à mesure que la membrane se dépose entre les points de fixation de l'ADN à la membrane --> deux cercles poussés aux extrémités opposées de la cellule. (Il existe également un processus actif, autre que la croissance de la membrane, qui sépare les deux origines de la réplication de l'ADN. Cela n'a été découvert que récemment.)

ré. Pour terminer, il vous suffit de poser une membrane (et paroi) entre les deux moitiés de la cellule, chacune contenant un cercle (= chromosome double brin complet). Ce → 2 cellules complètes.

e. Notez qu'il ne s'agit pas d'une mitose OU d'une méiose c'est un processus différent (fission binaire). La mitose et la méiose ne surviennent que chez les eucaryotes, elles seront discutées plus loin.

F. Comment le matériel génétique des deux cellules filles se comparera-t-il ? S'il n'y a pas de mutations, ce sera la même chose et tous les descendants seront identiques. Tous les descendants ainsi produits (par reproduction asexuée d'un même fondateur) sont appelés clones. (Peu importe si « fondateur » est une cellule, une molécule ou un organisme.) Existe-t-il un moyen (à part la mutation) d'obtenir de nouvelles combinaisons de gènes ? Mélanger des gènes de clones séparés ? Cela nécessite un sexe bactérien.

La prochaine fois : comment les bactéries et les virus amp ont-ils des relations sexuelles ? Comment les résultats des croisements bactériens et viraux (c'est-à-dire le sexe) sont-ils analysés par complémentation et recombinaison ? (Il y aura un document sur tous les détails.)

Copyright 2006 Deborah Mowshowitz et Lawrence Chasin Department of Biological Sciences Columbia University New York, NY .


Les mutants de myosine de cardiomyopathie dilatée ont une capacité de génération de force réduite

La cardiomyopathie dilatée (DCM) et la cardiomyopathie hypertrophique (HCM) peuvent provoquer des arythmies, une insuffisance cardiaque et une mort cardiaque. Ici, nous avons caractérisé fonctionnellement les domaines moteurs de cinq mutations causant le DCM dans la myosine β-cardiaque humaine. Les analyses cinétiques des événements individuels dans le cycle de l'ATPase ont révélé que chaque mutation modifie différentes étapes de ce cycle. Par exemple, différentes mutations ont donné des constantes de vitesse améliorées ou réduites de liaison d'ATP, d'hydrolyse d'ATP ou de libération d'ADP ou ont présenté une affinité altérée d'ATP, d'ADP ou d'actine. Les effets locaux dominaient, aucun schéma commun n'expliquait le phénotype mutant similaire, et il n'y avait pas d'ensemble distinct de changements qui distinguaient les mutations DCM des mutations de la myosine HCM précédemment analysées. Cela dit, l'utilisation de nos données pour modéliser le cycle complet de contraction de l'ATPase a révélé des informations critiques supplémentaires. Quatre des mutations du DCM ont abaissé le rapport cyclique (la partie du cycle ATPase lorsque la myosine se lie fortement à l'actine) en raison de l'occupation réduite du complexe A·M·D qui maintient la force à l'état d'équilibre. Sous charge, l'état A·M·D devrait augmenter en raison d'une constante de vitesse réduite pour la libération d'ADP, et cet effet a été atténué pour les cinq mutations DCM. Nous avons observé les effets opposés pour deux mutations HCM, à savoir R403Q et R453C. De plus, l'analyse a prédit une utilisation plus économique de l'ATP par les mutants DCM que par les mutants WT et HCM. Nos résultats indiquent que les mutants DCM ont un déficit de génération de force et de capacité de maintien de force en raison de l'occupation réduite de l'état de maintien de force.

Mots clés: actine et myosine ATPase muscle cardiaque myosine cardiaque cardiomyopathie modélisation informatique cardiomyopathie dilatée rapport d'activité cardiopathie cardiomyopathie humaine cardiomyopathie hypertrophique modélisation cinétique cinétique mécanotransduction moteur moléculaire.

Déclaration de conflit d'intérêts

J. A. S. est l'un des fondateurs et détient des actions de MyoKardia, Inc. L. A. L. est l'un des fondateurs de, détient des actions et a un accord de recherche parrainé avec MyoKardia, Inc.


