SÉQ. 3 : Expression de l’information génétique (partie 2/2)

## Objectifs et prérequis **Objectifs** : À la fin de cette séquence, l’élève pourra - expliquer les mécanismes d’hérédité des groupes sanguins ABO et du facteur Rhésus ; - déterminer le génotype et le phénotype d’un individu à partir de ses antigènes ou de ceux de sa famille ; - interpréter les résultats d’un test d’agglutination (TP n°4) ; - relier l’information génétique (ADN) à son expression phénotypique grâce au dogme central (transcription‑traduction) ; - résoudre des problèmes de génétique mendélienne appliqués aux groupes sanguins. **Prérequis** : notions de cellule, d’ADN, de gène et d’allèle ; maîtrise des carrés de Punnett et des probabilités de base ; connaissance des termes phénotype, génotype, allèle dominant, récessif et codominant. --- ## Introduction contextualisée Le groupe sanguin est un caractère héréditaire classique utilisé en médecine légale, en transfusion et en étude des populations. Chez l’homme, deux systèmes sont particulièrement importants : le système ABO, qui détermine la présence des antigènes A et B à la surface des globules rouges, et le système Rhésus (notamment l’antigène D), qui indique la présence ou l’absence du facteur Rh. Comprendre comment l’information contenue dans l’ADN se traduit par la synthèse de ces antigènes permet de relier la génétique moléculaire à la phénotypie observable. Cette séquence montre, d’une part, comment les allèles interagissent (codominance, dominance/recessivité) et, d’autre part, comment l’information génétique est « intégrée » dans la cellule pour produire les protéines antigéniques. --- ## I. Gènes et diversité humaine : étude du groupe sanguin ABO et du facteur Rhésus ### 1. Le système ABO **Définition** : Le locus ABO se situe sur le chromosome 9 et possède trois allèles principaux : $I^{A}$, $I^{B}$ et $i$. > **>** Les allèles $I^{A}$ et $I^{B}$ sont codominants ; l’allèle $i$ est récessif par rapport aux deux autres. **Phénotypes et génotypes** : | Phénotype | Antigènes présents | Génotype possible | |-----------|-------------------|-------------------| | A | A | $I^{A}I^{A}$ ou $I^{A}i$ | | B | B | $I^{B}I^{B}$ ou $I^{B}i$ | | AB | A et B | $I^{A}I^{B}$ | | O | aucun | $ii$ | **Démonstration de la codominance** : Lorsqu’un individu possède les allèles $I^{A}$ et $I^{B}$, chaque allèle code pour une transférase qui ajoute respectivement un N‑acétylgalactosamine (antigène A) ou un galactose (antigène B) sur la chaîne précurseur H. Les deux enzymes sont actives simultanément, d’où l’expression des deux antigènes. **Exemple 1 – Croisement simple** Un père de groupe A hétérozygote ($I^{A}i$) et une mère de groupe B hétérozygote ($I^{B}i$) ont un enfant. 1. Tableau de Punnett : | | $I^{B}$ | $i$ | |-------|---------|-----| | $I^{A}$ | $I^{A}I^{B}$ (AB) | $I^{A}i$ (A) | | $i$ | $I^{B}i$ (B) | $ii$ (O) | 2. Probabilités : chaque case vaut $1/4$. - Phénotype AB : $1/4$ - Phénotype A : $1/4$ - Phénotype B : $1/4$ - Phénotype O : $1/4$ **Exemple 2 – Détermination du génotype à partir du phénotype familial** Une femme de groupe O ($ii$) a un enfant de groupe A. Quel est le génotype obligatoire du père ? - L’enfant possède au moins un allèle $I^{A}$ (puisque son phénotype A nécessite $I^{A}$). - Comme la mère ne peut apporter que $i$, le père doit fournir $I^{A}$. - Le père peut donc être $I^{A}I^{A}$ ou $I^{A}i$. > **>** En l’absence d’autres informations, le génotype du père est soit homozygote $I^{A}I^{A}$, soit hétérozygote $I^{A}i$. ### 2. Le facteur Rhésus (système Rh) **Définition** : Le locus Rh se situe sur le chromosome 1 et comporte deux allèles majeurs : $D$ (présence de l’antigène D) et $d$ (absence). > **>** L’allèle $D$ est dominant sur $d$. **Phénotypes** : - Rh positif ($Rh^+$) : génotypes $DD$ ou $Dd$ (présence de l’antigène D). - Rh négatif ($Rh^-$) : génotype $dd$ (absence de l’antigène D). **Exemple 1 – Croisement** Un homme $Rh^+$ hétérozygote ($Dd$) et une femme $Rh^-$ ($dd$) ont un enfant. Tableau de Punnett : | | $d$ | $d$ | |-------|-----|-----| | $D$ | $Dd$ ($Rh^+$) | $Dd$ ($Rh^+$) | | $d$ | $dd$ ($Rh^-$) | $dd$ ($Rh^-$) | Probabilités : $50\%$ $Rh^+$, $50\%$ $Rh^-$. **Exemple 2 – Analyse de transfusion** Un receveur de groupe O $Rh^-$ ne peut recevoir que du sang O $Rh^-$. Pourquoi ? - Le receveur possède des anticorps anti‑A, anti‑B et anti‑D (puisque son plasma manque de ces antigènes). - Toute présence d’antigène A, B ou D provoquerait une agglutination. - Seul le sang dépourvu de A, B et D (groupe O $Rh^-$) est sûr. --- ## II. TP N°4 : Recherche des groupes sanguins du système ABO et du facteur Rhésus ### 1. Principe du test d’agglutination On mélange une goutte de sang du sujet avec des sérums contenant des anticorps connus : - sérum anti‑A (détecte l’antigène A) - sérum anti‑B (détecte l’antigène B) - sérum anti‑D (détecte l’antigène D, facteur Rh) Si l’antigène correspondant est présent, les globules rouges s’agglutinent (formation de grumeaux visibles). > **>** Absence d’agglutination = antigène absent ; présence d’agglutination = antigène présent. ### 2. Procédure (résumée) 1. Déposer trois gouttes de sérum (anti‑A, anti‑B, anti‑D) sur une lame propre. 2. Ajouter une petite goutte de sang du sujet à chaque sérum. 3. Mélanger doucement et observer après 2 minutes à la lumière. 4. Noter les réactions (Agglutination = + ; Pas d’agglutination = −). ### 3. Interprétation des résultats | Anti‑A | Anti‑B | Anti‑D | Groupe ABO | Rhésus | |--------|--------|--------|------------|--------| | + | – | – | A | Rh⁻ | | – | + | + | B | Rh⁺ | | + | + | – | AB | Rh⁻ | | – | – | + | O | Rh⁺ | | – | – | – | O | Rh⁻ | **Exemple complet** Un sujet donne les réactions suivantes : anti‑A = +, anti‑B = +, anti‑D = −. - Présence des antigènes A et B → groupe AB. - Absence de l’antigène D → Rh⁻. Résultat : groupe AB Rh⁻. **Exemple 2 – Cas ambigu** Réactions : anti‑A = −, anti‑B = −, anti‑D = +. - Aucun antigène A ou B → groupe O. - Présence de l’antigène D → Rh⁺. Résultat : O Rh⁺. --- ## III. Apprentissage de l’intégration : de l’ADN au phénotype ### 1. Le dogme central de la biologie moléculaire L’information génétique stockée dans l’ADN est transcrite en ARN messager (ARNm), puis traduite en protéine. > **>** ADN $\xrightarrow{\text{transcription}}$ ARN $\xrightarrow{\text{traduction}}$ Protéine Dans le cas des groupes sanguins, les allèles $I^{A}$, $I^{B}$ et $i$ codent pour des transférases