mercredi 9 septembre 2015

Thème I-A (Chap.1) : Expression, stabilité et variation du patrimoine génétique

Thème I : La Terre dans l'Univers, la vie et l'évolution du vivant

Partie A : Expression, stabilité et variation du patrimoine génétique

Rappel de troisième :

Les chromosomes présents dans le noyau sont le support de l’information génétique. Chaque cellule d’un individu de l’espèce humaine possède 23 paires de chromosomes, l’une d’elles présente des caractéristiques différentes selon le sexe. Un nombre anormal de chromosomes empêche le développement de l'embryon ou entraîne des caractères différents chez l'individu concerné. Chaque chromosome est constitué d’ADN. L’ADN est une molécule qui peut se pelotonner lors de la division cellulaire, ce qui rend visibles les chromosomes. Chaque chromosome contient de nombreux gènes. Chaque gène est porteur d’une information génétique. Les gènes déterminent les caractères héréditaires. Un gène peut exister sous des versions différentes appelées allèles. Les cellules de l'organisme, à l'exception des cellules reproductrices, possèdent la même information génétique que la cellule-œuf dont elles proviennent par divisions successives. La division d’une cellule : - est préparée par la copie de chacun de ses 46 chromosomes ; - se caractérise par la séparation des chromosomes obtenus, chacune des deux cellules formées recevant 23 paires de chromosomes identiques à ceux de la cellule initiale. 

Rappel de seconde :
La transgénèse montre que l’information génétique est contenue dans la molécule d’ADN et qu’elle y est inscrite dans un langage universel : une séquence de nucléotide A, T, G et C. L'ADN a une structure en double hélice, composée de deux brins d'ADN complémentaire (A-T, G-C).
La variation génétique repose sur la variabilité de la molécule d’ADN, c'est à dire des mutations successives de la séquence ATGC. L’universalité du rôle de l’ADN est un indice de la parenté des êtres vivants.

Chapitre 1 : Reproduction conforme de la cellule et réplication de l'ADN

Pb : Comment une cellule mère peut-elle donner deux cellules filles identiques entre elles et avec la cellule mère? Quelles sont les étapes de la reproduction conforme de la cellule? 

1/ Les chromosomes
Les chromosomes sont constitués d'ADN et sont des structures constantes des cellules eucaryotes.
 Au cours du cycle cellulaire, un chromosome est constitué d'une chromatide (chromosome simple) ou de deux chromatides (chromosome double) dans un état variable de condensation, c'est à dire plus ou moins associé à des protéines d'enroulement (histones). Une chromatide contient une seule molécule d'ADN.


2/ Le cycle cellulaire
Le cycle cellulaire décrit la vie d'une cellule. Il est constitué d'une interphase puis d'une mitose.
Le cycle cellulaire vu au microscope optique, au MEB et au microscope à fluorescence.

a- La division cellulaire ou mitose
La mitose est le processus cellulaire par lequel une cellule mère donne naissance à deux cellules filles possédant le nombre de chromosome.
La mitose comprend 4 phases successives :
- La prophase : les chromosomes doubles se condensent progressivement avec des protéines et deviennent observables. l'enveloppe nucléaire se désorganise.
- La métaphase : les chromosomes doubles migrent et s'alignent dans le plan équatorial de la cellule.
- L'anaphase : les chromatides sœurs des chromosomes doubles se séparent et sont tirés par les fuseaux mitotiques ( microtubules de protéines) vers les pôles dela cellules.
- La télophase : Les chromosomes désormais simples, à une chromatide, se décondense. L'enveloppe nucléaire se réorganise dans chaque pôle. La division du cytoplasme individualise deux cellules filles.


En bilan, une cellule mère à n paires de chromosomes homologues à deux chromatides donne deux cellules filles à n paires de chromosomes homologues à une chromatide au cours de la mitose. la mitose est une reproduction conforme qui conserve le caryotype.

b- L'interphase : croissance cellulaire et réplication de l'ADN

L'interphase est la phase, de durée variable, qui sépare deux mitoses. L'ADN est globalement décondensé.
Elle se divisent en trois étapes : G1, S et G2.
- G1 et G2 sont des phases de croissance et de fonctionnement cellulaire. G1 possède une quantité q d'ADN alors que G2 en possède le double (2q).
- La phase S correspond au doublement progressif de la quantité d'ADN, c'est à dire au passage de 2n chromosomes simples à une chromatide à 2n chromosomes doubles à deux chromatides. Les sont copiées pendant la phase S : c'est la réplication de l'ADN.



3/ La réplication de l'ADN

L'expérience aujourd'hui historique de M. Meselson et F. Stahl (1958) utilisant des bactéries en division cultivées dans un milieu enrichi en isotope lourd d'azote puis isotope léger d'azote, a permis de comprendre le mécanisme semi-conservatif de la réplication bactérienne.
Lors de la phase S de l'interphase, en différents lieux du chromosome appelés 'yeux de réplication", la double hélice de l'ADN se sépare en deux brins complémentaires. Chaque brin sert de modèle pour la synthèse d'un nouveau brin complémentaire. 

Un ensemble de protéines enzymatiques consommatrices d'énergie réalise la réplication de l'ADN, dont l'ADN polymérase qui associe en face d'un nucléotide du brin parent, un nouveau nucléotide complémentaire formant le brin fils.


Modélisation simplifiée en 3D de la réplication de l'ADN

En absence d'erreur, chaque double hélice d'ADN est ainsi recopiée à l'identique et formée d'un brin parent associé à un brin fils complémentaire.
En laboratoire, ce mécanisme est aujourd'hui utilisé in vitro dans l'étude des traces d'ADN. Une ADN polymérase découverte dans un micro-organisme extrémophile est utilisée pour amplifier la quantité d'ADN avant son analyse : cette biotechnologie est nommé PCR (Polymerase Chain Reaction).

Bilan :



Les chromosomes sont des structures constantes des cellules eucaryotes qui sont dans des états de condensation variables au cours du cycle cellulaire (condensé pendant la mitose, décondensé pendant l'interphase).
En général la division cellulaire, ou mitose (prophase, metaphase, anaphase et télophase) permet une reproduction conforme qui conserve toutes les caractéristiques du caryotype (nombre et morphologie des chromosomes).
Chaque chromatide contient une molécule d’ADN.
Au cours de la phase S, l’ADN subit la réplication semi- conservative réalisée par un ensemble d'enzymes consommatrice d'énergie. En absence d’erreur, ce phénomène préserve, par copie conforme, la séquence des nucléotides.
Ainsi, les deux cellules filles provenant par mitose d’une cellule mère possèdent la même information génétique.