Détermination génétique de la dégradation de l'octopine

après-midi KLAPWIJK , R.A. SCHILPEROORT , en Biologie Moléculaire des Tumeurs Végétales , 1982

II OCTOPINE ET FORMATION DE TUMEURS

Le groupe de Morel en France a trouvé qu'il existe une relation remarquable entre la bactérie inductrice de tumeur et la teneur en opine de la galle du collet résultante : les souches induisant la synthèse d'octopine sont capables de dégrader l'octopine et de l'utiliser comme source d'azote, alors que la nopaline les inducteurs sont capables de dégrader et d'utiliser la nopaline ( Petit et al., 1970 Lippincott et al., 1973 ). On pensait que deux souches exceptionnelles dégradaient à la fois l'octopine et la nopaline, mais il est apparu plus tard que cela était dû à une contamination ( Petit et Tempé, 1978 ). La corrélation positive entre la capacité de dégradation d'une souche et la synthèse d'opine spécifique à la souche a facilement conduit Morel et ses associés à l'idée que le transfert de gènes pourrait se produire lors de l'induction d'une tumeur. A condition que, comme dans le mollusque Pecten maximus (Van Thoai et Robin, 1961) la synthèse et la décomposition de l'octopine pouvaient être réalisées par une seule enzyme, il était envisageable que les gènes bactériens codant pour cette enzyme soient transférés dans la cellule végétale. Dans la plante, la réaction serait ramenée à la synthèse en fonction de l'environnement chimique local. Ceci constituait une hypothèse simple, qui pouvait être testée par des expériences génétiques (Petit et al., 1970 Morel, 1971 ).

Une façon d'effectuer ce test était d'isoler des mutants bactériens incapables de dégrader l'octopine. * Si de tels mutants induisaient des tumeurs sans synthèse d'octopine, cela indiquerait que les gènes responsables de la dégradation de l'octopine dans la bactérie sont les mêmes que les gènes contrôlant la synthèse d'octopine dans la tumeur. Des mutants incapables d'utiliser l'octopine ont été obtenus de différentes manières. Premièrement, de manière directe par l'isolement de clones mutants incapables de croître substantiellement avec l'octopine comme seule source d'azote ou comme source d'arginine ( Klapwijk et al., 1976 Montoya et al., 1977 ). Deuxièmement, par sélection de clones résistants à l'homooctopine ( Petit et Tempé, 1978 Klapwijk et al., 1978 ). Homooctopine [N 2 -( d -1-carboxyéthyl)- l -homoarginine Fig. 1 ] est un analogue structurel de l'octopine, qui est toxique pour les cultures de A. tumefaciens avec un niveau induit ou constitutif d'enzymes dégradant l'octopine. Cet effet toxique résulte vraisemblablement de la production d'homoarginine. Par conséquent, lorsqu'une population de bactéries est exposée à l'homooctopine, seules les cellules auxquelles il manque une ou les deux enzymes impliquées dans la dégradation de l'octopine - la perméase et l'oxydase - ne seront pas affectées et survivront. Des dizaines de mutants ont été récupérés à partir de ces différentes procédures. Ils partageaient une propriété : lorsqu'ils induisaient des galles du collet, ces tumeurs contenaient de l'octopine ( Klapwijk et al., 1976 , 1978 Montoya et al., 1977 Petit et al., 1978b ). Bien que ne réfutant pas l'hypothèse du transfert de gènes, cette découverte fournit évidemment la preuve que les gènes contrôlant la synthèse de l'octopine dans la tumeur végétale et les gènes de dégradation bactérienne de l'octopine sont différents et ne codent pas pour la même enzyme. Cette distinction est conforme aux données biochimiques. La dégradation de l'octopine est réalisée par une oxydase liée à la membrane et au cytochrome, tandis que sa synthèse est réalisée par une enzyme cytosolique dépendante du NADPH ( Jubier, 1975 Bomhoff, 1974 Lejeune, 1973 Hack et Kemp, 1977 Otten et al., 1977 ).

Comme on le verra plus en détail ci-dessous, les gènes contrôlant le métabolisme de l'octopine et de la nopaline sont localisés sur les plasmides Ti qui sont présents dans tous les virus virulents. A. tumefaciens souches. Les données cartographiques actuellement disponibles pour les plasmides Ti octopine et nopaline indiquent également une séparation physique des gènes contrôlant la dégradation et des gènes contrôlant la synthèse ( Koekman et al., 1979 Schell, 1978 ). Enfin, deux souches mutantes exceptionnelles ont été isolées qui induisaient des tumeurs sans octopine ( Klapwijk et al., 1978 ). Cela n'était pas en contradiction avec les résultats discutés ci-dessus, car il a pu être démontré que ces souches portaient des plasmides Ti qui avaient subi d'importantes délétions entraînant la perte de la synthèse ainsi que des gènes de dégradation ( Koekman et al., 1979 ).

Les preuves génétiques et biochimiques obtenues dans plusieurs laboratoires ont conduit à trois conclusions : (1) L'hypothèse de transfert de gènes pour la tumorigenèse de la galle du collet ne peut pas être confirmée directement par l'approche génétique utilisant la connexion octopine. (2) La capacité bactérienne à dégrader les opines ne joue pas un rôle essentiel dans la formation de tumeurs de la galle du collet. (3) La synthèse des opines dans le tissu tumoral n'est pas une condition de la croissance tumorale (voir aussi les autres chapitres de ce traité).


Voir la vidéo: Mutations et polymorphismes (Janvier 2022).