Du génotype au phénotype, relations avec l'environnement
Génétique 
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Mise à jour : 11/10/2001

Glossaire
Histoire

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Prérequis :
  1. La structure des globines (globine b globine a et hémoglobine),
  2. La relation gène protéine,
  3. Les mutations somatique et germinale, 
  4. les notions de gène et d'allèle.


Ce que l'on cherche :
  1. La signification des signes cliniques de la drépanocytose,
  2. L'origine probable de la maladie, on suggère une origine génétique.
  3. La relation entre le génotype et le phénotype des individus atteints de drépanocytose, en précisant les différentes échelles du phénotype, de l'organisme à la molécule.
  4. Les relations qui s'établissent entre le(s) génotype(s), le(s) phénotype(s) et l'environnement.


Démarche :
  1. Etape 1 : On cherche à comprendre la signification des signes cliniques de la drépanocytose.
  2. Etape 2 : On cherche les arguments qui confortent l’idée selon laquelle la drépanocytose pourrait être une maladie génétique.
  3. Etape 3 : On cherche  à comprendre pourquoi la modification de l'hémoglobine déclenche dans certaines conditions la déformation de l'hématie.
  4. Etape 4 : Pour comprendre les relations "génotype phénotype moléculaire" on cherche à comprendre l'influence de l'environnement.
  5. Etape 5 : On cherche  à comprendre pourquoi le génotype drépanocytaire, qui est particulièrement invalidant, subsiste dans certaines populations : pourquoi n'est-il pas éliminé ?


Déroulement :
 
Première étape : on cherche à comprendre la signification des signes cliniques de la drépanocytose :
    Travail à effectuer : à partir des données ci-jointes (Etape 1), on vous demande de :
     
      1. Relever la liste des symptômes liés à la drépanocytose,
      2. Identifier des relations de causalité entre ces différents symptômes,
      3. Trouver des arguments qui confortent l’idée selon laquelle la drépanocytose pourrait être une maladie génétique.


    Critères de réussite :
     

    Critères de réalisation
    Critères d'évaluation
    1- S'informer :
    -isoler les informations en rapport avec la question.
    - aucune information essentielle n'a été  oubliée,
    -aucune information peu importante n'a été choisie.
    2- Raisonner : Relier cause et conséquence.
    - sélectionner parmi toutes les informations obtenues,  les mots-clés.
    - établir les relations qui permettent de relier les mots-clés sélectionnés en terme de cause et de conséquence :· ordonner les mots-clés sélectionnés en les numérotant et en les regroupant éventuellement. ·
    - trouver un enchaînement de causes et de conséquences.
    - traduire les relations établies suivant la forme d'expression exigée.
     
     
     
     
     
     

     

    -tous les mots-clefs sont sélectionnés : · pas d'oubli, · pas d'éléments de détails pris pour des mots-clés.

    - l'enchaînement des relations établies est logique

    - la traduction de la synthèse est de lecture facile :

  • les phrases sont construites avec un sujet, un verbe et un groupe complément. 
  • les phrases sont courtes, elles commencent par une majuscule et se terminent par un point.
  • les phrases respectent les règles de grammaire. 
  • les mots utilisés figurent dans le dictionnaire et sont correctement orthographiés. 
  • 3- Raisonner : Traiter les données pour formuler une hypothèse.
    -isoler les deux informations qui confortent l'hypothèse.
    -deux informations capitales sont trouvées : elles confortent l'origine génétique,
    -la formulation est prudente (c'est une hypothèse) et utilise le conditionnel.
Deuxième étape : on cherche  à identifier l'origine génétique de la drépanocytose :
    Travail à effectuer :

    On vous demande de trouver les arguments qui prouvent que la drépanocytose est bien une maladie génétique. Pour cela, on vous demande de saisir et de traiter les informations qui valident l'hypothèse. Une argumentation est attendue.
    Pour accéder aux informations ... (Etape 2).

    Critères de réussite :
     

