Karamö, le prof virtuelLeçon 17 sur 49
La génétique humaine
Je sais analyser un arbre généalogique pour trouver si une maladie héréditaire est dominante ou récessive, autosomique ou liée à X, et calculer un risque pour un enfant à naître.
- 1 h 15
- 5 exercices corrigés
- 1 schéma
- QCM de 5 questions
À la fin de la leçon, tu sauras :
- Expliquer pourquoi la génétique humaine utilise des méthodes particulières (arbres généalogiques, caryotypes, analyse de l'ADN)
- Lire et analyser un arbre généalogique avec les critères de dominance et de localisation
- Connaître des exemples de maladies héréditaires (drépanocytose, albinisme, hémophilie) et d'anomalies chromosomiques (trisomie 21)
- Calculer un risque génétique et comprendre le rôle du conseil génétique et le danger de la consanguinité
Avant de commencer : Le monohybridisme ; la transmission d'un gène lié au sexe ; les groupes sanguins ; le code génétique et la synthèse des protéines.
1Je découvre
À Kankan, Mariama et Sékou attendent leur deuxième enfant. Leur premier fils, Ousmane, 4 ans, souffre de drépanocytose : il a souvent des crises très douloureuses aux os, il est fatigué, et il a déjà été hospitalisé plusieurs fois. Pourtant, ni Mariama ni Sékou ne sont malades, et personne dans leur famille ne se souvient d'un cas.
Au centre de santé, le médecin leur explique que chacun d'eux porte probablement « un gène de la maladie » sans le savoir. Il leur propose de dessiner l'arbre de leur famille et de faire une analyse de sang appelée électrophorèse de l'hémoglobine.
Mariama s'inquiète : « Et le bébé que j'attends, sera-t-il malade lui aussi ? » Sékou ajoute : « On nous a dit qu'il ne fallait pas marier les cousins. Est-ce que c'est vrai ? »
Comment étudie-t-on l'hérédité chez l'être humain, comment savoir si une maladie est dominante ou récessive, et comment calculer le risque pour un enfant à naître ?
2Je comprends
1. Pourquoi une génétique humaine particulière ?
Chez la drosophile ou le maïs, le généticien choisit les croisements, utilise des lignées pures et obtient des centaines de descendants en quelques semaines. Chez l'être humain, c'est impossible :
- on ne peut pas faire de croisements expérimentaux ;
- les familles sont peu nombreuses et les générations sont longues (environ 25 à 30 ans) ;
- il n'existe pas de lignées pures.
Le généticien utilise donc d'autres outils :
- l'arbre généalogique (ou pedigree) : on reconstitue la famille sur plusieurs générations ;
- le caryotype : photographie des chromosomes classés par paires, pour repérer les anomalies de nombre ou de forme ;
- l'analyse biochimique (électrophorèse de l'hémoglobine, dosages) et l'analyse de l'ADN, qui permettent de repérer directement les allèles.
2. Lire un arbre généalogique
Conventions habituelles : un carré représente un homme, un rond une femme ; un symbole noirci indique un individu atteint ; un trait horizontal relie les deux membres d'un couple, un trait vertical descend vers leurs enfants. Les générations sont numérotées en chiffres romains (I, II, III…) et les individus en chiffres arabes (II-3 : troisième individu de la génération II). Un double trait entre deux conjoints indique une union consanguine (entre apparentés, par exemple cousins).
3. Les critères pour analyser un arbre
Étape 1 : dominant ou récessif ?
- Si deux parents sains ont un enfant atteint, l'allèle morbide est récessif : les parents le portaient de façon cachée (ils sont hétérozygotes).
- Si la maladie est présente à chaque génération et qu'un enfant atteint a toujours au moins un parent atteint, on pense à un allèle dominant. Preuve forte : deux parents atteints ont un enfant sain (ils sont alors tous deux hétérozygotes, et l'allèle sain est récessif).
Étape 2 : autosomique ou lié à X ? On teste l'hypothèse « lié à X » et on cherche une contradiction.
