Quatrième 2016-2017
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Quatrième 2016-2017

Le patrimoine génétique et sa transmission

Tous les êtres vivants ont une structure cellulaire commune qui repose sur la molécule d'ADN. Le patrimoine génétique se transmet dans les chromosomes lors de la transmission de l'information génétique, c'est-à-dire lors de la reproduction. C'est à ce moment que se produit la division cellulaire.

I

Le support de l'information génétique

A

Une origine commune à tous les êtres vivants

Les scientifiques ont pu montrer que la vie est apparue sur Terre il y a environ 3,5 milliards d'années sous la forme d'organismes unicellulaires. La similitude de la structure cellulaire commune à tous les êtres vivants et l'universalité de la molécule d'ADN ne peuvent résulter du hasard.

Si on transfère le gène GFP fluorescent à la cellule-œuf de n'importe quel autre être vivant, ce nouvel individu exprimera ce gène et deviendra lui aussi vert fluorescent. C'est le cas de la souris.

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Méduse possédant le gène GFP (green fluorescence protein) les rendant fluorescentes

Wikipedia

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Une souris non modifiée génétiquement (à gauche) et une souris à qui le gène GFP de méduse a été transféré génétiquement (à droite)

Wikimedia Commons

Puisque n'importe quel être vivant est capable de lire le même gène, ceci montre que l'information génétique contenue dans les gènes et portée par l'ADN est la même pour tous les êtres vivants. Cette information génétique a été héritée d'un seul et même ancêtre commun à tous les êtres vivants sur Terre.

B

Les chromosomes

Chez tous les êtres vivants, chaque cellule contient de l'ADN (Acide désoxyribonucléique) qui est le support de l'information génétique. L'ADN d'une cellule est réparti en plusieurs chromosomes.

Chromosome

Les chromosomes sont de longs filaments d'ADN.

Le plus long chez l'Homme est le chromosome 1. Si l'on déroulait le chromosome 1, le filament d'ADN qui le compose mesurerait plus de 8 cm.

Les chromosomes sont souvent invisibles au microscope. Toutefois, lorsqu'une cellule se divise, ils se condensent (c'est-à-dire qu'ils s'enroulent sur eux-mêmes) et prennent la forme de bâtonnets que l'on peut voir au microscope.

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Image microscopique de cellules d'oignon à différentes phases du cycle cellulaire (les chromosomes ont été colorés pour être plus visibles)

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Schéma d'une cellule humaine à deux moments différents

Chez la plupart des êtres vivants, et en particulier chez l'Homme, l'ADN forme plusieurs chromosomes distincts. L'ensemble des chromosomes constitue le caryotype d'une cellule.

Caryotype

Le caryotype est une présentation organisée de l'ensemble des chromosomes d'une cellule.

Chez l'Homme, il y a 46 chromosomes qui forment 23 paires.

Deux chromosomes qui appartiennent à la même paire sont dits homologues.

Le caryotype d'une cellule humaine d'un individu de sexe masculin est le suivant. On remarque la présence d'un chromosome X et d'un chromosome Y.

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Les paires de chromosomes sont formées par des chromosomes qui fonctionnent ensemble. Pour les espèces qui ont une reproduction sexuée, comme l'humain, chaque paire est composée d'un chromosome qui vient de la mère et d'un chromosome qui vient du père.

Le plus souvent, les deux chromosomes d'une paire sont similaires (de par leur taille et de par l'information génétique contenue). Toutefois, il existe des cas, comme la paire 23 de chromosomes sexuels chez l'humain, où les deux chromosomes peuvent être différents.

II

Conservation et transmission de cette information

A

La formation de gamètes

Gamète

Les gamètes sont les cellules reproductrices d'un individu. Ils sont produits par la méiose.

Chez les êtres vivants qui ont une reproduction sexuée (contrairement à certains organismes qui se reproduisent seulement par division), il existe des cellules reproductrices, appelées gamètes.

Chez l'humain :

  • Les gamètes femelles sont appelés ovules et sont produits dans les ovaires.
  • Les gamètes mâles sont appelés spermatozoïdes et sont produits dans les testicules.

