Des erreurs peuvent se produire aléatoirement lors de la réplication de l'ADN. Leur fréquence est augmentée par l'action d'agents mutagènes. L'ADN peut également être endommagé en dehors de sa réplication. Les mutations sont à l'origine de la diversité des allèles au cours du temps. Selon leur nature, les mutations ont des effets variés sur le phénotype. Les erreurs réplicatives et les altérations de l'ADN peuvent être réparées par des mécanismes spécialisés impliquant des enzymes. Si les réparations ne sont pas conformes, la mutation persiste à l'issue de la réplication et est transmise au moment de la division cellulaire. Chez les animaux (et donc chez l'être humain), une mutation survient soit dans une cellule somatique (elle sera présente dans le clone issu de cette cellule) soit dans une cellule germinale (elle devient potentiellement héréditaire).
Des erreurs dans la séquence d'ADN : les mutations
Les mutations surviennent à cause d'erreurs dans la séquence d'ADN. Ces mutations peuvent être spontanées ou induites par des agents mutagènes. Il existe trois types de mutations ponctuelles (qui n'affectent qu'un nucléotide).
Les mutations spontanées pendant la réplication
Pendant la réplication, l'ADN polymérase fait des erreurs d'appariement, en moyenne une tous les 100 000 nucléotides. Ces erreurs sont de trois sortes, on les appelle des mutations spontanées.
ADN polymérase
L'ADN polymérase est la protéine qui intervient pendant la réplication. Elle reconstitue une molécule d'ADN, en prenant comme modèle un brin ancien et en construisant un nouveau brin par complémentarité de base.
Il arrive que l'ADN polymérase se trompe lors de la réplication. Le brin d'ADN fabriqué est alors différent du brin d'origine et il y a donc une modification de la séquence de nucléotides de l'ADN
Il s'agit d'une mutation.
Il existe des mutations spontanées et des mutations induites.
Mutations spontanées
Les mutations spontanées sont des mutations qui apparaissent naturellement au sein de l'ADN.
Mutations induites
Une mutation induite est une mutation provoquée par un agent mutagène, physique, chimique ou biologique. Ces agents augmentent la fréquence des mutations lors de la réplication.
Les agents mutagènes et mutations induites
Certains facteurs de l'environnement, chimiques ou physiques, augmentent la fréquence d'apparition des mutations : ce sont des agents mutagènes. Les mutations provoquées par les agents mutagènes sont les mutations induites.
Parmi les agents mutagènes, on peut citer :
- les rayonnements ionisants comme les UV ;
- certaines substances chimiques comme l'acridine (utilisée dans l'industrie des colorants) ou l'amiante (ignifuge et isolant électrique) ;
- des virus (HPV ou Human Papilloma Virus, VHB ou virus de l'hépatite B).
Les différentes mutations ponctuelles
Les mutations sont ponctuelles si elles n'affectent qu'un nucléotide ou étendues si elles concernent plusieurs nucléotides de la séquence d'ADN initiale. Il existe trois types de mutations ponctuelles : l'addition, la délétion et la substitution.
- L'addition est l'ajout d'un nucléotide dans la séquence ADN.
- La délétion est la suppression d'un nucléotide dans la séquence ADN.
- La substitution est le remplacement d'un nucléotide par un autre ; une substitution résulte d'une erreur d'appariement (un nucléotide non complémentaire a été placé par erreur en face d'un nucléotide déjà présent).
La réparation de l'ADN par les enzymes
Les erreurs dans la séquence ADN peuvent être réparées par des mécanismes spécialisés impliquant des enzymes. On parle de systèmes de réparation.
Systèmes de réparation
Les systèmes de réparation fonctionnent grâce à une enzyme capable de réparer les séquences d'ADN altérées par des mutations.
L'ADN polymérase se trompe en moyenne tous les 100 000 nucléotides recopiés. Toutefois, on observe une fréquence de mutation de l'ordre d'une erreur tous les 1 000 000 000 de nucléotides, soit 10 000 fois moins. En effet, les enzymes « réparent » les erreurs dans la séquence ADN. Ces enzymes sont des protéines de contrôle et de réparation de l'ADN qui interviennent suite à la réplication.
Suite à la réplication, des enzymes contrôlent le travail effectué par l'ADN polymérase. Si une erreur est détectée, des enzymes, les endonucléases ou exonucléases, coupent un segment D'ADN contenant la mutation. L'ADN polymérase reconstruit ensuite la partie excisée.
Les mutations : conséquences, transmission et diversification allélique
Les mutations de l'ADN ont des conséquences. Ces conséquences varient en fonction de la nature des mutations. Les mutations peuvent être transmises par hérédité et peuvent mener à la diversification allélique.
La nature des mutations ponctuelles et leurs conséquences
Il existe trois types de mutations ponctuelles : les mutations faux sens, les mutations non-sens et les mutations silencieuses. Les mutations faux sens et les mutations non-sens ont des conséquences sur le phénotype, alors que les mutations silencieuses n'ont aucun effet.
Les mutations faux sens sont les mutations qui engendrent le changement d'un seul acide aminé dans la séquence polypeptidique. Ces mutations ont des conséquences phénotypiques diverses en fonction de l'emplacement de l'altération. Une altération de site actif d'enzyme, partie particulière où a lieu la réaction biochimique, peut avoir des conséquences dramatiques alors qu'une altération touchant une autre partie de l'enzyme aura des conséquences moindres.
Les mutations non-sens sont les mutations qui entraînent l'apparition prématurée d'un codon stop. Ces mutations sont souvent très dangereuses puisqu'elles provoquent la synthèse d'une protéine plus courte.
Les mutations silencieuses sont des mutations qui n'ont pas de conséquences phénotypiques. La redondance du code génétique, plusieurs codons pour un même acide aminé, permet malgré la mutation d'obtenir le même acide aminé.
La transmission des mutations
Toutes les mutations ne deviennent pas héréditaires. Les mutations qui touchent les cellules somatiques ne sont pas transmises, alors que les mutations qui touchent les cellules germinales peuvent se transmettre.
Les mutations qui touchent les cellules somatiques ne concernent que l'individu qui les porte et ne seront pas transmises. Ces mutations peuvent entraîner la mort cellulaire ou l'apparition d'un cancer.
En revanche les mutations qui touchent les cellules germinales peuvent être transmises et se fixent alors dans le génome de l'espèce.
La diversification allélique
La diversification allélique ou diversification des allèles est le résultat des mutations qui peuvent s'accumuler au cours du temps et des générations.
Allèle
Un allèle est une version d'un gène caractérisé par une séquence en nucléotides.
Les mutations modifient les séquences des gènes ou des portions d'ADN non codantes entre les gènes. Ces séquences modifiées, différentes, sont appelées les allèles. Les mutations qui s'accumulent au cours du temps et des générations, dans le génome d'une espèce, sont donc une source aléatoire de diversité.
Le gène responsable des groupes sanguins, dont le locus est sur le chromosome 9 de l'être humain, présente 3 allèles A, B et O.
L'allèle A est plus ancien que l'allèle B. L'allèle B serait apparu suite à une mutation, substitution, de l'allèle A.