spécifiques qui modifient le précurseur H. L’allèle $i$ entraîne une protéine non fonctionnelle, laissant le précurseur inchangé (groupe O). ### 2. Transcription : de l’ADN à l’ARN **Exemple** : séquence d’ADN du gène $I^{A}$ (simplifiée) : $$5'-\text{TAC GCT GAA TTC GGC}-3'$$ La chaîne complémentaire (sens 3’→5’) sert de matrice : $$3'-\text{ATG CGA CTT AAG CCG}-5'$$ Transcription (remplacement de T par U) donne l’ARNm : $$5'-\text{AUG GCU CUU AAG CCG}-3'$$ ### 3. Traduction : de l’ARNm à la protéine En utilisant le code génétique, chaque triplet (codon) spécifie un acide aminé : - AUG → Méthionine (Met) - GCU → Alanine (Ala) - CUU → Leucine (Leu) - AAG → Lysine (Lys) - CCG → Proline (Pro) La protéine obtenue commence par Met‑Ala‑Leu‑Lys‑Pro… et possède une activité de transférase qui ajoute un N‑acétylgalactosamine sur le précurseur H, produisant l’antigène A. L’allèle $I^{B}$ code une transférase qui ajoute un galactose, produisant l’antigène B. **Exemple de mutation** : Si un changement ponctuel transforme le codon GCT (Ala) en GTT (Val), la protéine subit une modification de sa structure active et perd son activité → le phénotype passe de A à O malgré la présence de l’allèle $I^{A}$ (allèle nul). Cela illustre comment une variation de l’ADN peut empêcher l’intégration correcte de l’information génétique en protéine fonctionnelle. ### 4. Intégration du génotype au phénotype Le phénotype observé (présence ou absence d’antigènes A, B, D) résulte de l’expression efficace des gènes correspondants. - **Allèle fonctionnel** → protéine enzymatiquement active → antigène présent. - **Allèle nul ou déficient** → protéine inactive ou absente → antigène absent. > **>** Ainsi, l’intégration de l’information génétique se manifeste par la synthèse de protéines qui modifient la surface des globules rouges, déterminant le groupe sanguin. --- ## Synthèse du chapitre - **Système ABO** : trois allèles $I^{A}$, $I^{B}$, $i$ ; $I^{A}$ et $I^{B}$ codominants, $i$ récessif. - **Phénotypes ABO** : A ($I^{A}I^{A}$ ou $I^{A}i$), B ($I^{B}I^{B}$ ou $I^{B}i$), AB ($I^{A}I^{B}$), O ($ii$). - **Facteur Rhésus** : allèle $D$ dominant sur $d$ ; Rh⁺ ($DD$ ou $Dd$), Rh⁻ ($dd$). - **Test d’agglutination** : présence d’agglutination = antigène présent ; permet de déterminer le groupe ABO et le Rhésus. - **Dogme central** : ADN → ARN messager → protéine ; les allèles du groupe sanguin codent pour des transférases qui modifient le précurseur H. - **Mutation** : une modification de l’ADN peut rendre la protéine non fonctionnelle, changeant le phénotype malgré la présence d’un allèle dit « fonctionnel ». - **Probabilités** : utilisation du carré de Punnett pour prédire les génotypes et phénotypes des descendants. --- ## Glossaire - **Allèle** : forme variante d’un gène située au même locus sur les chromosomes homologues. - **Antigène** : molécule reconnue par le système immunitaire pouvant déclencher une réponse (ici, A, B, D). - **Codominance** : situation où les deux allèles d’un gène s’expriment pleinement dans le phénotype hétérozygote. - **Gène** : séquence d’ADN qui code pour une protéine ou un ARN fonctionnel. - **Génotype** : constitution génétique d’un individu pour un caractère donné (ex. $I^{A}i$). - **Phénotype** : caractère observable résultant de l’expression du génotype (ex. groupe A). - **Transcription** : synthèse d’ARN messager (ARNm) à partir d’un brin d’ADN matrice. - **Traduction** : synthèse d’une protéine à partir d’un ARN messager grâce aux ribosomes. - **Antigène D** : protéine de la membrane des globules rouges déterminant le facteur Rhésus. - **Allèle nul** : allèle qui ne produit pas de produit génique fonctionnel (ex. $i$ pour le système ABO). --- ## Exercices d'application corrigés ### Exercice 1 Un homme de groupe A phénotypique a un père de groupe O et une mère de groupe AB. Quel est le génotype possible de l’homme ? **Corrigé** - Père O : génotype $ii$. - Mère AB : génotype $I^{A}I^{B}$. - L’homme reçoit un allèle de chaque parent. - Du père il reçoit obligatoirement $i$. - De la mère il reçoit soit $I^{A}$ soit $I^{B}$. - Donc son génotype est soit $I^{A}i$ (phénotype A) soit $I^{B}i$ (phénotype B). Comme son phénotype observé est A, le génotype doit être $I^{A}i$. ### Exercice 2 Une femme de groupe B Rh⁺ a un enfant de groupe O Rh⁻. Quel est le génotype minimal de la mère pour le locus Rhésus ? **Corrigé** - L’enfant O Rh⁻ a génotype $ii$ pour ABO et $dd$ pour Rhésus. - Pour le Rhésus, l’enfant a reçu un allèle $d$ de chaque parent. - La mère étant Rh⁺, son génotype peut être $DD$ ou $Dd$. - Comme elle a transmis un $d$, elle doit être hétérozygote $Dd$. - Réponse : génotype Rhésus de la mère = $Dd$. ### Exercice 3 Réalisez le carré de Punnett pour un croisement entre un homme de groupe AB Rh⁺ hétérozygote pour le facteur Rh ($I^{A}I^{B}Dd$) et une femme de groupe O Rh⁻ ($ii dd$). Déterminez les probabilités de chaque groupe sanguin ABO et Rhésus chez la descendance. **Corrigé** **ABO** : - Père : $I^{A}I^{B}$ → gamètes $I^{A}$ ou $I^{B}$ (probabilité ½ chacun). - Mère : $ii$ → gamète $i$ uniquement. - Descendance : $½ I^{A}i$ (groupe A) + $½ I^{B}i$ (groupe B). **Rhésus** : - Père : $Dd$ → gamètes $D$ ou $d$ (½ chacun). - Mère : $dd$ → gamète $d$ uniquement. - Descendance : $½ Dd$ (Rh⁺) + $½ dd$ (Rh⁻). **Combinaison** (probabilité indépendante) : - A Rh⁺ : $½ × ½ = ¼$ - A Rh⁻ : $½ × ½ = ¼$ - B Rh⁺ : $½ × ½ = ¼$ - B Rh⁻ : $½ × ½ = ¼$ Ainsi, chaque combinaison A‑Rh⁺, A‑Rh⁻, B‑Rh⁺, B‑Rh⁻ apparaît avec une probabilité de 25 %. ### Exercice 4 Un prélèvement sanguin donne les réactions suivantes : anti‑A = +, anti‑B = −, anti‑D = +. Déterminez le groupe ABO et le Rhésus du sujet. **Corrigé** - Présence de l’antigène A (anti‑A +) et absence de l’antigène B (anti‑B −) → groupe A. - Présence de l’antigène D (anti‑D +) → Rh⁺. Résultat : groupe A Rh⁺. ### Exercice 5 Expliquez pourquoi un individu de génotype $I^{A}I^{B}$ exprime à la fois les antigènes A et B, alors qu’un individu de génotype $I^{A}i$ n’exprime que l’antigène A. **Corrigé** - Les allèles $I^{A}$ et $I^{B}$ sont codominants : chacun code pour une transférase fonctionnelle qui ajoute respectivement un N‑acétylgalactosamine (antigène A) ou un galactose (antigène B) sur le précurseur H. - Dans le génotype $I^{A}I^{B}$, les deux enzymes sont produites et actives simultanément → les deux antigènes sont présents. - Dans le génotype $I^{A}i$, l’allèle $i$ ne code pas de