    Critères de réalisation
    Critères d'évaluation
    1.S'informer : Recueillir les informations
    -comparer le gène du sujet sain (HbA) avec le gène du sujet malade (HbS),
    -comparer la séquence primaire de la globine b du sujet sain (HbA) avec celle de la globine b du sujet malade (HbS).
    -receuillir toutes les informations qui valident l'hypothèse.
    -les comparaisons des séquences montrent clairement les points communs et les différences,
    -aucune information essentielle n'est oubliée,
    -aucune information peu importante n'a été choisie.
    2. Raisonner : Traiter les données, développer une démarche explicative
    -proposer un mode de transmission de la maladie au sein d'une famille.
    -rechercher le mécanisme à l'origine de la maladie: nature et localisation de la mutation (quel nucléotide? quel codon?)
    -relier cause et conséquence en mettant en relation le gène et la protéine.
    -montrer que la relation génotype phénotype est complexe: 
  • montrer qu'il existe plusieurs généotypes pour le phénotype drépanocytaire.
  • montrer que les signes cliniques de la maladie n'apparaissent que dans certaines conditions que l'on définira.
  • -le mode de transmission est présenté simplement en reprenant le vocabulaire scientifique adapté,
    -le mécanisme est nommé et précisé au niveau du nucléotide, du codon,
    -la relation gène protéine est trouvée,
    -la relation génotype est précisée :
  • trois génotypes correspondant au phénotype drépanocytaire sont trouvés,
  • l'apparition des signes cliniques impliquent 2 conditions : une condition génétique et une condition environnementale.
Troisième étape : on cherche  à comprendre pourquoi la modification de l'hémoglobine déclenche dans certaines conditions, que l'on précisera, la déformation de l'hématie.
    On cherche à comprendre les conséquences au niveau de la globine b du remplacement de la glutamine n°6 par de la valine n°6 (GLU6VAL) .
    On cherche à comprendre pourquoi l'hémoglobine porteuse de deux globines b mutées peut se polymériser.

    Travail à effectuer :

    On sait qu'une subsitution A20T du gène de structure codant pour la globine b de l'hémoglobine provoque dans certaines conditions la déformation des hématies qui est le point de départ de la crise drépanocytaire.

    L'hypothèse qui est souvent proposée est la suivante : le remplacement de la glutamine n°6 par de la valine n°6 (GLU6VAL) au niveau de la globine b pourrait modifier la structure spatiale (3D) des globines b  et/ou de l'hémoglobine HBS (on justifie souvent cette hypothèse en indiquant que les fibres observées dans l'hématie falciforme pourraient être des globines ou des hémoglobines modifiées en forme de fibre).

    Pour tester cette hypothèse, on vous demande de comparer (Etape 3):

      1. la structure 3D de la globine b normale à celle de la globine b mutée,
      2. la structure 3D de l'hémoglobine normale à celle de l'hemoglobine mutée.


    L'hypothèse est-elle validée ? Argumentez votre réponse.

    Critères de réussite :
     

    Critères de réalisation
    Critères d'évaluation
    1.Maîtriser des techniques : Employer des techniques d'observation
    -utiliser le logiciel de traitement des images moléculaires pour résoudre le problème posé.
    -comparer 2 à 2 les molécules.
    -le mode d'affichage des molécules (boules et bâtonnets ou squelette carboné, ...) est correctement choisi.
     -l'angle de vue est adapté à la comparaison moléculaire.
    2.Raisonner : Eprouver une hypothèse
    -rechercher les différences structurales pouvant exister entre :
    • la globine b normale et la globine b mutée,
    • l'hémoglobine normale et l'hémoglobine mutée.
    -rechercher les arguments qui confortent l'hypothèse, ceux qui l'infirment au contraire.
    -les points communs et les différences (si elles existent) sont correctement décrites.

    -un bilan est rédigé qui reprend les étapes de la démarche suivie.

    -une conclusion est donnée en réponse au problème posé : l'hypothèse est-elle validée ?

Quatrième étape : pour comprendre les relations "génotype phénotype moléculaire" nous devons prendre en compte l'influence de l'environnement.
    A ce stade de la recherche le problème reste entier : pourquoi l’altération de la structure primaire de la globine b (Glu6Val), qui est sans conséquence sur la structure tertiaire (la globine) et sans conséquence sur la structure quaternaire (l'hémoglobine), provoque-t-elle une déformation des hématies ?

    Pour résoudre ce problème nous devons prendre en compte de nouvelles informations dont certaines sont en rapport avec l'environnement direct de la molécule (le cytosol, le milieu intérieur), d'autres sont en rapport avec l'environnement du sujet malade (le milieu extérieur).

    Travail à effectuer :

    On vous demande de consulter la banque de données jointe (Etape 4) et de saisir toutes les informations en rapport avec la résolution du problème.

    Critères de réussite :
     

    Critères de réalisation
    Critères d'évaluation
    1- S'informer :
    -isoler les informations en rapport avec la question.
    -aucune information essentielle n'a été  oubliée,
    -aucune information peu importante n'a été choisie.
    2- Raisonner : Développer une démarche explicative.
    - sélectionner parmi toutes les informations obtenues,  celles qui fournissent une explication à la falciformation.
    - établir les relations qui permettent d'établir toutes les étapes de la falciformation en terme de cause et de conséquence:· 
    - ordonner les étapes en les numérotant et en les regroupant éventuellement. ·
    - trouver un enchaînement de causes et de conséquences.
    - traduire les relations établies suivant la forme d'expression exigée.
     
