Au-delà des gènes
Un point sur la cellule
Cas de la cellule eucaryote:
La cellule eucaryote est compartimentée, en effet elle est composée de différents organites où siègent les fonctions de la cellule.
Ici nous allons nous intéresser particulièrement au noyau et ce qu'il s'y passe.
Le noyau est une structure cellulaire qui renferme le matériel génétique (ADN) et où se produit la réplication de l'ADN lors de la division cellulaire ainsi que la transcription de l'ARN.
Le noyau est notamment composé de chromosomes, un élément constitué de molécules d'ADN et de protéines (histones et non histones), qui portent les gènes. Les chromosomes possèdent une forme caractéristique et existent en nombre constant chez un individu (par exemple, chez l'homme il existe 23 paires de chromosomes). Un gène est un segment d'ADN situé à un endroit précis du chromosome contrôlant un caractère particulier. Il correspond à une région d'ADN qui code une molécule d'ARN fonctionnelle.
On appelle locus sa localisation précise sur le chromosome. Un gène existe sous différentes formes qui sont appelées allèles.
Qu’est-ce que l’ADN?
Nous avons tous déjà entendu dire que l'information génétique est contenue dans l'ADN mais qu’est-ce que l’ADN en réalité ?
L’ADN est une molécule composée d'une succession de désoxyribonucléotides liés les uns aux autres par des liaisons phosphodiesters.
Ces désoxyribonucléotides sont composés d'un sucre (désoxyribose), d'un groupement phosphate et de quatre bases azotées différentes ( adénine, guanine, thymine et cytosine).
L'ADN dans le noyau se constitue de deux brins complémentaires enroulés en hélice (il est dit bicaténaire).
L'ordre d'enchaînement des nucléotides code l’information génétique. L’ADN peut être transcrit puis traduit permettant la synthèse des protéines.
D=le désoxyribose (sucre)
P=groupement phosphate
A=adénine
G=guanine
T=thymine
C=cytosine
La chromatine
Au sein de la cellule, c'est le matériel qui absorbe les colorants, d’où son nom. Chez les eucaryotes, elle est contenue dans le noyau.
Elle est composée d'ADN et de protéines histones et non histones. L'ADN s'enroule autour des histones selon un processus en 2 niveaux de compaction :
1er niveau d'enroulement = la fibre nucléosomique : l'ADN s'enroule autour de 8 histones.
Le nucléosome : c'est une « bobine » d'ADN sur un histone
2nd niveau d'enroulement = la fibre chromatinienne : la fibre nucléosomique s'enroule sur elle même en spirale.
Il existe deux types de chromatine :
-l'euchromatine (ou chromatine diffuse) : c'est la chromatine non condensée, les gènes y sont accessibles ce qui permet leur expression.
L'euchromatine est composée à 90 % de fibre chromatinienne et à 10 % de fibre nucléosomique.
-l'hétérochromatine : (c'est la chromatine condensée) elle est très dense, l'ADN est moins facilement accessible ce qui la rend inactive, il y a très peu de transcription.
Au-delà de ce niveau, il y a un facteur de compaction supplémentaire, qui permet d'obtenir des chromosomes lors de la division cellulaire.
La chromatine porte également l'information épigénétique, sur les bases azotées et / ou sur les histones qui peuvent subir de nombreuses modifications réversibles.
Micrographie électronique représentant un noyau cellulaire source CEA
(grossissement 15400)E=euchromatine; H=hétérochromatine;
Nu=nucléole; En=enveloppe nucléaire.
http://www.afblum.be/bioafb/mitose/mitose.htm
nucléole : c'est la zone où l'ADN est transcrit en ARNr (ribosomique)
les pores nucléaires permettent les échanges entre le noyau et le reste de la cellule.
Mécanismes de transcription et synthèse de l’ARN
La synthèse de l'ARN a lieu dans le noyau, après la décompaction des chromosomes en euchromatine.
L'ARN polymérase (une enzyme) se fixe au brin matrice d'ADN à l’aide de facteurs de transcription, ce sont des protéines qui servent d'intermédiaires à la liaison de l'ARN polymérase sur le promoteur.