- Allèle récessif lié à X : une fille atteinte doit avoir un père atteint (XaY) ; un fils atteint a une mère au moins conductrice. Si une fille atteinte a un père sain, le gène n'est pas lié à X : il est autosomique.
- Allèle dominant lié à X : un père atteint a toutes ses filles atteintes et aucun fils atteint. Si un père atteint a une fille saine ou un fils atteint (par lui), le gène est autosomique.
- Un gène porté par Y ne toucherait que les hommes et passerait de père en fils à tous les fils (cas très rare).
- 1Deux parents sains ont un enfant atteint ? Alors l'allèle morbide est récessif.
- 2Sinon, un enfant atteint a toujours un parent atteint et deux atteints ont un enfant sain ? Allèle dominant.
- 3Je teste « lié à X » : je cherche une fille atteinte de père sain (cas récessif) ou un père atteint de fille saine (cas dominant).
- 4Si je trouve une telle contradiction : le gène est autosomique.
- 5Sinon, je garde les deux hypothèses possibles et je regarde la répartition selon le sexe.
- 6J'écris les génotypes de chaque individu, puis je calcule le risque demandé.
4. Des exemples de maladies héréditaires
| Maladie | Mode de transmission | Ce qui se passe |
|---|---|---|
| Drépanocytose | autosomique récessif | hémoglobine anormale HbS, hématies en faucille |
| Albinisme | autosomique récessif | absence de pigment (mélanine) dans la peau, les cheveux, les yeux |
| Polydactylie | autosomique dominant | doigts ou orteils supplémentaires |
| Hémophilie, daltonisme | récessif lié à X | coagulation difficile ; confusion rouge-vert |
La drépanocytose, très présente en Afrique de l'Ouest, est un excellent exemple de lien entre gène, protéine et caractère. L'allèle normal A commande l'hémoglobine normale HbA ; l'allèle muté S commande l'hémoglobine HbS. Dans le gène de la chaîne bêta de l'hémoglobine, une seule base est changée : le triplet GAG (brin non transcrit de l'ADN) devient GTG, et l'acide glutamique (6e acide aminé) est remplacé par la valine. Quand elle manque d'oxygène, l'HbS forme des fibres qui déforment les hématies en faucille : elles se bloquent dans les petits vaisseaux (crises douloureuses) et sont détruites vite (anémie).
- AA : sain, hémoglobine normale.
- AS : porteur sain (trait drépanocytaire), pas de maladie.
- SS : malade drépanocytaire.
L'électrophorèse de l'hémoglobine sépare HbA et HbS : on y voit une seule bande A (AA), deux bandes A et S (AS) ou une seule bande S (SS). Au niveau des protéines, les allèles A et S sont codominants ; au niveau de la maladie, l'allèle S est récessif.
Exemple
Mariama et Sékou, sains, ont un fils drépanocytaire. Quel risque pour le bébé à naître ?
Ousmane est SS : il a reçu un allèle S de chaque parent.
Ses parents sains sont donc tous les deux AS.
Gamètes : 1/2 A, 1/2 S pour chacun.
A S
A AA AS
S AS SS
Enfants : 1/4 AA (sain), 1/2 AS (porteur sain), 1/4 SS (malade).
Le risque que le bébé soit drépanocytaire est de 1/4 à CHAQUE grossesse, quel que soit le nombre d'enfants déjà malades.
Probabilité qu'un enfant sain soit porteur : parmi les enfants sains (AA ou AS), 2 sur 3 sont AS, soit 2/3.
5. Les unions consanguines
Un allèle récessif rare est porté par peu de personnes. Deux conjoints pris au hasard ont peu de chances d'être porteurs du même allèle. Mais deux cousins ont des ancêtres communs : s'il y a un porteur parmi les grands-parents, les deux cousins ont chacun une probabilité non négligeable d'avoir hérité du même allèle. Les unions consanguines augmentent donc le risque que les enfants reçoivent deux fois le même allèle récessif et soient atteints. Elles ne créent pas l'allèle : elles augmentent les chances de le « rencontrer » en double.
Exemple
Calcul pour des cousins germains.
Le grand-père commun Alpha est hétérozygote Aa pour une maladie récessive (a rare), la grand-mère est AA.