     
     

     

    -tous les informations sont sélectionnées : · pas d'oubli, · pas d'éléments de détails pris pour des mots-clés.
    - l'enchaînement des relations établies est logique : de la première étape (la substitution) à la dernière (la polymérisation de HbS)
    - la traduction de la synthèse est de lecture facile :
  • les phrases sont construites avec un sujet, un verbe et un groupe complément. 
  • les phrases sont courtes, elles commencent par une majuscule et se terminent par un point.
  • les phrases respectent les règles de grammaire. 

  • les mots utilisés figurent dans le dictionnaire et sont correctement orthographiés. 
Cinquième étape : On cherche  à comprendre pourquoi le génotype drépanocytaire, qui est particulièrement invalidant, subsiste dans certaines populations : pourquoi n'est-il pas éliminé ?
    La drépanocytose est une anomalie génétique léthale responsable d'environ 100 000 morts par an.
    Environ 80% des homozygotes HbS//HbS meurent avant l'âge de la reproduction. Compte-tenu d'une sélection aussi puissante contre le gène HbS, pourquoi, dans certaines populations humaines, sa fréquence atteint et même dépasse les 10%.

    Travail à effectuer :

    Pour résoudre ce problème, on vous demande de consulter la banque de données jointe ( Etape 5 ) et de saisir toutes les informations en rapport avec la résolution du problème.

    Critères de réussite :
     

    Critères de réalisation
    Critères d'évaluation
    1- S'informer :
    -isoler les informations en rapport avec la question.
    - aucune information essentielle n'a été  oubliée,
    -aucune information peu importante n'a été choisie.
    2- Raisonner : Développer une démarche explicative.
    - sélectionner parmi toutes les informations obtenues,  celles qui fournissent une explication à la fréquence exceptionnelement élevée des allèles HbS dans certaines régions .
    - expliquer pourquoi, dans certaines conditions, que l'on définira, le sujet porteur de l'allèle HbS présente un avantage sur le sujet sain.
     
     
     
     
     
     

     

    -tous les informations sont sélectionnées : · pas d'oubli, · pas d'éléments de détails pris pour des mots-clés.
    - l'enchaînement des relations entre un facteur de l'environnement et un avantage acquis par le sujet porteur de l'allèle HbS est logique,
    - la traduction de la synthèse est de lecture facile :
  • les phrases sont construites avec un sujet, un verbe et un groupe complément. 
  • les phrases sont courtes, elles commencent par une majuscule et se terminent par un point.
  • les phrases respectent les règles de grammaire. 

  • les mots utilisés figurent dans le dictionnaire et sont correctement orthographiés. 
  • On tire le bilan de cette étude.

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    Travail à effectuer :
     

    Critères de réalisation
    Critères d'évaluation
    1.Raisonner : Elaborer une synthèse rédigée
    -isoler de l'ensemble des résultats obtenus les informations essentielles à retenir,
    -relier ces informations entre elles de façon claire et simple.
     
     
     
     
     
     
     
     

     

    -ne pas en oublier, ne pas choisir des informations peu importantes,
    -le bilan doit être court (10 lignes maximum), rigoureux (choisir des termes scientifiques précis) facile à comprendre et à apprendre: 
    • les phrases doivent être construites avec un sujet, un verbe et un groupe complément.
    • les phrases doivent être courtes, commencer par une majuscule et se terminer par un point
    • les phrases doivent respecter les règles de grammaire
    • les mots utilisés doivent figurer dans le dictionnaire et être correctement orthographiés
    2.Raisonner : Elaborer une synthèse sous forme d'un schéma :
    - dresser l'inventaire des éléments à faire figurer 
    - choisir un codage permettant de traduire ces éléments et les relations qu'ils ont entre eux :
  • symboles 
  • couleurs 
  • flèches 
  • - préciser la signification du codage dans une légende
    - organiser avec soin la mise en page :
    • soin apporté à la réalisation de l'ensemble 
    • taille suffisamment grande 
    • place réservée au schéma dans la page 
    - choisir un titre qui peut :
    •  traduire l'organisation, la structure, le bilan représentés 
    • offrir une entrée de lecture 
    - tous les éléments à traduire sont présents

    - le schéma est clairement compréhensible

    • mise en page et travail soignés 
    • codage choisi simple et pertinent 
    • légende précise et complète 
    • texte réduit au maximum 
    - l'orthographe est respectée

    - le titre est adapté au schéma (cohérent)