Cours Stage - Les accidents génétiques de la méiose

Exercice - Un modèle possible de l’histoire évolutive des gènes

L'énoncé

Un modèle possible de l'histoire évolutive des gènes qui codent la lactico-déshydrogénase, enzyme présente chez tous les êtres vivants, est représenté dans le document de référence.
Montrer que les informations apportées par le document valident le modèle proposé de l'histoire évolutive des gènes de la lactico-déshydrogénase.

Modèle proposé pour illustrer l'histoire évolutive qui a conduit aux gènes qui codent la lactico-déshydrogénase chez l'Homme :

Document : La lactico-déshydrogénase (LDH) est une enzyme constituée par l'association de quatre chaînes polypeptidiques qui peuvent être identiques ou non. Chez l'Homme, il existe trois types de chaînes (LDH-A, LDH-B et LDH-C).

A) Localisation des gènes de la LDH sur les chromosomes de l'Homme :


B) Séquences partielles d'acides aminés des chaînes polypeptidiques LDH-A, LDH-B et LDH-C humaines, après alignement :


Question 1

Quelles sont les idées clés (mots et expressions) du sujet ?

Ici dans la consigne, l'expression « montrer que les informations apportées par le document valident » est très importante. Les termes « duplication » et « mutation » sont également à surligner dans le document de référence.

Il est essentiel dans un premier temps de lire l’ensemble du sujet.

Question 2

Comment mettre en rapport les documents A) et B) avec l'histoire à valider ?

Dans le document A), tu dois compter le nombre de similitudes (ou de différences) entre les chaînes polypeptidiques, et ainsi remarquer le plus fort apparentement.

Le document A) est là pour te montrer le mécanisme : la duplication possible dont dérivent les 3 gènes. Ce document montre surtout la localisation proche des gènes codant LDH-A et LDH-C sur le chromosome 11.

Le document B) semble peut-être plus facile à mettre en relation avec l’histoire à valider.

Question 3

Que signifient les lettres G, V, S, L, etc. ?

Il s'agit d'acides aminés.

Lis bien le titre du document B). On te parle de séquences d’acides aminés.

Question 4

Est-il nécessaire de comparer les chaînes LDH-B et LDH-C ?

La chaîne LDH-A étant proposée comme chaîne de référence, il n'est pas utile de comparer LDH-B et LDH-C.

Tu remarques sans les dénombrer que les différences entre LDH-B et LDH-C sont importantes.

Question 5

Comment qualifier LDH-A, LDH-B et LDH-C ?

Ces 3 chaînes dérivent d'un gène ancestral qui par le jeu des duplications et mutations a donné naissance à une famille dite multigénique. On parle de séquences homologues.

Ces 3 chaînes polypeptidiques présentent de fortes similitudes dans leur séquence.

Question 6

Question de synthèse : À l'aide de tes réponses précédentes, montre que les informations apportées par le document valident le modèle proposé de l'histoire évolutive des gènes de la lactico-déshydrogénase.

- Doc B) : 9 différences dans la séquence en acides aminés (noté aa) entre LDH-A et LDH-B contre 7 différences daa LDH-C et LDH-A.
La grande ressemblance dans les séquences d'acides aminés est en faveur d'une origine commune des gènes qui codent ces protéines.

Ces 3 chaînes dérivent donc dun gène ancestral unique.

Idée validée par le modèle proposé, au bas duquel un gène ancestral est figuré.

Ce gène ancestral a subi deux duplications, aboutissant à la formation de 3 gènes qui au cours du temps ont accumulé des mutations ; ce qui explique les différences dans la séquence peptidique des 3 chaînes codées.

LDH-A et LDH-C partagent la plus grande similitude => ces deux chaînes dérivent dun gène ancestral exclusif plus récent.

- Doc A) : Localisation des gènes. 3 loci sur 2 chromosomes différents. Il existe trois gènes et non pas trois allèles d'un même gène responsables de la synthèse des trois chaînes.
Les loci des gènes codant la LDH-A et la LDH-C sont proches sur le même chromosome 11 $\Rightarrow$ LDH-A et LDH-C sont les plus apparentées.

Conclusion : il s'agit d'une famille multigénique. Les gènes actuels de l'Homme dérivent d'un gène ancestral en accord avec le modèle proposé.