la génétique formelle : support de l'hérédité

GÉNÉTIQUE
Quatre thèmes d'étude dans ce cours :
. La génétique formelle : support de l'hérédité ;
. Les règles de la transmission des gènes ;
. La croissance bactérienne ;
. La liaison génétique. LA GÉNÉTIQUE FORMELLE : SUPPORT DE L'HÉRÉDITÉ
I) L'ADN, les chromosomes
Par définition, la génétique est la science des gènes.
Qu'est ce qu'un gène ?
C'est un élément physique et fonctionnel de l'hérédité qui transmet une
information d'une génération à la suivante. Physiquement, c'est une
séquence nucléotidique d'ADN minimale nécessaire à la synthèse d'un
polypeptide ou d'un ARN fonctionnel.
On va s'intéresser essentiellement aux eucaryotes, donc l'ADN est
compartimenté dans le noyau. Le génome est l'ensemble des gènes présents dans un organisme unicellulaire
ou dans les cellules d'un organisme pluricellulaire.
A) Les chromosomes : structure et morphologie
L'ADN est compacté en chromatines.
La chromatine est constituée d'un complexe ADN-protéines (histones ou non-
histones.) Elle existe sous deux formes. Une forme diffuse où l'ADN est
relativement étalé et accessible à la machine de transcription
(l'euchromatine) et une autre, condensée, qui n'est pas transcrite
(l'hétérochromatine.) Chez les procaryotes, le génome réside dans une seule molécule d'ADN
bicaténaire circulaire.
Chez les eucaryotes, l'élément de base du génome est une molécule
bicaténaire d'ADN linéaire (ouverte) associée aux protéines. Les chromosomes métaphasiques ne sont visibles dans cet état en microscopie
photonique que pendant la mitose. En dehors de celle-ci, ils sont
invisibles. Pendant la mitose ou la méiose, les chromosomes se condensent
et sont visibles au microscope photonique. Chaque individu d'une espèce
possède le même nombre de chromosomes - qui est donc caractéristique de son
espèce. Le chromosome (métaphasique) est constitué de deux chromatides s?urs.
Chaque chromatide étant composée d'une double hélice d'ADN. Elles sont
séparées, sauf au niveau de leur attachement appelé « centromère » (région
qui va se lier au fuseau pendant la mitose.) On classe les chromosomes
selon la position de leur centromère. On les dit « métacentriques » quand
le centromère est un centre :
[pic] On parle d'« acrocentriques » quand le centromère est décalé d'une coté : [pic] Et on parle de « télocentriques » quand le centromère est à une extrémité : [pic] B) Les chromosomes : le nombre Le nombre varie selon la cellule : il y a cellule somatique et cellule
germinale. Cellules germinales : toutes les cellules précurseurs qui donneront un
gamète ;
Cellules somatiques : toutes les autres cellules animales ou végétales
autres que les germinales. Chaque cellule contient un chromosome venant du parent mâle et un du parent
femelle. Il y a un lot de chromosomes qui provient du père et un autre lot
dit « homologue » provenant de l'autre parent. On parle de « cellules
diploïdes » car elles contiennent un nombre diploïde de chromosomes (2n
chromosomes.)
Chez l'homme : 46 = 2 * 23 n = 23. La « ploïdie » est le lot de chromosomes tel qu'il est fourni par chaque
parent.
diploïde : 2n ( n : un jeu de chromosomes.
n = 23 (chez l'homme.) On parle de chromosomes homologues car on trouve deux lots identiques
morphologiquement un venant de la mère et un du père. Un organisme diploïde caractérise un organisme ou une cellule qui possède
deux jeux complets de chromosomes homologues. Cet organisme diploïde
possède donc deux exemplaires de chaque gène. Lorsque l'on possède deux
exemplaires d'un gène, on parle d' « allèles. » Cas particulier des gamètes qui contiennent la moitié de chromosome que les
cellules somatiques, on dit qu'elles sont « haploïdes. » Les organismes haploïdes : ce sont des organismes où les cellules sont
seulement pourvues d'un des membres de chaque paire des chromosomes
homologues. Ces cellules ne contiennent donc qu'un seul exemplaire ou qu'un
seul allèle de chaque gène, elles ne possèdent qu'un jeu de chromosomes. Le nombre de chromosomes dans une cellule somatique est identique pour tous
les individus d'une même espèce. C'est le caryotype. Le caryotype rassemble le nombre, la taille et la forme d'un jeu entier à
la métaphase de chromosomes dans une cellule eucaryote. Le caryotype est la
caractéristique de chaque espèce vivante. Il n'y a aucune relation entre le nombre de chromosomes et la position de
l'espèce dans l'arbre de l'évolution (classification phylogénétique.) Les espèces très semblables peuvent présenter un caryotype très différent.
Un patrimoine génétique peut se répartir de plusieurs façons.
