Transmission de l'information génétique : de la cellule œuf à l'organisme
Transmission de l'information génétique : de la cellule œuf à l'organisme
Exemple de la grenouille adulte
On constate un certain nombre d’organes, eux-mêmes constitués de tissus, eux-mêmes constitués de cellules et enfin elles-mêmes constituées de molécules.
I. Les cellules spécialisées
– Au niveau du cerveau, le neurone a pour fonction d’intégrer des messages et de ré-émettre des messages nerveux.
– Au niveau de la peau, les cellules de l’épiderme ont pour fonction de respirer ou bien de sécréter un mucus par exemple.
– Après dissection d’une patte de grenouille, on peut observer en MO après coloration, des cellules musculaires. Elles ont une structure allongée, un cytoplasme un peu particulier avec un ensemble de protéines adaptées à la contraction et au relâchement des cellules.
Chaque cellule a une structure adaptée à une fonction propre. Elles appartiennent à un même organisme et partagent les mêmes gènes, le même caryotype. Le caryotype est l’ensemble des chromosomes d’un organisme qu’on classe par couple d’homologues et qu’on range par ordre décroissant.
II. L’expression différentielle des gènes
Chaque cellule de cette grenouille possède exactement les mêmes chromosomes porteurs des mêmes gènes et pourtant on arrive à obtenir un neurone qui n’a rien à voir structurellement et fonctionnellement avec une cellule musculaire ou une cellule de l’épiderme. Ainsi, il y a une expression différentielle des gènes : à un moment du développement, une expression différente des gènes aboutit à du neurone, du muscle ou de l’épiderme. (Sur un têtard et on voit déjà une tête, des pattes, des muscles, de la peau. Et à l’âge adulte, on a toujours cette expression.)
Comment expliquer qu’une cellule devienne de l’épiderme et une autre du muscle ?
Certains gènes s’expriment plus que d’autres. A titre d’exemple, chez l’espèce humaine, le caryotype est fait de 46 chromosomes, soit à peu près 2 mètres d’ADN comportant 22 000 gènes. Le neurone et la cellule musculaire n’expriment pas ces 22 000 gènes. Le fait qu’une cellule soit plutôt neuronale ou musculaire, c’est le fait que certains gènes s’expriment plus que d’autres. La transmission génétique est la même pour toutes les cellules mais l’expression des gènes diffère.
ADN, Chromosome, Locus, Gène, Allèle
ADN, chromosome, locus, gène, allèle : l’objectif est d’identifier ces cinq termes au niveau de la cellule et à différentes échelles d’observation.
I. ADN
On part d’une cellule avec un noyau qui est un organite cytoplasmique. On peut colorer ce noyau avec différents colorants pour l’observer au microscope optique. Quand cette cellule ne se divise pas, on constate dans le cytoplasme cet organite nucléaire : une tache colorée. Dans l’espèce humaine, il s’agit du noyau qui délimite au centre, deux mètres d’ADN. Quand cette cellule se divise, ces deux mètres d’ADN sont contenus dans le noyau. Deux mètres d’ADN arrivent à être contenus dans une cellule de 30 µm avec un noyau d’environ 10 µm. Cette molécule d’ADN est hyper-compactée, hyper-structurée.
II. Chromosome
Au moment de la division cellulaire, cet ADN prend une forme un peu particulière de chromosome, en forme de « X ». Ce chromosome est en fait de l’ADN hyper-compacté.
Pour avoir un ordre de grandeur : on a deux mètres d’ADN et un chromosome que l’on peut voir en microscopie optique et qui fait en moyenne 5 µm. Si on calcule un degré de compaction, on compacte environ 10 000 fois l’ADN (104). Par exemple : si on compacte l’ADN d’un humain de plus d’1m70, on le voit tout juste au microscope optique. Essayons d’identifier cette hyper-compaction.
On a la forme en « X » du chromosome. Si on débobine le fil d’ADN, on peut voir son ultra-structure grâce à un logiciel de modélisation. Cette molécule d’ADN est composée de deux brins enroulés. On parle de structure en double hélice. Ces deux brins sont complémentaires.
Qu’est-ce que la complémentarité ?
Si on continue de zoomer sur la molécule d’ADN, on voit qu’il est composé d’un groupement phosphate, d’un sucre (le désoxyribose, d’où le terme « désoxyribonucléique ») et de bases azotées.
Il existe quatre bases azotées : A pour Adénine, T pour Thymine, C pour Cytosine et G pour Guanine.
L’Adénine est complémentaire de la Thymine (schématisé sur le schéma). Sur le brin d’ADN, quand on a un A nécessairement en face on a un T. De même, la Guanine est complémentaire de la Cytosine. Donc si sur un brin, on a un G, alors on a en face un C.
La réciproque est vraie : si sur un brin on a de la Cytosine, par complémentarité des bases, on a en face de la Guanine. Ces bases azotées donnent leur nom aux nucléotides.
Un nucléotide = une base + un désoxyribose + un groupement phosphate.
L’ensemble forme cette double hélice qu’est la molécule d’ADN. Une molécule d’ADN c’est une chromatide d’un chromosome. Un chromosome présente deux chromatides. Les deux chromatides dites sœurs sont rigoureusement identiques.
III. Locus, gène et allèle
On arrive à la notion de gène. Sur un chromosome, et plus précisément sur une chromatide, il y a un lieu qui s’appelle un locus. Si on débobine le fil, cet endroit correspond à une séquence ordonnée de nucléotides. L’ordre des lettres a un sens. Cela code pour une protéine qui a une fonction donnée.
Ainsi, sur une chromatide, on a une succession de lettres. Cette succession de lettres est ce qu’on appelle un gène. Cela peut être 500 nucléotides consécutifs. Un gène peut avoir plusieurs versions.
Par exemple, on a la version ATTGCG (le brin complémentaire étant TAACGC). Si on change un nucléotide par un autre, c’est presque la même information mais à un nucléotide près. C’est ce qu’on appelle une autre version du gène : on parle d’allèle.
Ce qui est compliqué, c’est que le gène est aussi ici un allèle. Par exemple, on a la version du gène A2 et sa chromatide sœur est forcément aussi avec l’allèle A2. Mais sur un autre chromosome, on pourrait avoir l’allèle A1.
Résumé
L’ADN (Acide DésoxyriboNucléique) est la double hélice. Il y a des degrés de compactions différents pour cette double hélice : totalement décompactée ou compactée pendant la phase de division cellulaire. Le chromosome est de l’ADN hyper-compacté. Le locus est le lieu occupé par une information donnée qui est le gène. L’allèle est la version que peut prendre ce gène, par exemple, en changeant un nucléotide par un autre.