Mutations et réparation de l'ADN : exercices corrigés de 1re

Pour a : l'erreur vient de la copie de l'ADN, donc de la réplication. Aucun agent extérieur n'intervient : mutation spontanée, de nature erreur de réplication ⁴.

Pour b : les ultraviolets sont un facteur environnemental de nature physique ³. La lésion est provoquée par un agent extérieur : mutation induite.

Pour c : les activités métaboliques normales de la cellule portent atteinte à l'ADN ³. Le dommage naît dans la cellule elle-même, sans agent extérieur : on le range avec les mutations spontanées, même si le radical libre est de nature chimique.

Conclusion : on classe d'après l'origine du dommage (interne à la cellule ou apportée par le milieu), pas d'après la nature chimique ou physique de l'agent.

Lésions par jour dans le fragment : $1\,000 \times 50 = 50\,000$.

Lésions sur 7 jours : $50\,000 \times 7 = 350\,000$.

Réponse : au minimum 350 000 lésions.

Interprétation : un tel nombre explique qu'une cellule ne survive que grâce à des systèmes de réparation efficaces. Sans eux, la plupart de ces lésions deviendraient des mutations.

Brin erroné : $5'-\text{A T G C G A T C}-3'$. La cinquième base de la matrice est T, face à elle se trouve G : le couple G–T est un mésappariement, du type de ceux décrits pour les erreurs de réplication (A–C ou G–T) ⁴.

Pour réparer, la cellule doit corriger la copie et non l'original. Elle reconnaît le brin matrice par des méthylations spécifiques qu'il porte ; le brin nouvellement synthétisé est celui qu'elle corrige ⁴.

Une ligase referme ensuite le brin néosynthétisé et termine la réparation ⁴.

Sans réparation, au cycle suivant, le brin erroné sert à son tour de matrice. Le G place un C en face de lui : un couple T–A du brin d'origine est remplacé par un couple C–G dans l'une des deux cellules filles. Une mutation est alors installée, transmise lors de la division ¹.

Le brin matrice, lui, donne une molécule normale dans l'autre cellule fille : les deux cellules filles ne sont pas identiques.

Erreurs avant correction : $3\,000\,000 \div 100\,000 = 30$.

Après la relecture par la polymérase (première ligne de défense) : $30 \div 100 = 0{,}3$ ⁴.

Après le MMR (deuxième ligne de défense) : $0{,}3 \div 100 = 0{,}003$ ⁴.

Réponse : environ 0,003 erreur par réplication, soit en moyenne une erreur toutes les 333 réplications.

Ce résultat chiffré dépend des hypothèses : il illustre le rôle des deux lignes de défense qui s'ajoutent, sans donner de valeur réelle.

Question 1 : l'affirmation est fausse. Le MMR corrige les erreurs de réplication, pas les dommages causés par des agents extérieurs ; pour ces derniers, d'autres systèmes comme le BER ou le NER interviennent ⁴. Les ultraviolets sont un agent physique extérieur ³.

Question 2 : le cancer du côlon lié au syndrome HNPCC correspond aux mutations des enzymes de la réparation des mésappariements (MMR) ³.

Le xeroderma pigmentosum correspond aux mutations des enzymes de la réparation par excision de nucléotide ³.

Le cancer du sein d'origine génétique est associé aux mutations de BRCA1 et BRCA2, qui interviennent dans la réparation par recombinaison homologue ³.

Question 3 : les mécanismes de réparation garantissent la stabilité du génome ; un organisme chez qui ils sont perturbés développe donc plus facilement des tumeurs cancéreuses ³. Les lésions non corrigées s'accumulent en mutations.

Réplication semi-conservative : chaque molécule fille conserve un brin ancien et reçoit un brin neuf. Le mésappariement se trouve donc dans une seule des deux molécules filles.

Après la division 1 : 2 cellules, dont 1 porte la molécule à mésappariement et 1 est normale.

Division 2 : la cellule normale donne 2 cellules normales. La cellule à mésappariement donne 1 cellule normale (brin matrice d'origine) et 1 cellule dont les deux brins portent la mutation. Total : 4 cellules, dont 1 mutée sur ses deux brins.

Division 3 : les 3 cellules normales donnent 6 cellules normales. La cellule mutée donne 2 cellules mutées, car chacun de ses deux brins copie la mutation. Total : 8 cellules, dont 2 mutées.

Fraction : $\dfrac{2}{8} = \dfrac{1}{4}$, soit 0,25.

Une mutation qui n'est pas réparée est transmise lors de la division de la cellule ¹ : à partir du moment où elle est présente sur les deux brins, elle se perpétue dans toute la lignée issue de cette cellule.

Cas A : la mutation est dans une cellule qui ne formera pas de gamètes. Elle est transmise aux cellules issues de sa division, donc au sein de l'organisme ¹, mais elle ne se retrouve pas chez un enfant.

Cas B : si les lésions ne sont pas corrigées dans des cellules-souches qui formeront les gamètes, des mutations apparaissent dans le génome de la descendance et peuvent influencer l'évolution de l'espèce ³.

Diversité : les mutations produisent de nouvelles versions des gènes, les allèles, qui se conservent ensuite de génération en génération ¹². Elles sont la source première des différences génétiques entre individus.

Correction de la phrase de l'élève : les mutations surviennent au hasard ². Elles ne répondent pas à un besoin de l'organisme ; ce sont les conditions du milieu qui favorisent ensuite, ou non, les individus porteurs d'une variation.

Conclusion : une mutation n'a une portée évolutive que si elle touche la lignée qui donne des gamètes.