C) Autosomes et chromosomes sexuels
Ce que l'on appelle « autosome » est un chromosome qui n'est pas un
chromosome sexuel. On peut aussi parler de « gonosome » pour les
chromosomes sexuels. Selon les espèces, la formule chromosomique varie et,
de plus, en fonction du sexe. Ces chromosomes sexuels sont notés X et Y :
la femelle porte XX et le mâle XY. Chez la femelle : deux chromosomes X identiques morphologiquement.
Chez le male X et Y.
Chez l'homme, 22 paires d'autosomes et une paire de chromosomes sexuels. II) L'alternance des cycles diploïdes et haploïdes dans le cycle vital
On distingue des cycles de vie haploïde et diploïde.
A) Le cycle diploïde
La méiose est une étape particulière qui se déroule dans ces cellules
spécialisées appelées « méiocytes » (2n), qui sont tenues en réserve pour
la méiose et font partie intégrante de l'organisme adulte. Après la méiose,
on obtient des gamètes à n : produits de la méiose, étant l'ovocyte chez la
femelle et le spermatozoïde chez le mâle. La fécondation de deux gamètes
forme un zygote à 2n. Ensuite, par mitoses successives, le zygote (ou
« cellule ?uf ») devient un adulte 2n. La majorité des animaux ont un cycle diploïde*. B) Le cycle haploïde *Certains possèdent un cycle haploïde. Les organismes haploïdes subissent la méiose car ils passent par un stade
diploïde transitoire. Soit on a des individus unicellulaires haploïdes
adultes qui fusionnent pour former une cellule diploïde qui subit la
méiose. Soit on a des cellules haploïdes spécialisées de parents différents
qui fusionnent et forment une cellule diploïde qui subira la méiose. Les cellules qui fusionnent sont appelées « les gamètes » (analogie
diploïde) et, comme toujours, la méiose contient des cellules haploïdes
appelées, ici, « spores sexuées. » A la fin du cycle, les spores sexuées se développent pour donner de
nouveaux adultes unicellulaires ; ou ils se développent par mitoses
successives en individus haploïdes adultes multicellulaires. Remarque : dans le cycle de vie des diploïdes, la méiose est nécessaire
chez les deux organismes. Chez les haploïdes, une seule méiose est
nécessaire. Il existe des organismes qui passent une partie de leur cycle de vie
haploïde et l'autre partie à l'état diploïde. On parle d'alternance de
génération. Exemple : les plantes. Les fougères sont plus connues sous leur
forme diploïde. La partie haploïde n'est pas repérable par rapport à l'état
diploïde. III) Mitose et méiose : Description et comparaison
Projet : lien entre gènes et chromosomes.
On parle de « théorie chromosomique de l'hérédité. » On l'avait constaté : chez tous les individus d'une même espèce et de
génération en génération, il y a maintien du nombre de chromosomes dans les
cellules d'un organisme donné. Mais que le nombre de chromosomes variait
d'une espèce à l'autre. L'observation de l'évolution des chromosomes par microscopie a permis de
montrer que le comportement de chromosomes collés avec les constatations :
théorie de l'hérédité. La mitose est la division nucléaire qui accompagne les divisions des
cellules somatiques. Chaque mitose est associée à une seule division
cellulaire qui produit deux cellules filles génétiquement identiques. La méiose est le nom donné aux divisions nucléaires chez les cellules
particulières rencontrées dans le cycle sexuel. Par définition, ces
cellules qui s'engagent dans cette division particulière s'appellent les
méiocytes. Chaque méiocyte subit deux divisions cellulaires accompagnées de
deux divisions nucléaires. Il s'ensuit que chaque méiocyte produit
généralement 4 cellules ; on parle alors de « produit de la méiose. » Chez
l'homme : gamètes : spermatozoïdes et ovocytes.
La méiose se passe dans les gonades. C'est la période la plus courte du cycle cellulaire, cela représente 5 à
10% de la durée du cycle. La phase la plus importante est la phase G1
durant laquelle se font tous les mécanismes. A) La Mitose Chaque chromosome du noyau s'est copié lui-même sur toute sa longueur
pendant la phase S, puis cette structure double (chromosome = deux
chromatides) est donc clivée à la mitose et produit deux chromosomes fils
qui migrent vers des noyaux différents. Le bilan est la production de deux noyaux identiques au noyau dont ils sont
issus.
Il y a aussi une division cellulaire qui permet d'aboutir à deux cellules
identiques à la cellule mère. Prophase : condensation de chromosomes qui deviennent visibles et
présentent l'aspect de filaments doubles. Chaque chromosome est donc
présent sous forme de deux chromatides s?urs. Celles-ci étant rejointes au
niveau du centromère. Les nucléoles disparaissent et l'enveloppe nucléaire
commence à se dégrader. Le contenu du noyau, appelé « nucléoplasme », va se
co