Leur fille (mère de Fanta) a une probabilité 1/2 d'être Aa. Fanta a alors 1/2 × 1/2 = 1/4 de chance d'être Aa.
De même, leur fils (père de Mamadou) : Mamadou a 1/4 de chance d'être Aa.
Si les cousins Fanta et Mamadou se marient (leurs autres parents étant AA) :
probabilité que les deux soient Aa = 1/4 × 1/4 = 1/16 ;
dans ce cas, un enfant est aa avec la probabilité 1/4.
Risque pour un enfant : 1/16 × 1/4 = 1/64.
6. Les anomalies chromosomiques
Certaines maladies ne sont pas dues à un allèle, mais à un nombre anormal de chromosomes, visible sur le caryotype. La plus connue est la trisomie 21 : trois chromosomes 21 au lieu de deux (47 chromosomes au total). Elle provient le plus souvent d'une non-disjonction pendant la méiose : les deux chromosomes 21 ne se séparent pas, et un gamète en reçoit deux. Le risque augmente avec l'âge de la mère. D'autres anomalies touchent les chromosomes sexuels : syndrome de Turner (45, X0 : femme), syndrome de Klinefelter (47, XXY : homme).
7. Le conseil génétique
Le conseil génétique consiste, pour un médecin spécialisé, à reconstituer l'arbre d'une famille, à faire les analyses utiles (électrophorèse, caryotype, ADN) et à informer un couple du risque d'avoir un enfant atteint. Pour la drépanocytose, connaître son statut (AA ou AS) avant le mariage permet à deux porteurs de prendre une décision éclairée et, s'ils ont un enfant malade, de le faire suivre très tôt.
3Je retiens
Je retiens
Chez l'être humain : pas de croisements expérimentaux ; on utilise l'arbre généalogique, le caryotype et l'analyse de l'ADN ou des protéines.
Deux parents sains ont un enfant atteint : allèle récessif (parents hétérozygotes).
Récessif lié à X exclu si une fille atteinte a un père sain ; dominant lié à X exclu si un père atteint a une fille saine.
Drépanocytose : autosomique récessive ; AA sain, AS porteur sain, SS malade ; une base changée (GAG devient GTG), valine à la place de l'acide glutamique.
Deux porteurs AS : risque 1/4 d'enfant SS à chaque grossesse.
Les unions consanguines augmentent le risque de maladies récessives.
Trisomie 21 : 47 chromosomes, trois chromosomes 21, souvent par non-disjonction à la méiose.
4Erreurs fréquentes
- Croire qu'après un enfant malade, les suivants seront sains (« le 1/4 est déjà passé ») : le risque est de 1/4 à chaque grossesse, indépendamment des précédentes.
- Conclure « lié au sexe » dès qu'il y a plus de garçons atteints dans un petit arbre : il faut chercher une contradiction précise, pas un simple déséquilibre dû au hasard.
- Dire qu'une maladie présente à toutes les générations est forcément dominante : il faut aussi qu'aucun enfant atteint n'ait deux parents sains.
- Confondre maladie génique (un allèle anormal) et anomalie chromosomique (nombre ou structure des chromosomes, visible sur le caryotype).
5Je m’exerce
1Exercice 1
(Questions de cours)
a) Cite trois difficultés de l'étude de l'hérédité chez l'être humain.
b) Qu'est-ce qu'un caryotype ? Que montre celui d'une personne trisomique 21 ?
c) Qu'est-ce qu'un porteur sain de la drépanocytose ?
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) Pas de croisements expérimentaux possibles ; peu d'enfants par couple ; durée très longue d'une génération ; pas de lignées pures.
b) Le caryotype est l'image des chromosomes d'une cellule, classés par paires selon leur taille et leur forme. Chez une personne trisomique 21, on compte 47 chromosomes, avec trois chromosomes 21.
c) C'est une personne hétérozygote AS : elle possède un allèle normal et un allèle muté ; elle n'est pas malade mais peut transmettre l'allèle S.
