Notion de familles multigéniques
à partir du logiciel ANAGENE
Un exemple d’activité en TS (Enseignement obligatoire)

 

Thème : Notion de famille multigénique (chapitre : les mécanismes de l’évolution)

Objectifs de connaissances :

Objectifs de méthodes :

Activité élève

Introduction :

Les espèces s’enrichissent progressivement en protéines diverses, ce qui suppose un accroissement du nombre de gènes codants. Ces nouveaux gènes ne peuvent provenir que du matériel préexistant.

Comment expliquer leur apparition ?

Exemple : la famille des globines :

L’hémoglobine humaine est une hétéroprotéine constituée de 4 chaînes polypeptidiques identiques 2 à 2 : les globines. Chez l’homme, il existe 4 types principaux de globine. Ces différentes chaînes sont codées par des gènes différents. Toutes les chaînes d’hémoglobine participent au transport du dioxygène et sont synthétisées dans les mêmes cellules : les érythroblastes, cellules souches des globules rouges.

A - Les différentes chaînes polypeptidiques de l’hémoglobine au cours de la vie d’un homme

Compléter le tableau suivant en utilisant les renseignements du document 1 page 354 du livre Bordas TS (COLLECTION Tavernier)

Chaînes polypeptidiques Période d’activité du gène
a   
b   
g   
d   

B - Comparaison des diverses molécules de globines

1 - Comparaison des chaînes protéiques (cette comparaison sera effectuée en utilisant le logiciel Anagène)  

: Cliquer sur "Thèmes d’étude" sur la barre de menu,  puis successivement sur "Familles multigéniques", "Gènes de globines", "OK".

: Sélectionner les séquences polypeptidiques à comparer deux à deux en cliquant sur les boutons de sélection à gauche du nom, puis cliquer dans la barre du menu sur "Comparer les séquences" choisir  "Alignement avec discontinuité" (les séquences n’ayant pas la même longueur, le logiciel cherche le maximum d’identités).

: Cliquer sur " I " (informations sur la ligne pointée) de la barre du menu et réaliser un tableau comparatif regroupant le nombre d’acides aminés identiques.

Comparer les résultats obtenus.

Deux explications sont possibles :

  • soient les similitudes sont dues au hasard ;
  • soient elles témoignent d’un lien de parenté entre les chaînes de globines.
    •

    Utiliser les informations suivantes pour valider une de ces hypothèses.

    Données théoriques :
    Il existe 20 acides aminés. Si les 20 aa étaient également utilisés dans les séquences protéiques, la probabilité d'avoir entre deux séquences non apparentées (hasard), le même aa à un site déterminé serait de 5%. Or certains aa sont plus fréquemment utilisés que d'autres, on considère que les ressemblances n'indiquent une parenté qu'au-delà de 20%.
     
    Comparaison de deux polypeptides ayant des fonctions différentes (globine et enzyme ; on compare des séquences de même longueur) :
    le pourcentage d'acides aminés identiques ne dépasse pas 20%.

    2 - Comparaison des chaînes nucléotidiques :

    A l ’aide du logiciel Anagène comparer les séquences nucléotidiques deux à deux, réaliser un tableau regroupant le nombre de nucléotides identiques.

    Écrire les constatations faites ; les mettre en relation avec celles faites sur la comparaison des chaînes protéiques.

    Expliquer pourquoi la comparaison des séquences de nucléotides d’espèces différentes est plus précise que la comparaison des séquences d’acides aminés.

    C - Les relations de filiation entre les gènes codant pour les différentes globines

    La mesure des différences permet de dessiner un arbre phylogénétique (document 3) des globines humaines suggérant des relations de filiation entre les différents gènes codant pour ces globines.

    DOCUMENT 3 :

    Mettre en relation les données issues de la comparaison des chaînes protéiques et (ou) nucléotidiques pour justifier l’arbre proposé.

    Le document 4 renseigne sur les mécanismes à l’origine de cette famille multigénique.

    DOCUMENT 4 :

    " La myoglobine et l’hémoglobine sont des transporteurs de l’oxygène. La myoglobine est présente dans les muscles, l’hémoglobine dans le sang. Les points de divergence de l’arbre du document 3 indiquent les moments ou les gènes ancestraux ont été dupliqués, ce qui a donné naissance à une nouvelle lignée. La première duplication s’est produite il y a environ 600 millions d’années, donnant un gène codant pour la myoglobine et le gène ancestral des divers gènes de l’hémoglobine. Il y a 400 millions d’années environ, le gène de l’hémoglobine a été dupliqué, l’un menant au gène actuel et l’autre a été dupliqué une nouvelle fois il y a 200 millions d’années environ pour donner naissance aux gènes Gamma et Bêta. Ce gène B a été dupliqué encore une fois il y a environ 40 millions d’années dans la lignée ancestrale des primates supérieurs menant à un nouveau gène codant pour la chaîne D de l’hémoglobine. " D’après F.J. Ayala "Biologie moléculaire et évolution" Ed. Masson
    ( Biologie Bordas Collection Tavernier TD)

    Les hémoglobines b, g, d sont codées par des gènes situés sur le chromosome n° 11 et l’hémoglobine a par un gène situé sur le chromosome 16.

    A partir des informations du document 4, compléter le document 3 en y ajoutant :

    Ecrire un bilan concernant :

    Remarque :

     

    auteurs : Danielle Melin (lycée Louis Armand - Poitiers)
    et     Monique TEXIER (lycée Victor Hugo - Poitiers)

    mise en page : P. BROSSET

    Académie de Poitiers
    Courrier électronique :     svt.enligne@ac-poitiers.fr    		 Dernière mise à jour : 24/05/00