protéine fonctionnelle (ou code une protéine inactive) ; seule la transférase codée par $I^{A}$ est présente → seul l’antigène A est synthétisé. ### Exercice 6 Une famille présente les données suivantes : - Père : groupe A Rh⁺ - Mère : groupe B Rh⁻ - Enfant 1 : groupe AB Rh⁺ - Enfant 2 : groupe O Rh⁻ Vérifiez la compatibilité génétique de ces enfants avec les parents. **Corrigé** **ABO** : - Père A peut être $I^{A}I^{A}$ ou $I^{A}i$. - Mère B peut être $I^{B}I^{B}$ ou $I^{B}i$. - Pour obtenir un enfant AB ($I^{A}I^{B}$), chaque parent doit apporter l’allèle correspondant : père doit donner $I^{A}$, mère $I^{B}$. Cela est possible si le père est au moins $I^{A}i$ et la mère au moins $I^{B}i$. - Pour obtenir un enfant O ($ii$), chaque parent doit apporter un allèle $i$. Donc le père doit être $I^{A}i$ et la mère $I^{B}i$. Ainsi, les génotypes parentaux compatibles sont : père $I^{A}i$, mère $I^{B}i$. **Rhésus** : - Père Rh⁺ : génotype $DD$ ou $Dd$. - Mère Rh⁻ : génotype $dd$. - Enfant 1 Rh⁺ doit avoir reçu un allèle $D$ du père (puisque la mère ne peut donner que $d$). Donc le père doit être $Dd$ (ou $DD$ mais dans ce cas il donnerait toujours $D$). - Enfant 2 Rh⁻ a reçu $d$ de chaque parent : possible si le père donne $d$ (donc il doit être $Dd$). Donc le père doit être hétérozygote $Dd$. Conclusion : les génotypes les plus simples compatibles sont : père $I^{A}i Dd$, mère $I^{B}i dd$. Tous les phénotypes observés sont donc possibles. --- ## Erreurs fréquentes 1. **Confondre dominance et codominance** : penser que $I^{A}$ (ou $I^{B}$) est récessif par rapport à $i$ alors que, vis-à-vis de $i$, ils se comportent comme des allèles dominants. *Astuce* : retenir que la codominance ne s’applique qu’entre $I^{A}$ et $I^{B}$ ; vis-à-vis de $i$, ils se comportent comme des allèles dominants. 2. **Oublier que l’allèle $i$ est silencieux** : attribuer à $ii$ la présence d’un antigène quelconque. *Astuce* : rappeler que $i$ ne code aucune transférase fonctionnelle ; le précurseur H reste inchangé → groupe O. 3. **Interpréter mauvaisement un test d’agglutination négatif** : croire qu’absence d’agglutination signifie que le sang est « mauvais » ou contaminé. *Astuce* : expliquer que l’absence d’agglutination indique simplement l’absence de l’antigène ciblé dans le sang testé. 4. **Mauvaise utilisation du carré de Punnett** : oublier de considérer tous les gamètes possibles, surtout lorsqu’un parent est hétérozygote pour deux loci (ex. $I^{A}I^{B}Dd$). *Astuce* : lister systématiquement les gamètes (ex. pour $I^{A}I^{B}Dd$ : $I^{A}D$, $I^{A}d$, $I^{B}D$, $I^{B}d$) avant de remplir le tableau. 5. **Confondre les antigènes du système Rh avec ceux du système ABO** : penser que l’antigène D influence le groupe ABO. *Astuce* : rappeler que les deux systèmes sont indépendants ; le facteur Rhésus ne modifie pas la présence de A ou B. 6. **Négliger l’effet d’une mutation ponctuelle** : croire qu’un changement d’allèle ne peut jamais modifier le phénotype si l’allèle est dit « fonctionnel ». *Astuce* : donner l’exemple d’un allèle $I^{A}$ qui, par mutation, devient non fonctionnel, conduisant à un phénotype O malgré la présence de l’allèle nominalement $A$. --- --- *Fin de la fiche de cours.*