2Exercice 2
Deux parents porteurs sains de l'albinisme (autosomique récessif) attendent un enfant.
a) Écris leurs génotypes (allèles N normal et n albinisme) et l'échiquier.
b) Quelle est la probabilité que l'enfant soit albinos ? qu'il soit une fille albinos ?
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) Parents Nn × Nn. Gamètes : 1/2 N, 1/2 n chacun.
| N | n | |
|---|---|---|
| N | NN | Nn |
| n | Nn | nn |
b) Probabilité d'un enfant albinos (nn) : 1/4. Probabilité d'une fille albinos : 12 × 14 = 18 (le sexe et ce gène autosomique sont indépendants).
3Exercice 3
On décrit un arbre : à la génération I, un homme atteint (I-1) et une femme saine (I-2). À la génération II, leurs enfants : une fille atteinte (II-1), un fils sain (II-2), un fils atteint (II-3). La fille II-1 épouse un homme sain et a une fille saine (III-1) et un fils atteint (III-2). Aucun enfant atteint n'a deux parents sains.
a) L'allèle morbide peut-il être récessif ? dominant ? Discute.
b) En supposant qu'il est dominant, montre qu'il n'est pas lié à X.
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) Récessif : l'hypothèse n'est pas rejetée par une preuve directe, mais elle exigerait que les conjoints sains (I-2 et le mari de II-1) soient tous deux hétérozygotes, ce qui est peu probable pour un allèle rare. De plus, la maladie apparaît à chaque génération et chaque atteint a un parent atteint : l'hypothèse dominante est la plus probable.
b) Si l'allèle dominant M était lié à X, le père atteint I-1 serait XMY : il donnerait son Y à ses fils, jamais son X. Or son fils II-3 est atteint alors que sa mère I-2 est saine (XmXm) : II-3 aurait reçu Xm de sa mère et serait sain. Contradiction : le gène est autosomique.
4Exercice 4
On réalise l'électrophorèse de l'hémoglobine de trois personnes. Aïssatou : une bande A et une bande S. Lansana : une seule bande S. Kadiatou : une seule bande A.
a) Donne le génotype et l'état de santé de chacun.
b) Aïssatou et un homme de même génotype qu'elle ont un enfant. Quelle est la probabilité qu'il soit drépanocytaire ?
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) Aïssatou : AS, porteuse saine. Lansana : SS, drépanocytaire. Kadiatou : AA, saine, non porteuse.
b) AS × AS : probabilité d'un enfant SS = 1/4.
5Exercice 5
(Type BAC) Dans une famille, deux parents sains (I-1, homme, et I-2, femme) ont trois enfants : une fille atteinte (II-1), un fils sain (II-2) et une fille saine (II-3). La fille saine II-3 épouse un homme sain II-4, non apparenté et non porteur.
a) L'allèle responsable est-il dominant ou récessif ? Justifie.
b) Montre que le gène est autosomique.
c) Écris les génotypes de I-1, I-2 et II-1.
d) Quelle est la probabilité que II-3 soit hétérozygote ?
e) Quelle est la probabilité que le couple II-3 × II-4 ait un enfant atteint ? Justifie.
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) Les parents I-1 et I-2 sont sains et ont une fille atteinte II-1 : l'allèle morbide était présent chez eux sans s'exprimer. Il est récessif (notons a ; allèle normal A).
b) Si le gène était lié à X et récessif, la fille atteinte II-1 serait XaXa et aurait reçu Xa de son père, qui serait donc XaY, c'est-à-dire atteint. Or I-1 est sain. Contradiction : le gène est autosomique.
c) II-1 : aa. Elle a reçu a de chaque parent, qui sont sains : I-1 et I-2 sont Aa.
d) Aa × Aa donne 1/4 AA, 1/2 Aa, 1/4 aa. II-3 est saine : elle est AA ou Aa. Parmi les sains, la proportion d'hétérozygotes est 1/23/4 = 23.
e) II-4 est non porteur : AA. Il ne transmet que A : aucun enfant ne peut être aa. Probabilité d'un enfant atteint : 0 (mais les enfants peuvent être porteurs sains).
Cherche d’abord seul, sur ton cahier, puis ouvre le corrigé pour comparer.
6Je vérifie
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