Promoteur : Séquence d’ADN spécifique qui contient le site d'initiation de la synthèse de l’ARNm et signale où la synthèse va commencer.
Une fois fixé sur le promoteur, l’ARN polymérase va entrer en phase d’initiation de la chaîne d’ARN par l’association des deux premiers ribonucléosides triphosphates, elle va ouvrir l’hélice de l’ADN et commencer la transcription.
Ensuite, la transcription entre en phase d’élongation de la chaîne d’ARN. Elle se fait dans le sens 5’--->3’ par addition de ribonucléosides triphosphates (ATP, CTP, GTP ou UTP).
La dernière étape, la terminaison, se fait par l’association d’autres ribonucléosides triphosphates (au niveau d'une région particulière : terminateur).
Région terminateur : séquence d’ADN spécifique au niveau de laquelle l’ARN polymérase libère la matrice d’ADN et la chaîne d’ARNm.
http://planet-vie.ens.fr/taxonomy/term/812
Mécanismes de traduction et synthèse de la protéine
Durant la traduction, l'information portée par l'ARN messager est décodée en protéines.
On passe du langage des nucléotides au langage des acides aminés grâce au code génétique.
La traduction a lieu dans le cytoplasme au niveau des ribosomes et nécessite la présence des ARNt chargés avec les acides aminés correspondants et de l'énergie sous forme de GTP. La fixation des ARNt se fait par reconnaissance moléculaire entre le triplet de nucléotides de l'ARNm (codon) est le triplet de l'ARNt (anti-codon). On peut distinguer 3 étapes successives: l'initiation, l'élongation et la terminaison.
ADN-(transcription)->ARN--(traduction)->Protéine
3 sortes d’ARN:
ARN messager : matrice qui déterminera la nature, l’ordre et le nombres des acides aminés.
ARN transfert : apporte les acides aminés selon le principe de reconnaissance codon-anti codon.
ARN ribosomal : constitue le ribosome et est responsable de la conversion du message codé par l’ARNm en protéine.
Phénotype et génotype
Le phénotype présente l'ensemble des traits observables d'un individu.
Le génotype présente l'ensemble des caractéristiques génétiques d'un individu (c'est l'ensemble des allèles que porte un individu).
Mitose et méiose
La mitose a lieu après une réplication de l'ADN.
La prophase est la première étape de la mitose avec une compaction importante de l'ADN, on peut observer des chromosomes à deux chromatides. À la fin de la prophase, l'enveloppe nucléaire va disparaître.
Durant la métaphase les centromères vont s'aligner au niveau du plan équatorial, positionnant leurs chromatides de part et d'autre de celui-ci.
L’anaphase : il y a disjonction des chromatides de chaque chromosomes et migration vers l'un des deux pôles. Des fuseaux mitotiques guident les chromatides par les centromères jusqu'aux pôles.
La dernière étape est la télophase durant laquelle on peut observer deux cellules filles. Les enveloppes nucléaires se reconstituent et l'ADN se relâche.
https://fr.wikipedia.org/wiki/Mitose
La méiose est constituée de deux divisions cellulaires consécutives qui permettent la formation de gamètes. A partir d'une cellule mère diploïde, on obtient quatre cellules filles haploïdes au matériel génétique différent.
Division I : division réductionnelle
Après la duplication et la condensation de l'ADN, les paires de chromosomes vont s'apparier pour former n paires de chromosomes (c'est la prophase) puis vont se placer sur le plan équatorial de la cellule (pandant la métaphase), durant l'anaphase, chaque paire de chromosome va se séparer par migration de ceux-ci vers les pôles inverse . On obtient alors un brassage interchromosomique.
On passe donc d'une cellule diploïde (deux chromosomes à deux chromatides) à quatres cellules haploïdes (un seul exemplaire de chaque chromosome à deux chromatides).
Division II : division équationnelle
Les centromères des deux cellules filles vont à nouveau s'aligner au niveau du plan équatorial positionnant leurs chromatides de part et d'autre de celui-ci. Les chromatides se séparent et migrent vers l'un des deux pôles.
Les deux cellules se sépare formant deux gamètes haploïdes à une chromatide chacune.