Les gamètes se distinguent des autres cellules de l'organisme, car elles n'ont qu'un chromosome de chaque paire.

Ainsi, chez l'Homme, les gamètes ne contiennent que 23 chromosomes au lieu des 46 chromosomes pour les autres cellules.

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Caryotype d'un gamète portant ici le chromosome X

Les gamètes sont produits lors de la méiose, qui est une succession de divisions cellulaires d'une cellule possédant des paires de chromosomes. Les principales étapes de la méiose sont les suivantes :

  • Les chromosomes d'une même paire se réunissent (on dit aussi qu'ils "s'appareillent").
  • Un chromosome de chaque paire est réparti dans une des deux cellules-filles deviendront les gamètes.

Méiose

La méiose désigne une succession de deux divisions cellulaires donnant des gamètes ne possédant qu'un seul exemple de chaque type de chromosome à partir d'une cellule possédant des paires de chromosomes.

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La formation des gamètes

B

La fécondation

Fécondation

La fécondation est la rencontre et la fusion de deux gamètes de sexes opposés. Le résultat de la fécondation est une cellule-œuf.

Les gamètes n'ont qu'un chromosome de chaque paire. Le résultat de la fécondation est une cellule-œuf ayant à nouveau une paire de chaque chromosome.

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Le mécanisme de fécondation

Chez l'humain, une cellule-œuf a 46 chromosomes répartis en 23 paires. Le nombre de chromosomes est bien conservé suite à la fécondation.

Il est important de noter que la cellule-œuf contient une information génétique qui provient pour moitié du père et pour moitié de la mère. Ceci explique en partie pourquoi un enfant ressemble à ses deux parents sans pour autant être totalement identique à l'un ou à l'autre. C'est l'hérédité.

C

La multiplication des cellules

Pour que la cellule-œuf, issue de la fécondation, puisse donner un organisme avec chaque cellule ayant la même information génétique, il faut qu'elle puisse se multiplier et multiplier aussi son ADN : c'est la division cellulaire.

Les deux étapes clés de la division cellulaire sont :

  • La copie à l'identique de l'information génétique de la cellule-mère
  • La répartition de ces deux copies dans les deux cellules-filles (mitose)

Cycle cellulaire

Le cycle cellulaire est l'ensemble des étapes que réalise une cellule afin de se diviser en deux cellules-filles identiques.

Le cycle cellulaire a une durée variable selon les espèces.

Chez l'humain, le cycle cellulaire dure environ 24h (mais cela dépend du type de cellule).

Certains organismes comme la levure ont un cycle cellulaire de 1h30 à 2h.

1

La copie à l'identique de l'information génétique

Afin de préparer la division cellulaire, chaque chromosome est copié à l'identique. Cette copie aboutit à deux chromosomes qui contiennent exactement la même information et sont attachés par leurs centres. À la suite de la copie des chromosomes, une cellule contient deux fois plus d'ADN qu'à l'ordinaire. Comme les chromosomes deviennent visibles avant la division cellulaire, de nombreuses images au microscope des chromosomes les montrent constitués de deux brins formant un X. Toutefois, cela n'est le cas que pour cette phase du cycle cellulaire. La plupart du temps, les chromosomes ne contiennent qu'un seul filament d'ADN.

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La copie à l'identique de l'information génétique

Sur le schéma ci-dessus, est présentée la copie de l'information génétique pour la paire de chromosomes 9. Après la copie, on considère toujours que la cellule a une seule paire de chromosomes 9, car la copie s'effectue à l'identique, il n'y a donc pas de nouvelle information génétique.

2

La mitose

La mitose désigne une division cellulaire qui sépare les deux molécules d'ADN identiques de chaque chromosome. Les chromosomes dupliqués qui étaient attachés par leur centre se détachent et migrent dans chacune des cellules-filles.

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La répartition de l'information génétique entre cellules-filles

La division rétablit alors la quantité normale d'ADN dans chacune des cellules-filles. Le nombre de chromosomes n'est pas modifié, assurant ainsi la stabilité génétique de l'individu.

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La division cellulaire et la quantité d'ADN dans la cellule
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